STEAM R&E 연구결과보고서
(인공 오로라 발생 실험과 역사 속 오로라 기록의 분석 통한 지자기 북점의 이동경로 추적)
2017. 11. 30.
충남삼성고등학교
연구 결과요약서
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과 제 명 인공오로라 발생 실험과 역사 속 오로라 기록의 분석을 통한 지자기 북점 이동경로 추적 연구목표 년대 이전의 자북극의 위치를 추적함으로써 향후 자북극 이동경로를 예측하고자 함
연구개요 및 내용
이론적 배경 및 선행연구
양홍진 외 고려시대의 흑점과 오로라 기록에 보이는 태양활동주기
본 연구에서는 보다 자세한 흑점과 오로라 기록이 나온다 주로 고려사와 증보문헌비고 를 참고하여 흑점과 오로라 기록을 정리하였는데 이들을 흑점과 오로라를 그들의 세기 에 따라 등급을 배정하고 파워스펙트럼 방식을 이용하여 분석해주었다 분석해본 결과 현대 연구결과에서 밝힌 흑점의 년주기 오로라의 년주기를 얻어냈다 본 연구의 결론 부분을 보면 지자기북극의 위치가 한반도에 가까웠기에 오로라가 충분히 보였을 것이라고 논의한 부분이 있다 그러나 지자기북극의 이론적 예측 값이기에 옳은 논의가 아니다
오로라
오로라는 자극에 가까운 대기층에서 가시광으로 보이는 현상으로 북반구에서는 남반구에서는 라고 부른다 이런 오로라 현상이 일어 나는 이유는 다음과 같다 태양 내 자기장이 교란되면서 태양의 입자를 포함하고 있는 태양풍이 우주공간으로 퍼져나간다 이런 태양풍의 태양입자들이 지자기장을 거쳐 지 구 내부로 들어오면서 대기분자와 충돌을 겪게 되는데 이 과정에서 입자들이 대기분자 내 전자에게 에너지를 주어 흥분 시켰다가 다시 가라앉는 과정에서 빛을 방출하 여 사람의 눈에 보이게 된다 그렇기에 오로라는 자북극의 주변에서 일어난다 따라서 오로라는 자북극의 위치를 파악하는데 유용한 도구가 될 수 있다
연구 주제 선정 목적 및 필요성
년 스푸트니크 호가 발사된 이후 인류는 우주기상에 대해서 민감하게 반응할 수밖에 없게 되었다 여기서 우주기상이란 태양활동이나 우주방사선 등으로 인해 우주 및 지상의 인간 활동에 영향을 미치는 우주공간의 물리적인 현상을 말한다 우주기상에 영향을 미치는 요인은 태양활동과 지자기활동 가지로 분류되어진다 이런 요소들의 지속적인 관측과 예측을 통해서 우주기상예보를 수행하여 우주기상이 인류에게 미치는 피해들을 최소화하려고 노력한다 지자기활동과 같은 경우에는 지자기장의 변화양상이 매우 복잡하여 수학적 모델링이 힘드니 과거의 자북극의 위치를 고지자기학이라는 학문을 이용하여 파악하고 이들을 통계적으로 처리하여 지자기장의 활동양상을 예측 하고자 하고 있다 이에 만 년 전이나 만 년 전 등의 자북극의 위치들에 대해서는 잘 알게 되었으나 정작 가장 최근에 해당하는 년대 이전의 자북극의 위치이동에 대해서는 알려진 바가 없다 이는 년대 이전의 자북극의 위치를 고지자기 연구처럼 암석을 통해서 파악하기에는 암석이 너무나 최근 것에 해당하여 보정을 해줄 수 없었기 때문이다 따라서 이런 미싱링크는 통계자료에 비는 부분이 하나 생기는 것이고 추후 지자기장의 변화양상에 대해서 이해하는데 영향을 끼칠 것이 분명하였다 이에 본 연구 진들은 지자기장과 관련된 현상을 분석한다면 자북극의 위치를 알 수 있을 것이라고 생각하였다
연구방법
북반구 오로라 모형 제작 오로라 데이터베이스 제작 오로라 데이터 분석
연구활동 및 과정 인공오로라 발생실험
오로라 기록의 분석을 위한 기준을 세우기 위해서 실험을 바탕으로 다음과 같은 실험을 진행할 것이다 우선 를 준비해준다 이 위에 레이저포인터 등을 이용하여 관측지점을 고정시키고 북극을 설정한다 이후 자북극의 위치를 바꿔주 면서 관측지점을 기준으로 하였을 때 오로라가 주로 보이는 방위를 확인해 줄 것이다 이외에도 간이태양 음극 의 전압을 조절하거나 지자기장의 세기 자석의 수 를 조절하 여 오로라 오벌이 형성되는 정도를 확인해줄 것이다
오로라 데이터베이스 제작
본 연구의 신뢰도를 높이기 위해서 역사와 관련하여 전공을 할 예정인 학생의 주도로 연구를 진행하였으며 본 연구진은 한국사서 중에서 신뢰도가 높기로 자명하며 많은 선행연구에서 다룬 고려사와 조선왕조실록 승정원일기를 선택하였다 이 사서들을 연구에서 다룬 가장 큰 이유는 역시 이 사서들에 매우 많은 천문현상들이 등장하기 때문이다 모든 천문현상은 관상감이라는 기관을 통해 정리하고 이를 보고하는 등의 과정을 거치며 모든 기록들은 검증되어졌고 이들이 기록되어 남겨진 것이기 때문이다 또한 오로라기록 역시 본 사서들에 다수 존재하다는 것 역시 이유가 되었다 그리고 이 때 중요한 것은 바로 오로라가 과거에 어떤 단어로 불렸을까 였다 과거에는 오로라
를 대부분 적기 적침 적운 청기 흑기 백기 등으
로 적었다 이 모든 기록을 다 선별하여 참고하고 싶었으나 붉은 색을 제외한 나머지 기록들은 기상현상인 것으로 확인되는 경우가 자주 있었다는 것을 감안하여 모든 오로 라 기록들 중 오로라일 가능성이 가장 높은 붉은 색만 연구하였다 하지만 이 중에서도 오로라가 아닌 기록은 반드시 존재할 것이라고 생각하여 다음과 같은 기준들로 검증하 였다 첫째는 오로라가 보인 시간대가 낮인가 밤인가 둘째는 태양 또는 달과 함께 관측되었는가였다 이들을 바탕으로 검증을 해본 결과 희미한 빛에 불과한 오로라가 정오에 관측된 기록 햇무리 또는 달무리라고 판단되어지는 것 일몰 또는 일출시 태양 옆에 있던 구름이 빛을 반사하여 붉은 기운을 띄게 된 것들 등 오로라가 아닌 것이 다양하게 존재하였다 이를 모두 고려하여 만든 데이터베이스는 약 개의 오로라 기록 들이 있었다
오로라 데이터 분석
본 연구진은 인공오로라 발생실험을 통해서 얻어낸 기준이 세기와 방향을 기준으로 오로라의 기록 분석을 진행하였다 처음 기준인 방위는 시대별로 오로라 관측기록을 묶은 후 가각의 오로라 관측기록을 방위를 기준으로 하여 그 수를 카운트해주었다 카운트하는 기준은 다음과 같다 기본적인 방위의 경우 그 방위에만 을 카운트하였고 방위의 경우에는 그 방위를 이루는 방위요소에 대해서 씩 카운트해주었다 방위 같은 경우에는 가까운 방위로 대체하여 을 카운트해주었다 그리고 사방에서 관측되 거나 경천이라는 기록은 방향을 알 수 없어서 제외시켰다 두 번째 기준인 세기는 시대별 방위별 세기를 얻기 위해 앞서 진행한 방위기록에 세기를 추가로 카운트해주었다 세기 를 카운트해주는 기준은 다음과 같다 적기가 보였다 라는 기록은 로만 카운트해주었 다 적기가 과 같았다 또는 같이 되었다 라는 기록은 그 안에 무엇과 비교되는지를 보고 로 카운트 해주었다 적기의 길이가 과 같았다 라는 기록은 그 길이 정도에 따라 로 카운트해주었다
연구성과
연구 결과
북반구 오로라 모형제작 오로라의 세기와 관측지점에서 보이는 방향이 자북극의 위치를 파악하는 용도로 사용하였다
오로라 데이터베이스 제작
년도 시간 방향 크기 세부특징,
1012 5월 정해일 남 불과 같은 적기
1014 3월 경인일 사방 요상하게 붉은 적침
1016 12월 정유일 사방 적침
년도 시간 방향 크기 세부특징,
1329 12 (7)월 일 서 불길이 치솟는 것 같았다.
1393 1 25월 일 사방 -
1393 1 29월 일 서 -
오로라 데이터 분석
시대 동 서 남 북
1100 - 1200 22 26 17 28
1200 - 1300 21 19 10 17
1300 - 1400 24 37 12 28
1400 - 1500 18 9 9 8
1500 - 1600 19 13 18 10
1600 - 1700 13 10 8 7
시대 진행방향 또는 위치
1100 - 1200 한반도의 북서쪽에 위치 서 ( >> 북서 >> 북) 1200 - 1300 자북극의 위치가 전시기에 비해 동진 1300 - 1400 자북극의 위치가 전시기에 비해 북서쪽으로 후퇴 1400 - 1500 자북극의 위치가 전시기에 비해 동북진 1500 - 1600 자북극의 위치가 전시기에 비해 남동진 1600 - 1700 초 동진 중반 : , : 남서로 후퇴 말 , : 동북진
시사점
알려지지 않은 년대 이전의 자북극의 위치를 파악해 우주기상예보에 도움을 준다 향후 계획
연구논문을 완성하여 검증을 받고 고지자기연구에서 얻은 자북극의 변화양상과 유사 한 점이 있는지 확인해줄 것이며 이를 통해 지자기장의 변화양상을 파악해볼 것이다
주요어 오로라 자북극 지자기북극
고지자기학 역사사료 고려사 조선왕조실록 승정원일기
연구 결과보고서
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개요
연구목적
밤하늘의 북쪽과 나침반의 북쪽이 다르다는 것의 깨달음
밤하늘의 별을 관측하기 위해서 망원경을 사용할 때면 적도의의 사용을 위해서 북극성 을 이용해 북쪽을 맞추는 극축정렬이라는 행위를 해야 한다 하지만 북쪽하늘에 광해가 심하다든가 옅은 구름이 끼게 되는 경우에는 실질적으로 북극성을 이용해서 극축정렬 을 한다는 것은 힘들다 그래서 우리는 학교에서 천문동아리 활동을 하며 주로 나침반을 이용하여 북쪽의 위치를 맞춘 후 위도를 이용하여 대략적인 극축정렬을 시행했었다 이와 유사한 상황이 있었던 어느 날 우리는 항상 해왔던 것처럼 나침반을 이용한 극축정 렬을 했었는데 얼마 시간이 지나지 않아 북쪽하늘의 구름이 걷혔었다 그래서 제대로 극축을 맞춰야겠다고 생각하여 극축을 재정렬하려 하던 중 북극성을 기준으로 한 북쪽 의 위치와 나침반을 기준으로 한 북쪽의 위치가 크게 차이가 난다는 것을 알 수 있었다
이에 궁금증이 생겨 자료조사를 한 결과 북극성은 지구의 자전축상의 위치한 별이기에 지리적 북극을 기준으로 한 것이며 나침반은 지구 자기장을 이용해서 나타낸 지자기 북극에 해당한 것이라는 사실을 알게 되었으며 자북극은 현시점에서도 계속해서 변화 하고 있다는 것을 알게 되었다
조선시대까지의 오로라 관측기록의 존재
천체관측을 하는 모든 사람에게 있어서 최고로 보고 싶은 천문현상은 바로 오로라이다 우연찮게 아는 선생님의 초대로 오로라를 보러 갈 기회를 얻게 되었지만 학교 일정상의 문제로 오로라를 볼 수 없게 되어버렸던 우리는 우리나라에서는 오로라를 볼 수 없다는 사실이 너무나 실망스러웠었다 그러던 중 우리를 초청해주셨던 선생님께서 우리나라에 서도 오로라의 관측이 가능하다는 것을 이야기 해주시며 년에 우리나라 보현산에서 오로라의 촬영을 했었다는 사실을 알려주셨다
이에 우리는 우리나라에서 볼 수 있는 오로라에 대해서 크게 관심을 가지게 되어 자료를 찾아보던 중 과거에 한반도에서 오로라를 관측한 기록이 다양한 역사서에서 나타난다는 사실을 알게 되었다 특히 고려사 와 조선왕조실록 에서는 오로라로 생각되어지 는 것을 관측한 기록의 수가 여개가 넘는다는 사실을 알게 되었다
자북극과 오로라의 관계성
년에 잠깐 관측되어진 오로라와는 다르게 고려 때부터 조선 때까지는 주기적으로 계속해서 오로라가 관측되어졌기에 일시적으로 강해진 태양풍에 의해서 관측되어진 것이 아닌 다른 원인이 있을 것이라고 생각하였고 오로라에 대한 이론적배경을 통해 오로라가 자북극을 기준으로 한 지자기위도의 도 사이에서 잘 일어난다는 사실을 알게 되었다
따라서 우리는 지북극의 위치가 과거에 한반도 근처에 있었으며 현재에도 나타나고 있는 변화처럼 자북극이 이동하여 현재에 위치하고 있다고 생각하였다 그리하여 지자 기 북극의 년대부터 년대까지의 이동경로를 확인하려고 하였는데 그 시간대의 경로는 존재하지 않았었다
이에 우리는 역사서 속에서 드러난 오로라 기록을 분석을 해준다면 역으로 자북극의 위치를 추적할 수 있지 않을까 하는 생각을 하게 되었고 오로라에 대해서 보다 깊은 이해가 필요할 것이라는 생각을 하였다 따라서 인공적으로 오로라를 발생시키는 장치 를 직접 제작함으로써 오로라에 대해서 보다 심화된 이해를 하고 우리나라 역사서뿐만 아니라 세계의 다양한 역사서를 참고하여 지자기 북점의 위치를 추적해줌으로써 연구의 신뢰성을 보다 높이고자 한다
연구범위
역사속의 오로라 기록을 정리하며 이들을 분석하는 방법에 대한 모형을 제작하고 직접 분석하여 년대 이전의 자북극의 위치를 파악한다
연구 수행 내용
이론적 배경 및 선행 연구
양홍진 외 인 의 고려시대의 흑점과 오로라 기록에 보이는 태양활동 주기 는 고려시대에 나타나있는 흑점과 오로라 관측기록을 통해서 관측하지 못했던 태양의 활동 주기를 방식을 통해서 알아내고 교차상관관계 함수를 통해서 서로 깊은 상관관계를 지닌다는 사실을 알아냈다 특히 흑점수와 오로라 관측일수는 모두 년 단주기와 약 년 장주기를 보인다는 사실을 알아내었다 한편 동시대의 중국의 왕조가 남긴 흑점과 오로라 기록은 분석 결과 그 특성이 고려의 기록과 다르며 주기성이 뚜렷하지 않는바 그 신뢰성이 떨어진다는 것을 보여주었다 또한 이론 적인 모델이 도출 되어있는 의 위치를 기반으로 하여 고려시대 당시의
의 위치가 한반도에 오로라를 보이게 할 수 있을 정도로 가까웠기에 오로라를 볼 수 있었던 것이라고 추측하였다 이를 통해서 우리가 연구 분석하고자 하는 고려사의 흑점 및 오로라 기록의 정확성이 뛰어나며 신뢰성이 높은 자료임을 알 수 있었다
이은희 의 극소기와 태양의 활동 은 세기에 나타나는
극소기 때의 조선왕조실록의 흑점기록과 오로라 기록을 분석함과 동시에 동위원 소 동위원소의 측정과 비교하였다 이를 통해 극소기의 특징이 흑점이 거의 나타나지 않으며 오로라의 활동 역시 다른 시기와 비교할 수 없을 정도로 줄어든 것을 확인하였다 특히 극소기 동안은 태양흑점의 년 주기가 약해지고
년 주기가 지배적이라는 것을 확인하였다 특히 극소기 전후의 조선의
오로라 기록을 살펴보면 극소기가 시작되기 바로 전까지 아주 활발한 오로라 활동이 있었으며 이를 통해 극소기가 아무런 예고 없이 갑자기 시작되었다는 것을 알 수 있었고 앞으로 찾아오게 될 최대극소기도 태양활동이 아주 활발한 상태에서 갑자기 일어날 가능성을 시사했다 이를 통해서 우리가 분석하고자 하는 조선왕조실록 의 오로라 및 흑점의 기록의 정확성이 뛰어나며 신뢰성이 높은 자료임을 알 수 있었다 그러나 우리의 연구는 위의 선행연구와는 다르게 태양흑점과 오로라를 이용하여 태양활
동의 주기를 파악하는 것이 아닌 오로라 자료를 이용하여 지자기 북점의 위치를 특정 짓고 그 위치 변화경로를 찾아내는 것이다
오로라 관측자료
가 고려사 는 조선 시대 태조 때부터 국가 정책상으로 편찬되기 시작하여 세종 년 문종 년 에 최종적으로 수정되었다 김종서와 정인지 그리고 수많은 학자들이 편찬에 참여하여 완성하였다 조선 건국의 합리화라는 이유로 창작되기 시작한 고려사는 비록 창작 배경 자체는 순수한 의도라고 할 수는 없지만 이를 통해 얻을 수 있는 것들이 결코 적지 않았다 조선 건국의 정당성을 확보하기 위하여 오히려 조선은 고려를 더욱 더 정확하게 조사해야만 했고 이는 그대로 고려사 안으로 녹아들 어갔다 고려에 대한 정보가 자세히 기술되어 있는 만큼 상당히 많은 분야에 걸쳐 다양한 정보들이 수록되어 있으며 이 중 천문 관련한 정보 역시 다수 수록되어 있다 나 조선왕조실록 은 전 세계에서 단일 왕조 중 가장 방대한 양의 역사를
담고 있는 사서이며 조선 대 왕인 태조 때부터 철종까지의 조선 대 왕의 모든 정보를 담고 있는 책이다 후대 왕이 자신의 일을 참고하여 더 나은 통치를 위해 도움을 주기 위한 목적으로 만들어진 책이기에 천문을 비롯한 매우 방대한 영역에서 상세하게 기술해두었다 이 사서의 신뢰도가 높은 이유는 여러 가지가 있지만 그 중 가장 큰 이유는 바로 사건을 직필할 수 있었다는 것이다 누구의 간섭도 받지 않고 어느 누구도 함부로 볼 수 없도록 제도적으로 보호를 받았기 때문에 사관은 더욱 더 자세하고 직접적으로 쓸 수 있었다 이 제도적 보호는 조선 후기까지 이어져 실록의 신뢰도는 전 세계 어디의 사서하고도 비교를 할 수 없을 정도로 높다고 여겨진 다 비록 이게 지켜지지 않은 경우가 간혹 있어 그로 말미암아 사화 가 일어나기 도 하였으나 이러한 사건이 한 손에 꼽을 정도로 적다는 것을 보았을 때 이 사서는 진실을 바탕으로 적었다는 것을 알 수 있다 그리고 매우 방대한 양의 정보들로 인해 천문 관련 정보에서도 타의추종을 불허한다
다 승정원일기 역시 조선왕조실록과 비견될 정도로 많은 정보를 담고 있다 조선왕조실록을 편찬할 때 가장 큰 역할을 한 사서이기도 했다 왕의 비서 기관이라고 할 수 있는 승정원에서 편찬한 이 책은 조선의 왕의 모든 행적과 그 날 있었던 일들을 공식적인 일기 형식으로 남겨놓은 것으로써 왕 주변에 일어나는 모든 일을 기록하기 에 그 무엇보다도 자세한 기록이다 이 모든 일에는 왕과 만난 사람 왕이 결정한 사안 심지어 그 날의 날씨 천문현상조차 적었기 때문에 년 전부터의 천문현상을 하루 단위로 직접 볼 수 있게 해주는 사서이다
지자기장의 이해와 인공오로라 발생실험 가 지자기장의 이해
자기장의 기원에 대해서 일반적인 이론은 없다 그러나 주요 부분이 지구 내에서 생기고 동적 프로세스에 의해 기인되어야 한다는 것은 인정된다 그러나 알려진 지표면에 존재하는 물질들 중에서 자기장의 크기를 생기게 할 정도로 충분히 자성을 띄지 않으며 지표 밑의 온도가 퀴리온도를 충분히 초과하기 때문에 정자기 프로세스
는 불가능하다고 여겨지고 있다 이에 자기장은 지구의 외핵 부분 내에서 자기유체역학 프로세스에 의해 생성되어지는 것으로 여겨지고 있다 자기유체역학은 유체운동 전류 그리고 자기장의 상호작용과 관련된 물리학의 한 분야인데 이는 항성 또는 다른 행성들의 자기장의 주 원인으로도 꼽히고 있다 이 프로세스는 회전하고 있으며 부분적 또는 전체적으로 훌륭한 전기 전도체인 이동하기 쉬운 유체로 구성된 천체를 필요로 한다 만일 그것이 기존의 자기장 내에서 움직이게 되면 그것과 연관된 자기장을 갖는 전류를 생성하기 때문에 난류 혹은 대류하는 유체는 발전기를 구성하게 된다 자기장이 전류에 의해서만 만들어질 때 발전기는 된다고 한다 일단 한번 되면 대류전류를 유지하는 초기 에너지원이 있는 한 발전기는 영속할 수 있게 되는 것이다 지구의 외핵은 철 니켈 이 녹아 액체와 같이 용해된 상태이고 지구가 약 의 비교적 빠른 자전을 하므로 이는 지구 내부가 위에서 말한 형태의 발전기 역할을 한다고 생각할 수 있다 이와 같은 프로세스를 통해서 지구에는 자기장이 형성된다 이렇게 형성되어진 자기장은 정적인 상태를 유지하지 않고 시간에 따라서 점진적인 변화를 겪게 된다 이런 현상은 영년변화 으로 알려져 있는 핵의 대류 순환 형태의 변화에서 기인된다 이런 현상의 한 표현은 특정 지리적 위치에서 자기장의 방향이 불규칙적으로 회전하게 된다 이런 식의 자기장의 회전은 지자기장 의 자기력선이 밀집해서 모이거나 방출되는 극들의 움직임에 의해서 알 수 있게 된다 이러한 극들은 지표면 상에 존재하게 되는데 북쪽에 있는 극을 자북극
남쪽에 있는 극을 자남극 이라고 부른다 이런 불규칙한 회전은 자북극과 자남극이 서로 일치하여 회전하게 만드는 것이 아닌 각자 가 따로 떨어져 회전하게 만든다 이에 지질학자들은 극들이 서로 일치하여 회전하도 록 만든 쌍극자 모델 을 만들었다 이런 가상의 극들 중 북쪽의 극을
지자기북극 남쪽의 극을 지자기남극
이라고 부른다 그러나 이런 지자기극 들은 실제로 관측되어 지는 지구의 극 변화를 포함한다고 볼 수 없기에 큰 의미를 지니는 자료라고 볼 수 없다 다만 고지자기를 연구할 때 위에서 말한 영년변화 효과를 수천 년의 층서 간격에 걸친 지점에서 시료들을 수집하여 데이터들을 평균화함으로써 제거 또는 복구시킬 수 있기 때문에 암석으로부터 극들의 위치를 얻어내 자극으로 변환시키는 데 사용된다
고지자기 연구
고지자기학은 암석이 형성되었을 때 자화된 광물의 방향을 연구하는 학문으로 자화 방향이 당시의 지자기를 나타내므로 특정 암석에 간직되어있는 화석 자기의 연구와 관계되어있다 그렇기에 암석 자기학을 이용하여 고지자기학의 연구를 진행한다 지구 내부의 광물들은 모두 상자성 이다 자기장은 전자의 스핀과 궤도 운동에 의해서 생성되어지는데 짝지어진 전자 를 갖는 껍질에서는 서로의 자기장을 상쇄시킨다 그렇기에 상자성 물질에 홀전자 가 존재해야하며 이 홀전자가 원자를 작은 자석 또는 쌍극자 로 작용하게 한다 이런 상자성 물질이 지구장과 같은 약한 외부 자기장에 놓이면 원자 쌍극자는 외부 자기장에 평행하게 되도록 회전한다 이런 유도된 자화는 물질이 자기장에서 제거될 때 쌍극자가 원래의 방향으로 되돌아가기 때문에 상실된다 그러나 수많은 홀전자를 함유하는 특정 상자성물질 다시 말해 강자상체의 경우에는 이들의 자기구조가 원자 가 홀전자 자기장의 상호작용에 의해 결합된 많은 자기영역으로 발전되는 경향이 있다 이러한 상호작용은 퀴리온도 이하의 온도에서만 가능하고 퀴리온도 이상이 되면 에너지 수위가 원자 간 자기결합을 방해할 정도가 되어 그땐 강자성체가 통상의 상자성 방식으로 거동한다 각 영역 내에서 연결된 원자 쌍극자의 내부 정렬은 영역이 순 자기 방향 을 소유하게 만든다 자기장 에 놓이면 자기방향이 외부자기장과 같은 센스인 영역은 다른 방향으로 정렬된 영역을 희생하여 크기가 증가한다 외부자기장에서 제거되어진 후에는 영역의 성장 및 수축에 기인한 선택된 방향이 물체가 전반적인 자기방향성을 나타내도록 유지된 다 이런 보유하고 있는 자화 를 영구 또는 잔류자기라고 부른다 전 지구적 지체구조론 이런 잔류자기를 이용하게 되면 자기장의 방위각 복각 등을 보유하게 된다 이를 기반으로 하여 앞서 설명한 지자기 극의 위치를 알 수 있고 지구의 고지자기 변화 양상을 파악할 수 있는 것이다 나 인공오로라 발생실험
테렐라 는 지구를 나타내는 작은 자화된 모델 구를 의미한다 이것은 영국의 물리학자인 에 의해서 처음 제시되어졌다 는 이를 자기장의 이해를 위해서 사용하였다 그러나 약 년이 지난 후 노르웨이의 과학자 인 에 의해서 실험이 보다 발전되었으며 는 이를 오로라 의 이해를 위해서 사용하였다 두 사람의 연구목적이 달랐기에 그 실험방식에는 현저한 차이가 있었다
는 엘리자베스 세 시대 때의 궁중소속의 물리학자였다 그는 지구 자기장에 대해서 많은 연구를 진행하였는데 그 이유는 당시에 나침반의 사용이 보편화되어지면서 많은 탐험가들이 무언가 진북을 가르키는 곳이 수렴하는 것 같다 는 추측들이 쏟아져 나왔기 때문이다 또한 대항해시대를 맞이하며 항해를 보다 수월하게 하기위해선 지자기장에 대한 이해가 필요하다는 사실이 명확해졌기 때문이
다 이에 는 지구가 그 자체로 거대한 자석이라고 주장했으며 그는 자철석 을 이용하여 테렐라를 제작하였으며 테렐라 위에 소형 바늘들을 놓아 그것들이 자극을 가르킴을 보였고 자극의 축에 평행하게 맞춰서 놓은 큰 바늘은 평형을 유지함을 보였다 는 이러한 내용을 년에
라는 자신의 저서에 정리하여 서술하였다
는 년에 활동하던 물리학자였다 그는 당시 자북극을 중심으 로하는 일부 지역에서만 나타나는 오로라에 대해서 설명하고자 노력하였다 그는 이러한 극 오로라에 대한 효과를 재현하기 위해서 가 제시했던 테렐라를 이용하였다 그러나 그는 테렐라만 이용한 것이 아니었다 그는 테렐라를 진공탱크에 집어넣은 후 그 주변으로 음극선을 직접적으로 쏘아주었는데 그 결과 테렐라의 그 주변에 운광을 관측하게 되었다 이러한 운광은 입자들의 경로를 제시하는데
와 함께 연구한 는 이러한 입자들의 경로를 수학적으로 예측 및 증명하였으며 실제 실험결과와 동일하였다 그들 스스로도 완벽한 이해를 하지 못했으나 는 오로라가 전하들에 의해서 발생한다고 최초로 추측하였으며 이러한 전하들은 태양으로부터 온다고 추론하였다 이와 관련하여 정리하여
이라는 한편의 논문으로 정리하여 작성하였다
연구주제의 선정
년부터 학교에서 만든 천문학에 관심 있는 사람들의 모임인 천문동아리 에 서 우리는 서로가 관심 있는 분야에 대해서 공유하고 이야기를 나누었다
천체관측을 하던 중 나침반을 기반으로 한 북쪽과 북극성을 기준으로 한 북쪽이 다르다 는 사실을 알고 이에 대해 논의한 뒤 자료조사를 통해서 지자기 북점과 북극점의 차이에 대해서 알게 되었다
오로라에 대해서도 관심이 있었던 우리는 오로라의 발생 원리에 대해서도 탐구해 보았 고 오로라가 지구자기장과 관련이 있다는 사실을 알게 되었으며 지자기북점을 기준으 로 한 위도에서 약 도에서 도 사이의 범위에서 주로 나타난다는 것을 알게 되었다
년에 오로라가 한반도에서 관측되어졌다는 사실을 전해듣고 한반도에서 관측되어 진 오로라에 대해서 자료를 찾아보던 중 원래 천문학사에 대해서 관심이 있던 조원이
고려사 와 조선왕조실록 에서 오로라의 관측기록이 남아있다는 사실을 알려 주었다
이에 우리는 년부터 년대까지의 지자기 북점의 위치를 오로라 관측기록을 통해 서 역추적이 가능할 것 이라는 가설을 정하였고 역사 기록 속에 나타난 오로라 기록의 분석을 통한 지자기 북점의 위치 추적 이라는 주제의 연구를 기획했다
연구주제에 대하여 자문가에게 직접 피드백을 받으며 연구의 엄밀성과 연구방법의 타당성에 대해서 검증받았다
연구 방법 연구 활동 및 과정 사료에 대한 분석
가 사서들의 연구자료로써의 타당성 입증
고려사 조선왕조실록 그리고 승정원일기라는 이 사서들은 과연 본 연구의 주제와 같은 고천문학 을 연구하기 위한 자료로서 타당한가에 대한 의문이 있을 수 있다 본 연구의 목표인 오로라 현상을 통한 자북극 위치 변화 추정은 과거의 오로라 기록을 찾아 비교 분석하여 이동 경로를 추정한 후 미래의 경로를 예측하는 것이다 그러기 위해서는 신뢰도 높은 사서를 통해 방대한 양의 오로라 관측 기록을 얻어야만 한다 앞서 이야기한 사서들이 타당한 이유는 다음과 같이 몇 가지가 있다
첫째로는 이 사서들이 모두 주변에서 구하기 쉽다는 데에 있다 한국사데이터베이스 와 조선왕조실록 에서 고려사 조선왕조실록 승 정원일기의 번역된 자료들을 더 쉽게 찾을 수 있도록 정리된 상태로 존재한다 그 당시 상황에 대한 자세한 서술 등을 같이 찾을 수 있어서 오로라 기록을 찾고 그 시대 상황과 대조하기에는 이보다 좋은 사이트를 찾기 힘들다고 본다
둘째로는 이 사서들은 데이터베이스를 만들기에 더 수월하다 데이터베이스를 만들 때 가장 중요한 요소는 바로 자료를 쉽게 구할 수 있는 접근성과 그 자료를 통해 얻을 수 있는 자료의 양이다 접근성과 양은 모두 이들이 우수하며 그 수준은 고려사 조선왕 조실록 승정원일기가 전 세계에서도 가장 방대한 양을 자랑하는 사서에 속할 정도이다 그러니 당연하게도 천문 관측 기록 역시 상당하다 한국에서의 오로라 관측 기록은 전 세계에서 가장 많은 여개에 달하는데 이 중 절반 가까운 수인 여개 이상의 기록이 이 개의 사서에 수록되어있다 이 연구의 목적에 맞는 각 시대별에 해당하는 오로라 기록이 충분히 나올 것으로 예상되었기에 이 사서들로 선택하였다
마지막은 이 사서들은 매우 신빙성이 높다는 것이다 고려사는 조선 최고의 학자 기관으로 알려져 있는 집현전에서 전문적으로 맡아 편찬에 참여하였던 만큼 이 사서의 신빙성은 의심할 여지가 없다 물론 이게 고려에서 만든 것이 아니라 조선에서 만든 사서라는 점에서 조선의 정당성을 확보하기 위하여 고려 역사를 왜곡하였을 가능성도 있으나 고려사를 만들기 위하여 참고하였던 책들의 목록 고려실록 편년강목 사략 등 을 토대로 초본을 만들었다는 것을 볼 때 대부분이 사실을 기반으로 쓰여졌다는 것을 알 수 있다 그리고 조선왕조실록은 전 세계의 유수한 학자들이 모두 인정한 가장 방대하고 자세한 기록이라고 평해진다 춘추관이라는 전담기관까지 만들면서 실록 편찬에 집중하고 이 실록을 편찬하기 위한 기초 자료인 사초를 쓰는 사관들을 보호하기 위한 제도적 장치 그리고 이를 왕조차 못 보게 하는 철저한 독립성은 조선왕조 실록의 신뢰성을 최대로 높이는 데 기여하였다 이는 승정원일기 역시 유사하여 신뢰도
가 상당히 높다 그리고 조선왕조실록과 승정원일기는 만들어질 때 철저한 진본성을 가지고 있다 그 이유는 이들의 제작 과정에서 볼 수 있는데 이들을 만들 때 가장 먼저 할 일은 바로 보고하는 단계이다 특정 천문현상의 경우 왕에게 직접 구두로 보고하고 그 외의 경우는 관상감이라는 기관을 통하여 왕에게 서면으로 보고하게끔 하여 즉각적으로 천문 현상의 발생을 알 수 있도록 하였다 그리고 이 때 보고한 내용을 단자로 만들어 승정원 등의 기관에 보내어 실록 편찬 등에 쓰도록 하였다 그리고 이들의 출처를 모두 정확하게 밝히어 적음으로써 철저한 진본성을 증명한다 이렇게 정리한 자료들은 다시 한 번 실록에 수록되는 과정에서 폐기 축약의 과정을 거친다 이 과정에서 이미 수록된 기록들이 재검증을 받으며 쓸모없는 표현들이 사라져 기록 해석을 왜곡할 여지를 줄였다
이렇게 만들어진 자료들 중에는 특히나 사람들이 가장 괴이하다고 여겼던 혜성 등이 자주 나오고 강조되는 만큼 그 당시 사람들이 흉조나 길조로 여겼던 기록들은 매우 자세하게 서술되어 있다 이 중 오로라는 고려 때부터 혈운 혈기 등등 피와 관련된 흉조라고 여겼기에 오로라 관련 기록 역시 자세히 기술되어 있다 이러한 이유들로 이들은 충분히 믿을 수 있는 자료로 평가되며 이는 곧 이 연구의 자료로 쓰일 수 있다는 것을 의미한다
나 오로라의 선별 및 분류
본 연구를 진행할 때 가장 중요한 단계는 바로 오로라에 대한 데이터베이스 제작이다 앞서 서론에서 밝혔듯이 선행연구에서는 오로라가 관측되어질 수 없는 상황인 일출 또는 일몰시 태양주변에서 관측되어진 적운 적기 기록들과 해가 하늘에 남중해있는 시간대에 관측된 적기 적침 기록들을 받아들였기 때문에 양
홍진 외 과 자료의 신뢰도가 많이
떨어진다고 보았다 따라서 본 연구에서는 선행연구에서와 같은 실수를 번복하지 않도록 하기 위해서 데이터베이스를 제작할 때 다음과 같은 요소들을 고려하여 분류하 였다 첫째는 데이터베이스를 제작할 기준이다 오로라가 나타나는 일시 방향 크기 등이 자북극의 위치를 추적하는데 필수요소라고 판단했기에 이들이 가장 중요하다 일시는 연 월 일 별로 정리하고 방향은 대부분은 방위이나 일부 방위가 있기에 원문을 살려 정리하였다 크기는 세부사항에 적어 넣었으며 주로 척 촌 등의 단위로써 원문에 드러나기에 원문을 살려 정리하였다 둘째는 오로라 진위 여부이다 고려사와 조선왕조실록은 오로라를 적기 적침 적운 등으로 불렀 다 하지만 모든 적기 적침 적운 등의 용어가 오로라를 뜻하는 것이 아니다 그래서 필자는 그 기록의 세부사항을 분류하여 그 용어들이 오로라를 뜻하는 것인지 아니면 다른 기상현상을 의미하는지를 구별하였다 적기는 대부분이 실제 오로라 현상이지만
적침과 적운은 일반 기상현상인 경우가 적지 않았다 특히 적운의 경우 일출 또는 일몰시 태양의 옆에서 관측되는 것 과 햇무리 또는 달무리와 같이 관측되는 것이 빈번하였으며 이는 일출 또는 일몰시 태양의 옆에 있던 구름이 햇빛을 받아 반사되 면서 관측되어진 것 햇빛 또는 달빛이 구름을 거치며 산란을 일으키는 과정에서 붉은 기운을 띄게 되어 구름에 나타난 것이라고 판단하였다 또한 오로라는 굉장히 희미한 빛을 방출하는 현상이기 때문에 정오와 같이 태양이 하늘에 있는 낮에는 그 관측이 불가능하다 그럼에도 불구하고 조선왕조실록이나 고려사에서 낮 시간대 에 관측되어진 적기 적침기록들이 소수 발견되었으며 이들은 전부 오로라 기록이 아니라고 생각하여 제외시켰다 이와 같은 요소들을 모두 고려하며 만든 데이터베이 스에는 최종적으로 개에 달하는 기록들이 수록되어있었으며 이는 이 가지의 사서에서 구할 수 있는 거의 최대의 숫자로 보인다
오로라 간이모형제작
우리는 앞으로 진행하게 될 사료 바탕의 자북극의 위치변화를 추측하기 위한 분석방법 에 대한 논리적 근거를 갖추고자 하였다 이에 앞서 설명한 테렐라 실험의 결과들을 기반으로하여 오로라데이터베이스 분석시 고려해야할 요소들에 대해서 알기 위해서 직관적인 이해가 가능한 오로라 관측모형을 제작해주었다
오로라 관측모형의 제작 및 실험과정은 다음과 같다
먼저 투명반구에 알맞은 좌표계산식을 만든 뒤 투명반구위에 지구와 동일하게 한반도 와 그 외 주요 지명과 도시들을 전부 좌표계산하여 북반구 세계지도를 표현해준다 이후 또 다른 반구 위에 위도가 각각 도 도 도로 서로 도씩 차이나도록 자북극을 설정해준 다음에 이를 중심으로 지자기위도 도에 해당하는 오로라 오벌을 우드락 을 이용하여 표현해준다 우드락을 이용한 이유는 오로라가 발생하는 고도를 표현해주기 위해서였다 이렇게 만든 모형을 바탕으로 자북극을 다양한 위치로 바꾸어주며 한반도의 지평선을 기준으로 보이는 오로라를 카메라 촬영하여 실제 관측을 할 때 오로라가 보이는 방향과 자북극이 떨어진 정도를 확인해주었다
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실험 결과는 다음과 같다 첫 번째 자북극의 위치가 인도양에 위치해있을 때이다 한반도를 기준으로 오로라는 서쪽과 남서쪽에서 보였고 희미하게 오로라가 보였다 두 번째 자북극의 위치가 모스크바 북부에 위치해있을 때이다 한반도를 기준으로 오로 라는 대략 서북쪽에서 보이고 이전보다 발전된 형태로 더 큰 오로라가 보였다 세 번째 자북극의 위치가 시베리아 중앙에 위치해있을 때이다 한반도를 기준으로 오로라는 북쪽과 북서쪽에서 보이고 이전보다 가까이 더 크게 오로라가 보였다 네 번째 자북극 의 위치가 시베리아 동북쪽 즉 한반도의 정북쪽에 위치해있을 때이다 한반도를 기준으 로 오로라는 북쪽에서 보이고 가장 가까이서 가장 크게 오로라가 보였다 다섯 번째 자북극의 위치가 알래스카 서북부 즉 배링해협 근처에 위치해있을 때이다 한반도를 기준으로 오로라는 동북쪽에서 보이고 이전보다 작아진 동쪽으로 후퇴하는 오로라가 보였다 마지막은 자북극의 위치가 알래스카 동쪽에 위치해있을 때이다 한반도를 기준 으로 오로라는 동북쪽과 동쪽에서 보이고 이전보다 더 작아진 지평선 근처의 희미한 오로라가 보였다
오로라 관측자료 분석
가 국내사료를 바탕으로한 자북극의 위치 추측
앞 에서 논의한 바와 같이 오로라를 통해서 자북극의 위치를 추측하기 위해서는 크게 가지 요소를 기준으로 해야 한다 첫 번째는 방향 두 번째는 세기이다 방향의 경우 앞서 앞에서 논의한 것처럼 사료에서 방위 또는 더 자세한 방위를 통해서 표현이 되었으며 세기의 경우 앞에서 논의한 세부사항을 통해서 알 수 있었다
나 방향을 기준으로 한 오로라 관측자료 분석방법
앞에서 구축한 오로라 데이터베이스를 본 분석방법을 위해서 다시 재정렬 해주었다 원 데이터베이스의 경우 오로라 관측연도 일자 방향을 일일이 전부 적어놓았으나 본 분석방법의 경우 시대별로 오로라관측기록을 묶는 것이 중요하였다 오로라의 크기 가 센 경우 원래 보여야하는 방위보다 더 뒤쪽으로 가서 보이거나 사방에 보일 수 있기 때문이었다 이외에도 다양한 요인들로 인하여 자북극의 위치를 추적하기에는 힘들게 만드는 요소가 있을 수 있었다 그렇기에 시대별로 오로라 관측기록을 묶은 후 각각의 오로라 관측기록을 방위를 기준으로 하여 그 수를 카운트 해준 뒤 가장 많이 나타나는 방위가 자북극이 위치하는 방향에 해당한다고 분석할 수 있었다 시대의 경우 오로라 관측기록이 시작된 년대부터 년 단위 세기 로 끊어서 오로라의 방위 수를 카운트 해주기로 했다 방위수를 카운트 하는 방법은 보다 직관적인 이해를 위해서 방위나 방위의 기록을 전부 방위로 변환하여 카운트 해주었는데 이는 다음과 같은 방식을 통해서 카운트 해주었다
첫째 기본적인 방위인 동 서 남 북 으로 관측되어진 경우 이는 각의 방위에 씩 올려주는 방식으로 카운트했다 둘째 방위의 경우 남동 북동
남서 북서 로 이루어져있는데 이들은 각각 구성되는 요소에 씩 올려 주는 방식으로 카운트했다 셋째 보다 자세히 표현된 방위의 경우 남남동
동남동 동북동 북북동 북북서 서북서 서남
서 남남서 로 이루어져 있는데 이들은 기본적인 방위에 가까운 방위
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에 해당하는 곳에 씩 올려주는 방식으로 카운트했다 넷째 넓은 범위에서 오로라가 나타나는 경우 동북 부터 서북 까지 서북서 부터 남남서 까 지 등의 경우로 이루어져 있는데 이들 범위에 해당하는 방위들을 올려주는 식으로 카운트해주었고 주범위에 해당하는 방위는 씩 한 번 더 올려주는 식으로 카운트 해주었다 마지막으로 사방 또는 경천 경우 방위를 통해서 알아낼 수 없다고 판단하였기에 무시하고 카운트해주지 않았다 이를 바탕으로 한 시대별 오로 라 방위 카운트는 다음 표와 같았다
위의 표 을 보았을 때 년까지와 년 이후는 그 자료수가 매우 적기 때문에 무시하였다 년부터 년까지는 서쪽과 북쪽의 기록이 많은 것을 보아 한반도를 기준으로 하였을 때 자북극의 위치가 북서쪽에 위치했을 것이라고 추측하였으며 오로 라의 방위가 나타나는 변화 양상이 서에서 서북 북과 같이 연대별로 나타났다 년 부터 년까지는 동쪽의 기록이 그 전 시기보다 많아진 것을 보아 자북극의 위치가 전 시기에 비해 동쪽으로 전진하였다고 추측하였다 년부터 년까지는 서쪽과 북쪽의 기록이 그 전 시기보다 많아진 것을 보아 전 시기보다 서북쪽으로 살짝 후퇴하였 다고 추측하였다 년부터 년까지는 극소기와 시기가 겹쳐 오로라의 기록이 적어졌으나 전 시기보다 동쪽의 기록의 비율이 증가하였기에 전 시기보다 자북극의 위치가 동진했다고 추측하였다 년부터 년까지는 전 시기보다 동쪽 과 남쪽의 기록이 많아졌기에 전 시기보다 자북극의 위치가 동남진했다고 추측하였다
년부터 년까지는 극소기와 겹쳐 오로라 기록이 적어졌으나 전 시
시대 동 서 남 북
1000 - 1100 - - 1 -
1100 - 1200 22 26 17 28
1200 - 1300 21 19 10 17
1300 - 1400 24 37 12 28
1400 - 1500 18 9 9 8
1500 - 1600 19 13 18 10
1600 - 1700 13 10 8 7
1700 - 1 2 - -
기보다 동쪽의 기록의 비율이 증가하였기에 동진했다고 추측하였으나 오로라의 방위 가 나타나는 방위의 변화양상이 동쪽 남서쪽 다시 동북쪽으로 진행되었기에 년대 초에는 동진했다가 중반 경에 다시 남서쪽으로 후퇴한 후 후반 대에 다시 동북진했을 것이라고 추측하였다
다 세기와 방향을 모두 고려한 오로라 기록 분석방법
나에서 논의한 방향만을 고려한 오로라 기록 분석과 같은 경우에는 한반도를 기준으로 자북극의 방향 변화만을 추측한 것이기에 자북극의 떨어진 거리 또는 정확한 위치를 고려하여 다시 분석을 진행하였다 이번 분석의 기준은 세기이다 시대별로 오로라가 나타나는 방위에 대해 오로라의 세기를 추가하여 분석을 해주었다 이를 위해서 오로라의 세기를 카운트하는 방법을 다음과 같이 분류하여 정하였다 첫째
적기 또는 적침 이 관측되었다 라는 기록의 경우 세기를 로 올려주었 다 둘째 적기 또는 적침 이 불과 같았다 색이 변하였다 몇 경 에 관측되었다 등 과 같은 경우에는 세기를 로 올려주었다 셋째 적기의 길이가 과 같았다 또는 길이가 이었다 등의 기록 중에서 그 길이를 미터법으로 환산하였을 때 이하인 경우 적기가 횃불과 같이 일렁거렸다 불 그림자 와 같았다 등 의 기록들에 대해서는 세기를 으로 올려주었다 넷째 적기의 길이가 과 같았다 또는 길이가 이었다 등의 기록 중에서 그 길이를 미터법으로 환산하였을 때 이상 이하의 기록의 경우 적기가 몇 경 부터 몇 경 까지 보였다 등의 기록들 에 대해서는 세기를 로 올려주었다 마지막으로 적기의 길이가 과 같았다 또는 길이가 이었다 등의 기록들 중에서 그 길이를 현재의 미터법으로 환산하였을 때
초과의 기록의 경우 적기가 며칠 동안 지속되었다 등의 기록들에 대해서는 세기를 로 올려주었다 이외에 적기 또는 적침이 사방에서 관측되었다 적기 또는 적침이 하늘에 충만하였다 등의 기록들은 자북극의 가까운 정도를 파악하는 지표가 되므로 따로 정리해주었다 이를 정리해본 결과가 다음과 같이 나왔다
시대 동 서 남 북 사방 경천,
1000 - 1100 - - 1 - 7
1100 - 1200 47 47 42 63 7
1200 - 1300 51 31 26 32 16
1300 - 1400 30 50 14 35 13
1400 - 1500 18 11 10 20 1
1500 - 1600 37 15 24 10 2
초
1600 - 1700 39 35 37 31 5
중
1600 - 1700 11 1 4 1 -
말
1600 - 1700 - 1 - 1 1
1700 - 2 4 - - -
위의 표 를 앞서 정리한 표 과 비교하여 분석한 결과 다음과 같은 추정을 할 수 있었다 먼저 년부터 년까지는 동서남북의 기록이 고루 관측됨에 따라 한반도를 기준으로 서북 방향에서 시작하여 동북진한 것으로 추정하였다 그리고 이 때의 기록이 세기가 높은 것이 많기에 한반도와 가까웠을 것으로 추정하였다
년에서 년까지는 동진을 지속하면서 년대 말에 동북진하였을 것으로 추정하였다 이 때에는 년에서 년까지의 기록보다 세기가 더 강해졌기에 한반도에 더 가깝게 진행해왔을 것으로 추정하였다 년에서 년까지는 초반에 서쪽에서 발견되는 오로라의 세기가 갑자기 강해지는데 이는 태양활동이 강해져 년대 말하고 비슷한 위치임에도 불구하고 오로라의 세기가 강해졌을 것으로 추측 하였다 이후 중반부터는 다시 년대의 진행경로를 따라 동북진하였을 것으로 추측하였다 이 때 역시 년하고 세기는 크게 변하지 않는 것으로 추정되었다
년에서 년까지는 년대의 진행경로에서 살짝 기울기가 완만한 형태로 동북진하여 한반도의 정북 쪽에 위치하였을 것으로 추측하였다 그리고 이어 동진하여 북태평양을 지나가고 있을 것이라고 추측하였다 하지만 이 때는 전 세계적으로 소빙 하기가 시작되는 시점이었기 때문에 태양활동이 약해져 오로라의 세기가 많이 약해졌 다 하지만 그럼에도 불구하고 한반도에서 지속적으로 관측되었다는 점으로 볼 때 한반도와 상당히 가까웠다는 추측을 할 수 있었다 년에서 년까지는 동쪽이 서쪽에 비해 세기가 강하므로 한반도를 기준으로 동쪽에 존재했고 이전 시기에 비해 북쪽이 강해진 비율보다 남쪽이 강해진 비율이 커지므로 이전 시기보다 남진했음을 추측할 수 있었다 하지만 년대 초기에는 북쪽 기록이 남쪽보다 자주 나옴에 따라 초기에는 북진하였을 것으로 추정했다 이 과정을 거친 후 이를 현대 연구에서 밝혀낸 년부터의 자북극 이동경로와 비교해본 결과 상당히 유사하다는 것을 알 수 있었다 년에서 년은 상당히 복잡하게 움직였을 것으로 추측하였다
년대에는 주로 초기에 모든 기록이 집중되는데 그 이유는 바로 극소기 로 진입하기 직전인 년대 초기에 태양활동이 급격하게 강해졌기 때문이다 이로 인해 년대 초기에는 모든 방향에서 강하게 관측되는데 이를 방향과 세기를 고려 하여 비교해보면 동쪽과 남쪽의 기록이 비교적 세기가 강하다고 측정되었기 때문에
년부터 년까지의 진행경로를 그대로 따랐을 것으로 추측하였다 이후 년
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대 중반부터는 극소기가 시작됨에 따라 오로라 기록이 매우 적어짐에 따라 이 이후에 대한 오로라를 이용한 추측은 불가능하다고 판단하였다
연구 결과 및 시사점 가 연구 결과
본 연구의 가장 중요한 부분은 바로 역사 사료에서 찾아낸 오로라 기록을 데이터베 이스화하는 과정이다 이 과정에서는 가지 작업을 선행해야만 했다 첫번째는 바로 오로라가 맞는지 검증하는 것이다 검증하기 위해 필자들은 여러 조건을 제시했고 이 조건에 모두 만족해야만 오로라가 맞다고 인정하였다
가 이 기록이 밤에 보인다고 기록된 것인가
나 이 기록에 등장하는 것이 하늘에 떠있는 것이 맞는가 다 이 기록이 해질녘 또는 새벽에 해 주변에 있지 않는가
이러한 가지 조건을 모두 만족하는 것만을 오로라라고 인정하였다 그리고 두번째 는 바로 이렇게 찾아낸 오로라 기록을 분류하는 것이다 이 과정을 위해 필자들은 여러 기준을 세워 수치화되어 있지 않은 오로라 기록들을 수치화하였다
가 방향의 경우 방위 방위 방위 사방 경천으로 크게 가지로 나눈 다음 이들을 앞서 나에서 제시한 기준대로 분류하였다
나 세기의 경우 기록이 어떻게 되어있느냐에 따라 크게 가지로 나눈 다음 이들을 앞서 다에서 제시한 기준대로 분류하였다
이렇게 만들어진 기준으로 필자들은 정확한 데이터베이스를 얻어낼 수 있었다 앞서 제시한 방법들을 이용하여 얻어낸 데이터베이스를 분석할 때는 많은 변수들을 함께 생각해아만했다
가 태양활동의 세기가 얼마나 강력했는가
나 오로라 기록이 끊어지지 않는 연속적인 변화 양상을 보이는가 다 오로라 기록의 일관성 관측지 및 관측자의 불변성 등 이 있는가
이상의 변수들을 동시에 고려하여 데이터베이스를 분석한 결과는 그림 과 같다
그림에서 볼 수 있다시피 태양활동과 오로라 기록의 연속적인 변화 양상 등을 모두 고려해본 결과는 다음과 같이 자북극은 년도에 중앙아시아와 현재의 러시아 서부 사이에서 그리고 이 자북극이 서서히 동북진하다가 동진을 하는 형태로 움직여 현대 연구에서 밝혀낸 년대 이후의 자북극 이동경로와 일치하게끔 진행하는 것으로 추정되었다
나 시사점
본 연구는 기존에 만들어져 있던 데이터베이스를 이용하여 진행한 것이 아니다 우리들 이 세운 분류 기준과 오로라 판별 기준을 가지고 새로 데이터베이스를 만든 후 이를 분석하여 이제까지 제시되지 않은 결과를 도출해낸 것이다 이 과정에서 필자들은 고려 사와 조선왕조실록 승정원일기에 등장하는 건의 기록을 일일이 분류하고 분석하며 신뢰도를 올렸다 그리고 이를 진행하면서 오류를 발견하여 즉시 새로운 방법을 고안하 여 계속해서 자료 갱신을 진행하였다 모든 것을 일일이 기록하고 분석하며 심지어 오류를 수정하기 위해 새로운 방법을 창안하는 등의 과정을 진행하는 데에 개월이라는 긴 시간을 투자하였으나 그만큼 본 연구를 통해 나온 결과는 정확도가 상당히 높다고 자신할 수 있었다 그리고 필자들이 제시한 사료 분석 방법은 사료에 등장하는 추상적 기록을 수치화하는 것이 핵심이라고 할 수 있는데 대부분의 사료에는 과학적 현상들이 추상적으로 즉 구체화되지 않은 채로 등장하는 경우가 지배적이다 그렇기에 필자들이 제안한 대로 이러한 기록들를 수치화할 수 있다면 이제까지 정량화의 실패로 인한 결과 도출의 실패를 경험한 연구들이 다시금 연구를 진행할 수 있는 발판이 될 것이다 대표적인 예로는 고대 지진을 분석하여 특정 지역의 지진의 주기나 세기 등을 파악하는 것이 있다 사료에는 지진이 어느 정도 강도로 일어났는지에 대한 구체적인 언급은 없다 하지만 빈도는 정확하게 기록되어있고 특이사항들도 대부분 기록을 해두었기 때문에 이를 이용하여 새로운 분류 기준을 생성한 후에 수치화를 진행한다면 충분히 이러한 연구들도 성과를 낼 수 있을 것으로 생각된다 그리고 본 연구는 어떠한 상징성 역시 포함하고 있다 이 연구는 역사 사료에서부터 출발하여 어떠한 과학적 현상을 이론적으로 증명해나가는 과정이라고 할 수 있다 그만큼 인문과 수리 능력의 협력이 잘 이루어져야만 하는 연구이다 그렇기에 필자들은 문과와 이과가 팀을 이루어 본 연구를 진행한 것이다 하지만 이는 비단 본 연구에만 국한되는 것이 아니다 본 연구에서 어느 한 쪽의 존재만으로는 풀기 어려운 난제를 만났을 때 또는 같이 한다면 훨씬 더 수월하게 풀릴 수 있을 때는 서로가 협력해야만 한다 그러나 많은 학생들은 문과는 문과끼리 이과는 이과끼리 하려는 경향이 있다 물론 전문적인 분야라면 그렇게 해야 하겠지만 내에서만이라도 이러한 문과와 이과의 협력하는 경우가 본 연구를 계기로 증가하기를 기대한다
홍보 및 사후 활용 홍보
학교의 학술제에서 학생들에게 연구내용을 발표해줌으로 그 내용을 공유한다 작성한 연구논문을 인터넷을 통해서 다양한 학생들에게 알려준다
등 다양한 청소년 학술대회에서 본 논문의 내용을 발표하여 그 내용을 공유한다 사후활용
고대 자북극 이동경로를 추정하고 미래의 자북극 이동경로를 추정하는 연구의 발판이 될 것이다
연구에서 사용한 사료분석방법을 공유하여 사료 속 다른 과학적 사실에 이를 적용하 여 연구성과를 얻어낼 수 있을 것이다 한반도의 고대 지진자료 분석
연구에서 활용하기위해 제작한 오로라 관측모형에 대한 이론과 제작방식을 널리 공유하여 지구과학 또는 물리파트에서 배우는 오로라에 대해서 쉽게 이해할 수 있는 학습도구를 제공한다
참고문헌
국가기상위성센터 우주기상 예 특보 운영 매뉴얼 기술노트 호 서울 기상청
노수련 장헌영 태양주기 의 흑점 및 지자기폭풍의 빈도간 상관관계 연구 천문학논총
박도원 조선시대 천문 기록 관리에 관한 기록학적 연구
을 중심으로 박사학위논문 서울대학교 서울 양홍진 외 고려시대의 흑점과 오로라 기록에 보이는 태양활동주기 천문학논총
에스이랩 태양흑점 폭발예측 및 분석모델 개발 우주전파교란 상시감시체계 구축 사업 과제 세부과제 태양흑점 폭발예측 및 분석모델 개발 의 보고서 서울 미래창조과학부
유경노 조선왕조실록에 기재된 초신성의 관측기록 천문학논총 윤홍식 우리나라의 지자기장의 변화 한국측량학회지
이은희 극소기와 태양의 활동 천문학논총
조경석 외 년 월의 태양활동과 우주환경의 영향 한국우주과학학회지
현대천체물리학 천문학 입문과 태양계
현대천체물리학 항성천문학
천문학 및 천체물리학 제 판
전 지구적 지체구조론
