우주서도 별 관측 어려워진다…사진마다 저궤도 군집위성 ‘줄무늬’

곽노필의 미래창
2030년대 말까지 56만기 발사 예정
거의 모든 사진에 위성 줄무늬 예상

위성 줄무늬에 오염된 미래의 우주망원경 관측 사진을 묘사한 그림. 미국항공우주국 제공

2019년 스페이스엑스가 첫번째 저궤도 군집위성 스타링크를 발사한 이후 천문학계는 군집위성의 반사광이 천체관측에 미칠 악영향을 지속적으로 경고해 왔다. 급증하는 저궤도 군집위성이 지상 뿐 아니라 우주에 있는 망원경의 관측 활동까지 방해할 것이라는 경고가 나왔다.

미국항공우주국(나사) 에임스연구센터 연구진은 앞으로 2040년까지 발사될 것으로 예상되는 위성 56만기의 반사광이 우주망원경 관측에 어떤 영향을 미칠지 분석한 결과를 국제학술지 네이처에 발표했다.

분석 대상으로 삼은 우주망원경은 1990년에 발사돼 대표적 우주망원경으로 자리잡은 미국의 허블, 올해 3월 발사된 미국의 스피어엑스, 2030년 발사 예정인 유럽우주국의 아라키스(ARRAKIHS), 2026년 초 발사되는 중국의 슌텐이었다. 이들은 모두 고도 400~800km 상공에서 관측 활동을 하는 저궤도 우주망원경이다.

분석 결과 허블 사진의 40%, 다른 세 망원경 사진의 96%에 적어도 하나 이상의 위성 줄무늬가 나타날 것으로 예측됐다.

고도 가장 낮은 슌톈, 사진 한 장에 줄무늬 92개

위성 줄무늬 영향은 관측 고도와 시야에 따라 달라진다. 가장 큰 타격을 받는 우주망원경은 관측 고도가 450km로 가장 낮은 중국의 슌톈이었다. 거의 모든 사진에 위성 궤적이 나타날 뿐 아니라, 위성 줄무늬도 사진 한 장당 평균 92개로 예상됐다. 대부분의 저궤도 위성보다 고도가 낮고, 관측 시야가 허블의 300배로 매우 넓기 때문이다.

우주망원경의 큰형님 격인 허블이 그나마 영향이 가장 적었다. 고도 540km에서 활동하는 허블은 고도가 낮고 시야도 좁아 사진 한 장당 평균 2.14개의 위성 궤적이 나타날 것으로 예측됐다.

고도 650km의 스피어엑스는 사진 한 장당 5.6개, 고도 800km의 아라키스는 사진 한 장당 69개의 줄무늬가 나타날수 있다는 계산 결과가 나왔다. 고도가 높은 아라키스 사진에 이렇게 많은 줄무늬가 나타나는 것은 600초에 이르는 장시간 노출 영향이다.

연구진은 위성의 반사광 줄무늬가 이 정도로 망원경에 포착될 경우, 관측 사진은 연구 목적으로 사용할 수 없게 될 수 있다고 우려했다.

연구에 참여하지 않은 앤아버비시간대의 패트릭 세이처 교수(천문학)는 네이처에 “우주 기반 천문학의 미래에 매우 중요한, 정말 무서운 연구 결과”라고 말했다. 위성의 반사광이 우주망원경 관측에 미치는 영향을 분석한 연구는 이번이 처음이다. 그동안은 지상에 있는 천체망원경 관측에 미칠 영향에 주로 초점이 맞춰졌다.

소행성으로 오인…진짜 소행성 놓칠 수도

연구진에 따르면 지구 궤도를 도는 위성 수는 2019년 2000개에서 현재 1만5000개로 급증했다. 이는 로켓 기술의 발전으로 발사 비용이 크게 줄어든 데다 주요국들 사이에 저궤도 위성통신망 구축 경쟁이 벌어진 데 따른 것이다. 미국연방통신위원회(FCC)와 국제전기통신연합(ITU)에 제출된 계획에 따르면 현재 스페이스엑스가 스타링크 위성 수를 3만4천기로 늘리는 것을 포함해 세계 각국에서 총 56만기의 군집 위성 발사가 예정돼 있다.

연구진은 네 망원경의 18개월 관측을 컴퓨터로 시뮬레이션하면서, 궤도에 존재하는 위성 수를 여러 경우로 설정해 가상 우주 사진을 만들었다. 그 결과 56만기의 위성이 모두 궤도에 배치될 경우, 위성 궤적이 각 망원경 촬영 사진의 최저 40%에서, 많게는 96% 이상까지 오염시키는 것으로 나타났다. 만약 위성이 100만기까지 늘어난다면 일부 우주망원경에서는 사진 한 장에 평균 165개의 위성 궤적이 생기는 것으로 분석됐다.

연구를 이끈 나사의 알레한드로 볼라프 박사(천체물리학)는 이 경우 관측을 통한 새로운 발견이 줄어든 것도 걱정되지만, 가장 우려스러운 점은 위성이 지구를 위협하는 소행성으로 오인될 수 있다고 말했다. 관측 사진에 소행성이 그득한 것처럼 보인다면 정작 실제 소행성을 놓칠 가능성이 매우 높다는 것이다. 그는 또 “감마선 폭발처럼 관측 기회가 드물고 순간적으로 나타났다 사라지는 우주 현상을 감지하기가 더 어려워질 수 있다”고 말했다.

위성과 우주망원경은 공존할 수 있을까

세이처 교수는 사진에 생기는 위성 궤적을 줄이는 한 가지 방법은 노출 시간을 짧게 해서 사진을 찍는 것이라고 제안했다. 그러나 하버드–스미소니언 천체물리학센터의 조너선 맥도웰 연구원은 그러기 위해선 망원경 카메라가 이러한 방식의 촬영을 사전에 고려해 설계되어 있어야 한다고 지적했다.

이번 연구는 현실성이 희박한 기우라는 지적도 있다. 맥도웰은 “계획된 모든 위성이 실제로 궤도에 올라갈 것이라고 보기는 어렵다”며 “앞으로 10년 내에 위성 수가 5만기를 넘는 상황이 올 가능성은 낮다”고 말했다.

궤도에 배치되는 스페이스엑스의 스타링크 군집위성. 스페이스엑스 제공

연구진은 앞으로 천문학자들과 위성업체들이 하늘을 함께 사용할 수 있는 방법을 모색할 것을 제안했다. 예컨대 미래의 위성들이 현재 계획보다 더 낮은 고도에 머물게 된다면, 천체 관측에 대한 방해도 줄어들 수 있다는 것이다. 그러나 이렇게 낮은 궤도의 위성에서 배출되는 물질은 오존층에 영향을 미칠 수 있다고 덧붙였다.

일부 연구자들은 이 방안에 대해서도 회의적이다. 독일 하이델베르크의 막스플랑크천문학연구소의 마크 맥코리언 연구원은 “군집위성을 우회해 관측할 수 있다는 생각은 매우 순진한 발상”이라며 “이 천상의 자원을 남용하는 데 따르는 결과에 관심을 두는 사람들이 너무 적은 듯하다”고 말했다.

*논문 정보

Satellite megaconstellations will threaten space-based astronomy. Nature(2025).

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09759-5

곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr