스타링크 위성, 이제 대기 스캐너로도 활약, 왜 안 되겠어

지구 주변 공간은 점점 어수선해지고 있다. 수천 개의 위성과 우주 쓰레기 조각들이 저궤도를 맴돌고 있다. 수백 킬로미터 상공에서는 여전히 희미한 대기 잔여물이 위성을 끌어당겨 속도를 늦추고 있다. 따라서 그곳의 대기 밀도를 측정하는 것은 위성 궤도를 예측하고 우주 충돌을 피하는 데 중요하다.

알고 보니, 상층 대기의 99% 이상은 전기적으로 중성인 가스로, 열권(thermosphere)이라고 불린다. 이는 지상 약 100km에서 1,000km 사이의 층이다. 이온화된 가스로 이루어진 전리층(ionosphere)은 1% 미만이지만, 전파를 방해하여 관측하기 쉬워서 존재감을 뽐낸다. 반면 열권은 수줍음 많고 측정하기 어려운 벽화 같은 존재다.

열권 밀도에 대한 더 나은 측정은 상층 대기 연구와 우주 공학 모두에 도움이 될 수 있다. 그래서 교토 대학의 연구진이 도전에 나섰다. 교신 저자인 마모루 야마모토는 "이것은 우주 과학과 우주 공학 사이의 다학제적 연구입니다. 두 분야의 논문을 읽으면서 두 분야 연구자들 간의 더 깊은 대화가 필요하다는 것을 깨달았습니다."라고 말한다. 열권만 경계를 넘어야 하는 게 아니라, 연구자들도 마찬가지라는 것이다.

연구팀은 스타링크 위성의 공개 궤도 데이터를 사용하여 의료 영상에서 사용되는 것과 동일한 기법인 토모그래피를 상층 대기에 적용했다. 대기 항력이 궤도를 서서히 감소시키는 것을 관찰함으로써, 그들은 482km 상공을 비행하는 약 1,200개의 위성 주변의 열권 밀도를 추정했다.

2차원 대기 지도 구축: 그 측정값을 사용하여 약 500km 고도에서 열권 밀도의 위도-경도 스냅샷을 만들어 냈다. 그들은 이것이 최초의 종류의 토모그래피 분석이라고 주장한다. 밀도 패턴은 궤도를 따라 밀도 변화를 측정하는 유럽 우주국의 SWARM 위성 관측 결과와 잘 일치했다.

이 연구는 이전 작업을 기반으로 한다. 이전에는 스타링크의 일반 궤도 정보인 TLE(Two-Line Element) 데이터를 사용하여 열권 밀도가 시간과 고도에 따라 어떻게 변하는지 추정했다. 이제 그들은 수평 차원을 추가하여 열권의 지리적 특성을 드러냈다.

이 발견은 궤도 교통량이 증가함에 따라 큰 도움이 될 수 있다. 더 정확한 대기 밀도 데이터는 더 나은 위성 운동 예측을 의미하며, 이는 위성과 우주 쓰레기 간의 충돌을 줄일 수 있다. 이 기술은 위성 주변의 밀도를 거의 실시간으로 모니터링하여 우주 기상 예보를 개선하고 위성 운영을 더 안전하고 안정적으로 만들 수 있다. 위성이 얼마나 안정적이어야 하는지 우리 모두 알고 있지 않은가? 안정적이지 않을 때까지는.