비르켈란 전류(Birkeland Current)는 지구의 자기권(magnetosphere)과 고위도 전리층(ionosphere)을 연결하는 지자기장의 자기력선을 따라 흐르는 전류를 가리키는 과학 용어이다. '자기장 정렬 전류(field-aligned current, FAC)'라고도 불린다.
이 전류는 지구 자기권 내에서 태양풍(solar wind)과 행성간 자기장(interplanetary magnetic field, IMF)의 상호작용, 그리고 자기권 내 플라즈마의 대류 운동에 의해 발생한다. 비르켈란 전류는 오로라 생성과 밀접한 관련이 있으며, 극지방 상층 대기에서 관측되는 오로라 현상의 주요 원인 중 하나로 알려져 있다.
비르켈란 전류는 일반적으로 두 쌍의 전류 시트(current sheet) 구조로 나타난다. 하나의 쌍은 정오 섹터(noon sector)에서 황혼 섹터(dusk sector)를 거쳐 자정 섹터(midnight sector)까지 확장되며, 다른 하나의 쌍은 정오 섹터에서 새벽 섹터(dawn sector)를 거쳐 자정 섹터까지 확장된다. 오로라 존의 높은 고도에 위치한 시트는 Region 1(극 방향) 전류 시트, 낮은 고도의 시트는 Region 2(적도 방향) 전류 시트로 구분된다.
비르켈란 전류의 세기는 지구 자기권의 활동 상태에 따라 변화한다. 조용한 시기(quiet time)에는 대략 10만 암페어(A)의 전류가 흐르며, 지자기 교란 시기(geomagnetically disturbed time)에는 100만 암페어 이상의 전류가 흐르는 것으로 알려져 있다. 이 전류는 전리층의 전류와 연결되어 상층 대기를 가열하는 역할을 한다.
이 전류의 명칭은 노르웨이의 탐험가이자 물리학자인 크리스티안 비르켈란(Kristian Birkeland, 1867–1917)의 이름에서 유래하였다. 비르켈란은 1908년 북극권 탐험 중 오로라가 나타날 때 자력계 바늘의 방향이 변하는 현상을 관찰하고, 이를 바탕으로 태양에서 방출되는 입자(태양풍)가 지구 자기장에 유입되어 전류를 형성하고 오로라를 만든다는 이론을 제시하였다. 당시 그의 이론은 학계에서 널리 받아들여지지 않았으나, 1967년 오로라 지역으로 발사된 위성 관측을 통해 사실로 확인되었다.
비르켈란 전류는 앙페르 회로 법칙(Ampere's circuital law)에 따라 계산될 수 있으며, 평행한 두 전류가 같은 방향으로 흐르면 서로 인력이 작용하고 반대 방향으로 흐르면 척력이 작용하는 특성을 보인다. 또한 비르켈란 전류는 플라즈마 물리학에서 z-핀치(z-pinch) 현상의 일종으로도 분류되며, 실험실에서 펄스 전력 발전기를 통해 인공적으로 재현되기도 한다.
비르켈란 전류는 지구 우주 환경 연구뿐만 아니라 일반 천체 물리학적 관점에서도 중요한 연구 대상으로, 플라즈마 내에서의 파동, 불안정성, 미세구조 형성 등 다양한 물리적 과정을 수반한다.
