태양아, 지구를 부탁해!

우주재난 막을 태양연구 활발
태양 상공 3만5000㎞서 관찰… 세계 각국, 3일간 변화 예보
태양 관측 ‘코로나그래프’, 한국-NASA 공동 개발
2021년 우주정거장에 설치

지난해 9월 5일, 전 세계 태양 관측학자들이 분주해졌다. 태양에서 수년에 한 번 볼 수 있는 강한 폭발이 일어났다. 높은 에너지를 머금은 물질이 초속 수백 km 속도로 사방으로 방출됐다. 지구에도 곧 들이닥칠 예정이었다. 전자기기 피해가 우려됐다. 태양의 갑작스러운 폭발이 왜 ‘재난’인지 다시 점검하는 계기가 됐다. 다행히 북미 일부 지역에서 한 시간 정전이 일어나고 위성위치확인시스템(GPS)이 오작동을 일으킨 것을 제외하면 큰 피해가 없었다.

태양은 매초 100만 t의 물질을 우주 공간에 내뿜는다. 평상시에는 지구 자기장이 막아주기 때문에 별다른 피해가 없다. 하지만 예외가 있다. 문준철 국립전파연구원 우주전파센터 연구사는 “태양 표면에서 폭발과 함께 플라스마 형태로 물질이 빠르게 분출되는 코로나질량방출(CME)이 발생하면 엄청난 양의 물질 입자가 한꺼번에 지구로 쏟아진다”며 “현재로선 사실상 이를 막을 방법이 없다”고 설명했다.

현재 각국의 우주 관련 기관들은 태양에서 일어나는 폭발의 세기와 고에너지 입자 유입량, 지자기 폭풍 강도 등을 각각 1∼5단계로 구분해 경보를 발령한다. 세 가지 중 하나라도 4단계를 넘어서면 비상 상황으로 본다. 국립전파연구원에 따르면 2012년부터 2018년까지 5단계는 발령된 적이 없고 4단계 경보만 4회 발령됐다. 3단계는 56회, 2단계는 153회, 1단계는 1112회 발령됐다. 지난해 9월 사태는 4단계 경보였다.

4단계 이상 재난 상황에선 X선 등 에너지가 강한 전자기파가 증가해 수 시간 이상 선박에서 쓰는 고주파 통신과 GPS를 마비시킬 수 있다. 가정과 위성, 송유관 등에 전자기 혼란을 일으키는 ‘지자기 폭풍’이 발생할 수 있다. 지자기 폭풍은 교류 전류를 쓰는 일반 가정의 전력 분배망에 직류 전류를 유도해 혼란을 일으킨다. 또 에너지가 높은 입자가 다량으로 유입돼 승무원 등의 피폭 위험이 크게 증가한다. 문 연구사는 “높은 고도에선 양성자가 지구 대기와 충돌해 방사선을 내뿜는 중성자를 생성한다”며 “우주인이 아닌 대기권 내에서 일하는 항공사 승무원들도 영향을 받는 이유”라고 설명했다.

이에 대비하기 위해 미국 고스와 스테레오, 일본 히노데 등 세계적으로 10여 개 위성이 약 3만5000km 상공의 정지 궤도에 올라가 태양을 관찰하고 있다. 이들의 관측 정보와 지상 자료를 종합해 세계 각국은 향후 3일간 태양이 보일 변화를 예보하고 있다. 매우 강력한 흑점폭발이나 태양폭풍이 일어나지 않는 한, 태양에서 지구에 물질이 도달하기까지는 2, 3일 걸리기 때문이다.

현재 우주재난 예보 적중률은 나라에 관계없이 50∼60% 수준이다. 각국이 ‘태양’이라는 공통 과제 앞에서 자료를 공유한다. 국립전파연구원도 현재 제주도에 3대의 전파수신기를 설치해 고스 위성과 스테레오 위성 등의 자료를 모으는 데 협력하고 있다.

지구 밖에서 태양을 관측하려는 시도도 이어지고 있다. 코로나질량이 방출될 때의 물질의 질량과 속도, 전자밀도 등을 측정하는 차세대 코로나그래프를 개발하거나 태양 궤도까지 진입할 탐사선 등을 준비하고 있다. 한국천문연구원은 미국항공우주국(NASA)과 함께 코로나그래프를 개발해 2021년 국제우주정거장에 실을 계획이다. 2017년 개기일식 관측에서 이미 1단계 기술 시험을 마쳤고, 2019년 지구 성층권에서 풍선형 기구에 장비를 실어 2단계 시험을 진행할 계획이다. 마지막 3단계 시험은 우주정거장에 설치해 관측한다.

NASA는 올 8월 최초로 태양 대기 안에 진입하는 탐사선인 ‘파커 솔라 프로브’를 보냈다. 유럽우주국도 2020년 태양 궤도를 탐사할 ‘솔라 오비터’를 발사할 예정이다.

이장수 국립전파연구원 우주전파센터장은 “태양 표면은 온도가 수천 도인데 그 위 대기인 코로나가 수백만 도까지 온도가 급상승하는 이유나, 태양풍의 발생 과정 등 아직 태양에 대해 모르는 게 많다”며 “우주 재난에 대비하기 위한 이런 기초연구에 한국도 계속 동참할 것”이라고 말했다.

제주=김진호 동아사이언스 기자 twok@donga.com