수천년 전 초강력 태양폭풍, 나무 나이테에 흔적 남겼다

2012년 미국 항공우주국(NASA) 태양역학관측소(SDO)에서 촬영한 태양 플레어(flare). 플레어는 태양 표면에서 엄청난 양의 고에너지 입자와 빛이 뿜어져 나오는 폭발 현상을 말한다. 주로 태양 흑점에서 발생한다. NASA 제공

과학자들이 기원전에 있었던 초강력 태양 폭풍의 정확한 시기를 오래된 식물의 나이테를 통해 알아내는 데 성공했다.

이리나 파뉴쉬키나 미국 애리조나대 나이테연구소 교수팀이 오래된 나무의 나이테를 분석해 기원전 664년에 발생한 강력한 태양 폭풍의 연대를 정확히 추정하는 데 성공하고 연구결과를 20일(현지시간) 국제학술지 '커뮤니케이션즈 지구 & 환경'에 공개했다.

태양은 태양을 이루는 물질의 대류 등에 따라 표면에서 강력한 폭발인 '태양 폭풍'을 일으킨다. 보통 태양 활동에서 뿜어져 나오는 방사선은 대부분 지구 자기장에 막혀 지상에 도달하지 않지만 드물게 일어나는 매우 강력한 태양 폭풍은 전세계 전력망, 통신망에 혼란을 일으킬 수 있다. 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성에도 치명적이다.

우주에서 지구로 유입된 방사선은 지구 대기 상층부에서 화학 반응을 일으켜 탄소(C)의 방사성 동위원소인 탄소-14를 꾸준히 생성한다. 몇 달 뒤 지상으로 내려온 탄소-14는 이산화탄소(CO2) 형태로 식물에 흡수된다. 태양 활동이 활발해지면 태양에서 날아온 양성자가 지구 대기를 강타해 탄소-14와 같은 방사성 동위원소 생성량이 증가한다.

후사 미야케 일본 나고야대 교수는 2012년에 태양 폭풍 같은 우주 방사선 변화가 지구에서 생성되는 방사성 동위원소를 급증시켜 흔적을 남긴다는 연구결과를 발표하고 이를 '미야케 사건(Miyake event)'이라고 이름 붙였다.

미야케 사건은 지난 1만4500년간 약 6번 일어난 것으로 추정되지만 각각 정확한 연대는 밝혀지지 않았다. 미야케 사건이 일어날 정도의 태양 폭풍이 현대에 발생하면 막대한 피해를 줄 것으로 예상된다.
 

시베리아 오브(Ob)강 진흙 바닥에 고대 나무가 드러나 있는 모습. 연구팀은 오래된 나무 샘플에서 과거 강력한 태양 폭풍의 증거인 탄소-14의 증가 시점을 찾아냈다. Irina Panyushkina, University of Arizona 제공

연구팀은 강둑에 묻힌 죽은 나무나 고고학 발굴 과정에서 나온 목재 등 고대의 나무 샘플에서 수술용 칼로 나이테를 해부했다. 목재 주성분인 셀룰로오스를 태워 나이테에 포함된 탄소 동위원소 함량을 측정했다. 분석 결과 탄소-14의 함량이 급증하는 '스파이크'가 발견됐다.

연구팀은 탄소-14 스파이크를 빙하와 빙상 속에서 발견되는 방사성 동위원소 베릴륨(Be)-10의 변화량과도 비교했다. 베릴륨-10도 탄소-14처럼 태양 활동에 따라 지구 대기에서 형성돼 비나 눈을 타고 내려와 얼음에 쌓인다. 특정 해에 베릴륨-10과 나무 나이테의 탄소-14가 동시에 증가하면 강력한 태양 폭풍의 증거가 될 수 있다는 설명이다.

연구팀은 나이테 분석을 통해 미야케 사건이 일어날 정도로 강력한 태양폭풍이 마지막으로 발생했던 시기를 기원전 664년으로 추정하는 데 성공했다. 

파뉴쉬키나 교수는 "나무 나이테는 태양 폭풍의 기록 보관소 역할을 하지만 패턴이 발견된 것은 아니기 때문에 극심한 태양 폭풍을 예측할 수는 없을 것"이라고 설명했다.

이어 "강력한 태양 폭풍의 정확한 시기를 알면 태양 활동 모델을 연구할 때 중요한 데이터로 쓰일 수 있다"며 "태양 폭풍처럼 강력한 사건이 지구 시스템 전체에 어떤 영향을 미치는지 알아내려고 노력하고 있다"고 전했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s43247-024-01618-x

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]