도요샛 임무 운영 가상도. (천문연 제공)

한국형발사체 누리호를 통해 발사된 우리나라 큐브위성 도요샛이 슈퍼태양폭풍의 전 지구 영향을 성공적으로 관측, 분석했다.

천문연은 도요샛을 통해 지난해 5월 발생한 강력한 태양폭풍 기간 전리권(지구와 가장 가까운 우주 영역) 플라즈마 변화에 대한 다양한 데이터를 확보했다고 4일 밝혔다.

일반적으로 상부 전리권 플라즈마 밀도는 적도 부근에서 최대가 되는데, 태양폭풍이 발생할 경우 최대 플라즈마 밀도 지역이 위도 25~30도 지역으로 이동하고, 적도 지역 밀도는 낮아진다. 이를 적도 이온화 이상 현상이라 부른다.

지난해 5월 발생한 태양폭풍은 2003년 11월 이후 가장 강력한 우주폭풍으로 알려져 있다. 해당 기간에는 우리나라 강원도를 비롯한 전 세계 여러 지역에서 오로라가 관측되기도 했다.

이때 우주폭풍은 적도 지역 플라즈마를 자기 위도 40도까지 이동시켰는데, 도요샛과 여러 나라의 위성 관측 자료를 이용해 이 현상을 포착했다.

천문연 연구진은 10㎏급 초소형 큐브위성인 도요샛 관측 자료와 미국 국방부에서 운용하는 국방기상위성 DMSP, 유럽우주국(ESA)에서 운용하는 스웜 위성군 자료를 함께 분석해 도요샛 관측 자료가 해외 중대형 위성 자료와 비견될 만큼 신뢰성 있다는 점을 확인했다.

특히 도요샛은 해외 위성 관측 자료가 비어 있는 고도 500㎞ 여명-황혼 궤도에서 독자적 연속 관측을 수행함으로써 저비용 큐브위성 이점까지 확인했다.

도요샛 위성들은 플라즈마 측정 센서인 랭뮤어 탐침을 이용해 전리권 플라즈마 밀도와 온도를 약 60시간 연속 관측했다.

태양폭풍 발생 전과 후의 전리권 비교도. 태양폭풍 발생 후에 중위도 지역에서 높은 플라즈마 밀도가 관측됨을 알 수 있다. (천문연 제공)

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.

태양폭풍 기간 관측된 전리권 극적 변화는 GPS 위치 오차 증가, 통신 장애, 전력망 손상 등 피해도 발생시킬 수 있다. 실제 이 시기 도요샛 평균 고도는 약 200~500m 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.

도요샛 프로젝트 연구책임자인 이재진 천문연 책임연구원은 “국내 큐브위성 관측 임무 결과를 이용한 첫 번째 연구성과”라며 “최근 2년여간 도요샛 관측 운영 경험을 통해 후속 임무로 최근 초저고도용 도요샛2에 대한 기획연구를 진행 중이며, 이를 기반으로 후속 프로젝트를 추진 중”이라고 말했다.

이인희 기자 leeih@etnews.com

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