“슈퍼태양폭풍도 문제없다” 韓 큐브위성 ‘도요샛’…우주날씨 관측 성공

- 근지구 우주환경 자료 생성

누리호 발사 큐브위성 ‘도요샛’.[한국천문연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국천문연구원은 큐브위성 도요샛을 이용해 슈퍼태양폭풍이 전 지구에 미치는 영향을 성공적으로 관측, 분석했다.

큐브위성 도요샛은 기존 위성에 비해 작은 나노급 위성임에도 불구하고 지난해 5월 발생한 강력한 태양폭풍 기간 동안 전리권 플라즈마의 변화에 대한 다양한 데이터를 확보했다.

2024년 5월 10일부터 12일까지(세계시 기준) 발생한 태양폭풍은 2003년 11월 이후 가장 강력한 우주폭풍으로 알려져 있으며, 연구자들 사이에서 슈퍼태양폭풍(Super Solar Storm)으로 불린다. 이 기간에 우리나라 강원도를 비롯한 전 세계 여러 지역에서 오로라가 관측되어 세계적인 화제가 됐다.

일반적으로 상부 전리권 플라즈마 밀도는 적도 부근에서 최대가 되는데, 태양폭풍이 발생할 경우, 최대 플라즈마 밀도 지역이 위도 25~30도 지역으로 이동하고 적도 지역의 밀도는 낮아진다. 이러한 현상을 적도 이온화 이상 현상이라 부른다. 지난해 5월 발생한 태양폭풍은 적도 지역 플라즈마를 자기 위도 40도까지 이동시켰는데, 도요샛과 여러 나라의 위성 관측 자료를 이용해 이 현상을 포착했다. 해당 연구 결과는 우주환경 관련 연구성과를 집중적으로 다루는 학술지인 ‘스페이스 웨더(Space Weather)’에 7월 26일 게재됐다.

태양폭풍 발생 전과 후의 전리권 비교.[한국천문연구원 제공]

연구진은 10kg급 초소형 큐브위성인 도요샛 관측 자료와 미국 국방부에서 운용하는 국방기상위성 DMSP, 유럽우주국(ESA)에서 운용하는 스웜(Swarm) 위성군 자료를 함께 분석해, 도요샛 관측 자료가 해외 중대형 위성 자료와 비견될 만큼 신뢰성 있다는 점을 확인했다. 특히 도요샛은 해외 위성의 관측 자료가 비어 있는 고도 500km의 여명-황혼 궤도에서 독자적 연속 관측을 수행함으로써 저비용 큐브위성의 이점을 확인했다.

도요샛 위성들은 플라즈마 측정 센서인 랭뮤어 탐침을 이용해 전리권 플라즈마의 밀도와 온도를 약 60시간 연속 관측했다. 태양폭풍 발생 전에는 적도 부근의 전자 밀도가 높았다가 폭풍 발생 후에는 고밀도 전자들이 적도로부터 점차 멀어지며 중위도 지역으로 이동하는 현상을 관측했고, 폭풍 개시 후 극 지역에서 전자 온도가 급격히 상승하는 것도 관측했다. 이는 태양풍이 지구 자기장과 충돌함에 따라 전리권 플라즈마 특성이 크게 변했다는 것을 의미한다.

큐브위성 도요샛.[한국천문연구원 제공]

태양폭풍 기간에 관측된 전리권의 극적인 변화는 GPS 위치 오차 증가, 통신 장애, 전력망 손상 등의 피해를 발생시킬 수 있다. 위성의 궤도도 변화시킬 수 있는데, 실제로 이 시기 도요샛들의 평균 고도가 약 200m ~ 500m 하강한 것으로 나타났다. 도요샛이 관측한 전자 온도 및 플라즈마 분포 변화는 기존 연구에서 제안된 지구 저궤도 우주날씨 변화 메커니즘을 보완하는 중요한 근거 자료로 활용될 전망이다.

송호섭 한국천문연구원 박사는 “초소형 큐브위성을 이용해 다른 큰 위성에 비견될 만큼 양질의 데이터를 생산할 수 있고, 과학적 성과를 낼 수 있어 기쁘다”며 “앞으로 더 많은 연구자들이‘초소형위성 개발’과 ‘우주과학 연구’ 분야에서 활약할 수 있게 되기를 희망한다”고 밝혔다.

한편 도요샛 위성은 군집 편대비행을 통한 우주날씨 관측 임무 수행을 위해 한국천문연구원과 한국항공우주연구원이 공동으로 개발해 2023년 5월 25일 나로우주센터에서 누리호로 발사한 큐브위성군이다. 총 4기 중 현재 2기가 정상 운영 중이다.