내년 많은 오로라 발생예측, 이로 인한 인공위성의 위협은?

오로라는 우리를 놀라게 하는 아름다운 자연 현상 중 하나입니다. 태양풍이 지구의 대기와 상호작용하여 발생하는 빛의 향연으로, 어린이부터 노인까지 많은 이들에게 미소와 감동을 안겨주는 자연의 아름다움입니다. 그러나 내년에는 오로라가 더욱 화려하게 나타날 것으로 예측되지만, 이로 인해 인공위성의 위협도 증가할 가능성이 있습니다.

오로라의 아름다움과 위협

한국천문연구원(KASI)의 우주과학본부 이우경 박사에 따르면, 오로라를 일으키는 태양 활동은 11년 주기로 강약이 오르내리며, 이 현상이 계속해서 반복됩니다. 과학자들은 2025년에 태양 활동이 가장 강화될 것으로 예측하고 있으므로, 내년에는 오로라를 가장 잘 관측할 수 있을 것입니다. 이 아름다운 현상은 무엇보다도 자연의 아름다움을 감상하는 우리에게 큰 기쁨을 주지만, 동시에 인공위성의 위협도 높아질 수 있음을 주목해야 합니다.

 

특히, 태양은 때때로 태양 흑점이 폭발하면 대량의 플라스마를 지구 방향으로 방출하여 전리층에 영향을 줄 수 있습니다. 이로써 GPS 및 무선 통신을 방해하기도 합니다. 전리층은 전자가 높은 농도로 존재하는 지역으로, 전리권 내에서 태양풍으로 급격한 변화가 발생하면 GPS 장치가 오작동할 수 있습니다. 또한, 인공위성도 태양풍의 영향을 받을 수 있으며, 이로 인해 위성의 기능이 중단될 수 있습니다.

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전리층이란?

지구 대기 상공 약 60 킬로미터에서 상공 약 1,000 킬로미터의 구역으로, 태양 복사선에 의해 대기 분자들이 전리되어있기에 전리층이라고 부릅니다. 전리층은 열 권의 대부분과 중간권 및 외기권의 일부분을 포함하며, 전파가 전파될 때 전리층에 반사되어 지구 멀리까지 전파 통신이 가능하다는 점에서 응용학적으로도 중요한 역할을 합니다.

 

전리층은 다양한 주파수에 실려 오는 태양복사 에너지의 성분에 따라 전자의 밀도의 수직적인 분포가 달라지며 D층, E층, F층으로 나뉘게 됩니다. 각 층은 특성에 따라서 담당하는 통신 범위가 다릅니다. 예를 들면, D층은 매초 100kHz 이하의 장파를 제외하면 전파의 반사층이라 하기보다는 흡수층으로 작용하고, E층은 10 MHz 이하의 저주파의 전파를 반사하고, F층은 최대 전자밀도가 가장 높아서 공중파 방송에서 아주 중요한 부분을 이룹니다.

 

전리층의 상태는 주야간 변화, 계절변화, 연변화 등이 나타나며, 태양 활동이나 지구 자기장의 변화에도 영향을 받습니다. 전리층을 관측하기 위해서는 이오노존데라는 전파 탐사장치를 사용할 수 있습니다. 이오노존데는 지상에서 상공의 전리층을 향해 펄스 전파를 발사하면 송신 전파의 주파수에 대응하는 전파 밀도를 가진 고도에서 전파가 반사되는데요. 반사되어 온 펄스 전파를 지상에서 수신해 송 · 수신 두 펄스 사이의 시간차를 측정하면 반사점의 겉보기 고도를 알 수 있습니다.

공간에서의 위협

실제로, 스페이스X의 스타링크 위성은 지난해 2월에 자기 폭풍으로 인해 40개가 추락하며 약 600억원의 손실을 입었습니다. 자기 폭풍은 태양에서 날아오는 고에너지 우주 입자인 태양풍이 지구의 자기장과 충돌할 때 발생합니다. 이러한 충돌은 위성의 태양 전지나 다양한 전자 부품을 방전시켜 손상시키는 결과를 초래할 수 있습니다.

 

이 박사는 "인공위성은 여러 전자 부품에 심각한 손상을 입힐 수 있으며, 이로 인해 위성의 기능이 중단될 수 있습니다"라고 강조하였습니다. 이러한 위험은 우주 공간에서 우리의 통신과 기상 예측, GPS 시스템 등에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 주의가 필요합니다.

오로라 관측의 위치

하지만 오로라를 관측하려는 열정적인 사람들을 위해 좋은 소식도 있습니다. 오로라를 가장 많이 관측할 수 있는 지역은 캐나다, 아이슬란드, 노르웨이 등이며, 태양풍으로부터 날아오는 고에너지 입자들은 지구의 자기장에 방해받지 않고 극지방의 자기력선을 따라 들어와 오로라를 생성합니다.

 

여기서 말하는 극지방은 지구 자전축을 기준으로 한 남극과 북극이 아닌, 자전축에서 20도 기울어진 지역을 의미합니다. 이 지역에서는 막대 자석의 N극과 S극이 위치하고 있으며, 오로라를 관측하기에 이상적인 환경을 제공합니다. 이 박사는 "지구 자기력선이 자전축과 달라 우리나라와 위도가 유사한 캘리포니아 지역과 같은 곳에서도 붉은 오로라를 관측할 수 있다"라고 설명했습니다.

 

내년에는 아름다운 오로라를 더 많이 관측할 수 있을 것으로 예측됩니다. 그러나 이로 인해 인공위성의 위험도 증가할 가능성이 있으므로, 이러한 위험에 대비하여 안전한 위성 운영 및 통신 시스템을 유지하는 것이 중요할 것입니다. 아름다운 자연의 현상을 감상하면서도 우주 공간에서의 안전을 고려해야 하는 상황이 될수 있습니다.