남극하늘 2012년엔 손금보듯 본다

남극 킹조지 섬 남단 해변에 건설된 세종과학기지. 2012년 남극대륙에 ‘제2기지’가 건설되면 한국은 남극과 북극에 모두 3개의 과학기지를 운영하게 된다.

《북극과 남극은 지구상에서 가장 맑은 하늘을 보기 위해 각국 연구자들이 몰리는 몇 안 되는 지역으로 손꼽힌다.

태양 활동의 영향을 가장 민감하게 받는 극지는 우주 과학 연구의 보고(寶庫)로 불린다.

한국도 남극 진출 초기인 1990년대부터 관측시설을 갖추고 극지 하늘을 관찰해 왔다.

그러나 2012년 남극 대륙에 제2기지가 건설되면 한국은 극지 우주 연구 분야에서 새 강자로 떠오를 수 있을 것으로 보인다.

한국천문연구원과 극지연구소도 최근 제2기지 건설에 대비해 극지에서의 우주 과학 연구를 본격화하기로 합의했다.》

남극에 제2기지 건설… 1000km 상공까지 관측 확대

GPS로 고층대기 연구… 한국, 극지연구 새 강자로

○ 우주 환경 변화 관측의 전초 기지 남북극

태양 활동은 지구 주변 환경에 민감한 변화를 일으킨다. 지상 60∼1000km인 고층대기는 태양 활동에 특히 영향을 많이 받는다. 태양에서 쏟아져 들어오는 높은 에너지의 입자들은 고층대기 중에 있는 전자들의 밀도를 시시각각 변화시키기 때문이다.

태양 폭발 같은 급격한 변화는 지구 자기장에 큰 변화를 초래한다. 이런 급격한 변화는 날아가는 항공기의 전자장치를 고장 내고 위성위치확인시스템(GPS)과 통신에 장애를 일으키는 원인이 되기도 한다.

지구 자기력선이 들고나는 위치에 있는 북극과 남극은 변덕스러운 태양 활동에 가장 민감하게 반응하는 지구의 속살이다. 우주의 날씨 변화에 직접적으로 노출돼 있는 셈이다.

극지방 고층대기에 기상 이변이 일어나면 여파가 한반도가 있는 중위도 지방에까지 미치기도 한다. 2003년 일어난 강력한 태양 폭발로 한반도 상공에선 코로나가 관측됐다. 1989년 캐나다에서는 전력 공급이 중단되는 사태가 벌어지기도 했다.

극지연구소 지건화 박사는 “과학자들은 이런 이유로 남북극을 태양 활동과 우주 날씨 변화를 관측하는 최적지로 꼽는다”고 설명했다.

○세종기지에 유성레이더 설치 전파 분석

남극 대륙에 새 기지가 건설되면 한국은 하늘을 더 높이까지 손금 보듯 볼 수 있게 된다.

한국천문연구원 정종균 박사는 “2012년 제2기지에 우주 환경 관측시설이 들어서면 고층대기 아래층인 중간권에 한정되던 연구 범위가 지상 1000km 상공까지 확대된다”고 말한다.

물론 최근까지 고층대기에 대한 연구가 수행되기는 했다. 1990년대 초부터 세종기지에서 고층대기의 가장 아래층인 열권 하부와 중간권 온도 측정을 시작했다. 또 2001년부터는 스웨덴 미국 캐나다와 공동 관측을 수행하고 있다. 중간권은 고층대기의 날씨 변화를 엿볼 수 있는 층이다.

2002년 노르웨이 스발바르 섬에 북극 다산기지가 설립된 뒤에는 북극 정보도 모으고 있다. 지난해에는 세종기지에 유성 레이더가 처음 설치됐다. 유성 꼬리에서 반사된 전파를 분석하면 고층대기에 불고 있는 바람 방향과 온도를 알 수 있다.

그러나 지금까지는 이들의 측정 범위가 주로 100km 아래층에 한정돼 왔다. 또 세종기지와 다산기지는 극점에서 한참 떨어져 있어 태양 활동과 관련한 정보를 신속하게 입수하기 어려운 입지 조건이다.

○ 고층대기 연구로 날씨 변화 자료 수집

최근 연구자들은 태양의 활동 외에도 대류권에서 일어나는 태풍이나 지진이 고층대기에 영향을 미칠 수 있다는 사실을 알아냈다. 지상에서 발생한 파동인 ‘대기중력파’가 중간권을 통과하며 열로 바뀌면서 고층대기로 전달되는 것. 그 결과 고층대기 날씨에 변화를 초래한다는 주장이다.

국내 과학계는 남극 대륙에서 고층대기 연구가 본격화되면 이에 대한 정확한 이유를 찾아낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또 300km 상공의 날씨 변화와 이온 분포에 대한 좀 더 정확한 자료를 수집할 수 있을 것으로 보고 있다.

한국천문연구원과 극지연구소는 새로운 극지 우주 과학 연구에 GPS 수신기 등 첨단 장치를 활용할 계획이다. 이온층에 변화가 생기면 신호에 오차가 생기는 원리를 역이용해 고층대기의 이온 변화를 살피는 것이다.

박근태 동아사이언스 기자 kunta@donga.com