태양은 우주공간이라는 진공 상태에서 약 47억 년이라는 오랜 기간 동안 타고 있다. 이것은 태양이 수소 덩어리로 이루어져 있으며, 수소가 4개 모여 헬륨으로 변환될 때 겨우 잃어버리는 질량이 빛과 열의 에너지로서 방출되고 있기 때문이다. 이 반응은 핵융합의 일종으로 태양은 천연 핵융합로라고 말할 수 있다.

이것에 비해 지구는 두 개의 천연 방호벽을 가지고 있어 지상에 생명을 기를 수 있다. 그 방호벽 중 하나는 지구가 가진 대기이며, 이것이 태양에서 오는 X선 및 자외선 등 유해한 전자파가 지표에 도달하는 것을 막고 있다. 대기권 상층부는 전리권 또는 전리층이라는 전리된 영역으로 되어 있지만, 이것은 태양에서 오는 자외선을 흡수하여 생성된다.

또 하나의 방호벽은 지구가 가진 강한 자장이며, 이것이 태양으로부터 오는 전리된 대기(태양풍)가 지구부근에 접근하는 것을 방지하고 있다. 그러나 태양풍의 상태가 지구의 자장과 반응하기 쉬운(구체적으로는 태양풍이 가진 자장의 방향이 남향) 상태가 되면 지구자장의 방호벽을 빠져나가 지구 근처까지 태양풍의 에너지가 침입한다는 것이 알려져 있다. 이때에는 대기의 방호벽 밖에 있는 인공위성 및 우주스테이션 등이 대전된다. 또는 고에너지 입자에 의해 피폭되는 등의 영향이 나타난다. 또한 전리권이 교란됨으로써 통신, 방송, 측위와 같은 전파인프라의 이용에 영향이 나타난다. 이러한 사회적 영향을 일으키는 현상의 현황파악과 예보를 수행하는 것이 우주 날씨 예보이며, 일본에서는 정보통신연구기구(NICT)가 정기적으로 정보 제공을 실시하고 있다.

지구 대기 밖에 있는 인공위성 및 우주스테이션은 우주 환경 변동에 대한 영향을 받기 쉽다. 인공위성은 비교적 낮은 에너지 전하입자에 의한 대전이 발생시키는 회로의 쇼트 및 고에너지 입자가 논리기반을 통과할 때 발생하는 신호의 에러에 의한 잘못된 동작 등이 알려져 있다. 또한 유인우주활동의 경우에는 X선 등에 의한 피폭 문제를 무시할 수 없다. 주회궤도위성 등 저고도위성은 태양활동의 증가에 의한 지구대기의 팽창이 위성 근처의 대기밀도를 증가시켜 대기와의 마찰이 증가함으로써 위성궤도의 변화도 문제가 된다.

그리고 태양풍의 영향으로 전리권의 구조에도 교란이 발생하여 지상에서의 통신, 방송, 측위 등 전파인프라에 영향이 나타난다. 통신, 방송은 특히 HF대 및 일부 VHF대에 영향이 크다. 위성통신 보급 후에는 HF대를 이용한 통신의 비율이 감소하였지만, 현재에도 저렴한 통신수단으로서 항공기 및 선박 등 장거리 무선에서 기반적인 역할을 하고 있기 때문에 그 영향은 크다. 예를 들면, 데린저 현상은 태양면 폭발에 의해 방사되는 X선, 자외선이 전리권의 하층을 이상 전리하여 단파대의 전파를 흡수하는 현상으로, 현상 발생 시에는 전리권 반사를 이용하는 장거리 단파 통신은 이용이 극단적으로 제한된다.

또한 최근 우주 날씨의 영향이 크다고 알려진 것은 위성측위이다. GPS를 비롯한 위성측위는 위성에서 나온 방송파가 전리권을 통과할 때 지연을 발생시키기 때문에 그만큼 모델을 이용하여 보정하고 있다. 그러나 전리권이 교란되어 모델과 크게 다른 상황이 된 경우에는 측위오차의 원인이 된다. 위성측위는 시계 및 위성의 위치 오차, 멀티패스 등 오차요인이 있지만, 그 중 가장 큰 것이 전리권 지연이라고 알려져 있다. 또한 전리권 전자밀도의 공간적인 변화가 상당히 큰 경우에는 위성으로부터의 신호가 수신기에 도달하지 않는 현상이 발생하여 위성측위시스템을 사용할 수 없게 된다.

이러한 상황을 발생시키는 현상으로서 알려진 것이 플라즈마 버블이다. 이것은 전리권에 나타나는 “버블”로 자기적도를 중심으로 저위도 영역에서 저녁 이후에 발생한다. 플라즈마 버블 내부는 전자밀도가 주변과 비교하여 낮으며, 전파의 전달이 모델에 의한 예상보다 빠르기 때문에 오차의 원인이 된다. 또한 플라즈마 버블의 경계에서는 전자밀도가 크게 변화기 때문에 손실의 원인이 된다.

또한 고위도 지대에서 문제가 되는 현상으로 지하유도전류가 있다. 이것은 강한 자기폭풍이 발생할 때 전리권에 강한 전류가 흐르고, 그것에 유도되는 형태로 지전류가 발생한다. 이 지전류와 평행하게 송전선이 있는 경우 송전선에 과대 전류가 흘러 변전소의 변압기 등에 영향을 미치는 현상이다. 1989년에 이 현상에 의해 캐나다 퀘벡주에서 대정전이 발생하였다.

(그림) 우주 날씨와 사회영향 개념도

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 9월 18일]