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[사이언스]초분광기 쓴 천리안, 미세먼지 쫓는다

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■'천리안2B호 위성' 내년 2월 발사

서울경제


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정부가 세계 최초로 지상 3만6,000㎞의 정지궤도에서 미세먼지의 이동을 포착하는 천리안2B호 위성을 내년 2월 발사해 오는 2021년부터 동아시아 (초)미세먼지 경로 추적에 들어가기로 했다. 국내는 물론 중국·몽골 남부·북한·일본·인도네시아 북부까지 미세먼지 발생지역과 이동경로를 파악해 정확한 예보와 국제공조에 쓰기 위해서다. 과연 중국 등 외국의 (초)미세먼지가 미치는 영향은 얼마나 되고 앞으로 천리안2B호는 어떤 원리로 (초)미세먼지를 추적하게 될까.

◇중국발 초미세먼지가 3분의1 이하?=올겨울 고농도 미세먼지에 대한 우려가 커지는 가운데 최근 정부가 발표한 한중일 과학자들의 공동연구에서 초미세먼지가 지난 2017년 기준으로 국내 발생이 51%인데 비해 중국의 영향은 32%에 불과했다. 중국 변수가 3분의1에도 미치지 못한 것이다. 하지만 베이징 등 중국에서 고농도 미세먼지가 발생한 뒤 곧바로 한반도에 상륙하는 것을 보면 중국의 영향이 과소평가됐다는 반박이 뒤따른다. 앞서 3국 과학자들은 2000년부터 미세먼지 연구를 시작해 4단계로 2013년부터 2017년에는 초미세먼지를 포함해 분석했다. 미세먼지는 PM10(지름 10㎛·1마이크로미터는 100만분의 1m) 이하이고 초미세먼지는 PM 2.5 이하 물질이다. 우리나라는 심장질환, 호흡기 질병, 뇌졸중 등의 원인이 되는 초미세먼지 농도 범위(㎍/㎥)를 ‘15 이하는 좋음, 16~35는 보통, 36~75는 나쁨, 76 이상은 매우 나쁨’으로 분류하고 있다. 서울의 초미세먼지는 10~11일 120을 넘나들었다.



3만6,000km 상공서 東亞 관측

초정밀 광학장비 환경탑재체로

미세먼지 등 20여종 경로 추적

◇3만6,000㎞ 상공에서 미량 기체 관측원리는?=
높이 3.8m, 무게 3,400㎏의 천리안2B호는 동경 128.2도(3만5,786㎞ 적도) 상공에서 지구 자전(적도 기준 시간당 1,670㎞)과 같은 속도로 움직이며 동아시아지역을 관측한다. 초정밀 광학장비를 갖춘 환경탑재체를 통해 이산화질소·이산화황·포름알데히드·오존 등 미세먼지를 일으키는 오염물질의 이동경로를 파악한다. 자외선 영역과 가시광선 일부 영역에서 빛을 분해해 특정 파장의 신호를 관측하는 초분광기(GEMS)로 20여가지 대기물질을 조사하는 것이다.

구체적으로 300~500㎚(1㎚는 10억분의 1m) 파장영역에서 0.2㎚ 간격으로 1,000개 파장으로 나눠 각 파장의 복사량을 측정한다. 파장을 프리즘과 흡수 스펙트럼 장치, 수소·산소 기체에 잇따라 통과시켜 대기물질의 구성성분과 농도를 파악한다. 다만 위성에서 측정한 농도는 지표에서부터 지상 100㎞까지의 대기 최상단까지 쌓여 있는 미량기체의 양을 의미해 보정이 필요하다. 장윤석 국립환경과학원장은 “환경위성센터에서 천리안2B호의 자료를 받고 앞으로 지상원격측정장비를 운영하고 환경위성탑재체의 항공기 버전을 만들어 위성자료와 비교할 것”이라고 밝혔다. 정부는 정확도를 높이기 위해 미국 항공우주국(NASA)과 유럽 우주국(ESA) 등과 검증절차도 거칠 방침이다.

300~500nm 빛의 파장영역서

0.2nm 간격 1,000개 나눠 측정

환경위성센터서 정보 받아 보정



◇해양탑재체와는 빛 파장 해상도와 범위 차이=천리안2B호에는 영상기(GOCI-2)를 장착한 해양탑재체도 실려 2020년 10월부터 해양 방위와 투기, 기름 유출, 수질 변화, 적조와 녹조 감시 체제가 가동된다. 환경탑재체보다 몇 달 앞서 운용되는 것이다. 둘의 가장 큰 차이는 관측하는 빛의 파장 해상도와 범위에 있다. 환경탑재체가 파장이 짧은 자외선과 가시광 사이의 빛을 0.2㎚ 간격으로 1,000개 파장을 서울을 기준으로 했을 때 7×8㎢ 간격으로 동아시아 지역을 관측하는 데 비해 해양탑재체는 가시광에서 근적외선 사이의 빛을 10~40㎚ 파장 해상도로 13개 파장에 대해 한반도 주변 영역을 300×300㎡로 관측한다. 윤용식 한국항공우주연구원 위성연구소장은 “천리안2B호는 내년 2월18일(현지시간) 프랑스령 남미 기아나 우주센터에서 유럽의 아리안-5 로켓으로 발사된다”며 “환경탑재체는 2021년부터 정상 가동되는데 10년간 매일 낮에 8회씩 사진을 찍게 된다”고 설명했다. 이번 천리안2B호의 시스템과 본체는 항우연과 국내 기업들이, 환경탑재체는 미국 BATC, 해양탑재체는 프랑스 에어버스가 각각 주로 개발했다. 정부는 환경탑재체의 기술 자립도를 내년에 90%까지 끌어 올릴 것으로 기대하고 있다.

◇구심력과 원심력 균형 지점 850기 돌아=인공위성은 1957년 옛 소련의 스푸트니크 1호를 시작으로 그동안 세계적으로 6,000여기가 발사돼 수명종료·폐기·통신두절된 것을 빼면 850여기가 가동되는 것으로 추정된다. 공기의 마찰이 없도록 대기권 밖에서 구심력과 원심력이 균형을 이루는 지점에 위치하는데 통신·방송, 기상·지구관측, 기술개발, 군사 목적으로 활용된다. 지금도 매년 150여기가 발사되는 것으로 보이나 정찰·군사용 위성은 비공개라 정확한 숫자를 알 수 없다. 우리나라는 총 16기의 위성을 개발해 현재 지상관측을 위한 다목적 실용위성(500~1,500㎞ 상공 저궤도 아리랑 2,3,3A,5호), 차세대 소형위성 1호, 정지궤도 위성(천리안1,2A호)을 운영하고 있다. 민간위성으로는 KT 자회사인 KTsat의 무궁화 5,6,7,5A호가 있다. 임철호 항우연 원장은 “천리안2B호 외에도 위성본체 플랫폼의 규격을 통일하는 차세대 중형위성 1,2호기를 비롯해 저궤도 위성인 다목적 실용위성 6,7호, 차세대 소형위성 2호를 개발하고 있다”고 소개했다. /대전=고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com

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