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고전 속 천문과 기상 기록으로 태양활동과 기후변화를 알아내다 2019-05-17

- 고려~조선 태양흑점 기록으로 240년 장주기 태양활동 확인 

- 흑점과 서리 기록으로 태양활동과 기후변화 상관성 입증


■ 한국사에 남아있는 오랜 관측 기록은 자연을 이해하고 연구하는 데 유용하다. 특히 긴 주기의 자연변화 연구에 우리나라의 꾸준하고 사실적인 관측 기록들이 소중한 자료가 된다. 


■ 한국천문연구원은 역사서에 기록된 태양흑점*과 서리 정보를 연구해 태양의 240년 활동주기를 찾아내고, 이러한 태양의 장주기 활동이 과거 기후 변화와 밀접한 연관성을 가지고 있음을 입증했다.

    * 흑점 : 태양활동의 직접적인 지표로 태양 표면에서 주변보다 온도가 낮아 검게 보이는 현상을 말한다. 현재까지 가장 잘 알려진 태양활동의 주기는 11년으로, 흑점 수가 많아지는 극대기와 적어지는 극소기를 지닌다. 이러한 11년 주기의 태양활동도 그보다 더 큰 주기를 가지고 변동하는데 그 긴 주기에 따라 기후도 영향을 받는다. 


□ 한국천문연구원 양홍진 박사가 이끄는 연구진은 고려사와 조선왕조실록에서 흑점에 대한 55군데 기록을 찾아 태양의 활동주기를 연구했다. 이를 통해 현재까지 잘 알려진 태양활동의 주기인 약 11년과 60년 이외에 240년의 장주기가 있음을 확인했다. 연구진은 장주기 분석의 신뢰도를 높이기 위해 중국 사서에 기록된 흑점 정보도 함께 연구했다. 


□ 서양에서 태양흑점 관측은 17세기 이후부터 시작됐기 때문에 현대 천문학계에서는 태양의 240년 장주기 활동에 대해 잘 알려지지 않았다. 반면 한국과 중국은 12세기 이전부터 태양흑점을 관측해 기록으로 남겨왔다. 특히 고려사와 조선왕조실록에는 흑점의 크기를 다섯 등급으로 나누어 검은 점, 자두, 계란, 복숭아, 배의 크기로 표현했다. 이들 크기는 실제 흑점 활동의 강도를 나타낸다. 


□ 더불어 연구진은 태양활동이 기후변화에 미치는 영향을 조사하는 과정에서 역사서에 기록된 기상현상 중에서 서리 기록이 온도 변화를 보여줄 수 있는 지표임을 알아냈다. 고려사와 조선왕조실록에 언급된 약 700번의 서리 기록을 이용해 서리가 내리지 않는 기간인 ‘무상기간’의 시대적 변화와 태양주기와의 관련성을 밝혀냈다. 

   

□ 연구진은 흑점과 서리 기록의 비교를 통해 240년 주기로 태양의 흑점이 많아진 시기에 우리나라의 온도가 급격하게 하락했음을 확인했다. 따라서 기후변화가 태양활동에 영향을 받는다는 사실을 유추할 수 있다.  

    ※ 현대과학계는 여러 데이터를 바탕으로 지난 1천 년간 기후가 점차 추워졌다고 보고 있다.


□ 양홍진 박사는 “이번 연구는 우리나라의 풍부한 역사 기록이 현대과학적 측면에서 매우 신빙성 있으며 중요한 자료로 활용될 수 있음을 보여준다”며 “앞으로도 다양한 고천문 자료를 바탕으로 태양의 장주기 활동을 추가 증명해나갈 것”이라고 말했다. 


□ 이번 연구 논문은 기상과 태양-지구 물리 저널(Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics)에 5월호에 게재됐다. (보도자료 끝. 참고자료 있음.) 

 


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그림 1. 고려사(1151년 3월) 흑점 기록 부분. 흑점을 ‘흑자’로 표시했으며, “해에 흑점이 있는데 크기는 계란만 했다”고 적혀 있다. 

흑점의 크기를 다섯 등급으로 나누어 검은 점, 자두, 계란, 복숭아, 배의 크기로 표현했는데, 이들 크기는 실제 흑점 활동의 강도를 나타낸다. 


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그림 2. 태양 표면에 검게 보이는 부분이 흑점이다.  


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그림 3. 지난 1천 년 동안 사서에 기록된 한국과 중국의 흑점 주기 분석. 11년과 60년 주기 외에 새롭게 240년의 태양의 장주기 활동을 확인했다. 

빨간색 점선과 파선은 몬테카를로 분석에서 추정된 99.73%와 99.99%의 통계 유의 수준으로, 이들 선보다 높은 봉우리는 실제 태양활동의 주기임을 알 수 있다.   


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그림 4. 지난 1천 년간 흑점과 서리 기록 분포. 

아래쪽 빨간 점선 막대그래프는 한국의 흑점기록 수, 파란색 막대그래프는 중국의 역대 흑점기록 수, 막대그래프에 겹쳐진 곡선그래프는 240년 태양의 주기 활동을 나타낸 것이다. 

위쪽의 작은 원은 서리 기록으로 검은색과 흰색 원은 봄과 가을의 서리 관측 날짜를 나타난다. 두 원 사이(무상기간)의 간격이 좁을수록 기후가 추워짐을 나타낸다. 

1400년과 1650년 근처에서 무상기간이 급격히 줄어드는 모습이 나타나 과거 기후변화가 태양의 240년 장주기 활동에 영향을 받았음을 확인할 수 있다. 


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그림 5. 연도별 흑점 수 변화 추이


[참고 ] 용어 설명


1. 무상기간 : 일 년 중 서리가 내리지 않는 기간으로 늦은 봄의 마지막 서리에서 초가을의 첫 서리까지의 날짜 수. 무상기간이 짧을수록 춥다는 의미다. 무상기간은 일반적으로 위도가 높을수록 짧아지며 기후가 따뜻해질수록 길어지게 된다. 

 

2. 흑점 관측 : 현재 천문학에서 흑점의 관측은 1611년 갈릴레오 갈릴레이가 처음 했다고 알려져 있다. 그러나 동양에서는 이보다 한참 앞선 기록이 남아 있다. 중국에서는 기원전 28년부터 흑점 기록이 전해지고 있으며 한국사에도 서기 640년 삼국사기 고구려본기에 흑점을 표현한 최초의 기록이 나타난다. 고려 숙종 10년(1105) 이후부터 고려사(918~1392년)와 조선왕조실록(1392~1910년)에도 흑점 기록이 이어진다. 고려시대 이후 흑점은 흑자(黑子)로 기록되어 있다. (인용자료: 하늘에 새긴 우리 역사, 박창범, 김영사, 2002)


   · 고구려 영류왕 23년(640) 9월 日無光經三日復明 (三國史記 高句麗本紀) 

                                 해의 빛이 사라졌다가 삼일 이후 다시 밝아졌다.

   · 고려 숙종 10년(1105) 정월   日正中無光 (高麗史 47天文, 增補文獻備考)

                                 해의 한가운데에 광채가 없었다.

   · 고려 예종 10년(1151) 3월    日有黑子大如?卵 (高麗史 47天文, 增補文獻備考)

                                 해에 흑점이 있는데 크기는 계란만 했다.


[참고]  논문 및 연구팀


○ 연구팀 

- 양홍진(한국천문연구원 고천문연구센터 선임연구원)

- 박찬경(전북대학교 교수, 교신저자)

- 김록순(한국천문연구원 우주과학본부 선임연구원 / UST 교수)

- 조경석(한국천문연구원 부원장 / UST 교수)

- 전준혁(충북대학교 기초과학연구소 박사후연구원)


○ 논문

- 게재지 : 기상과 태양-지구 물리 저널

        (Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics)

- 제목 : Solar activities and climate change during the last millennium recorded in

        Korean chronicles

- 게재일자 : 2019년 5월호


[문의]

☎ 042-865-2001, 고천문연구센터 양홍진 박사

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