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3만 6천km 상공에 우주쓰레기, 같은 높이에 통신위성과 혼재.
1m 미만 조각 3/4 파악안돼. 새로운 관찰과 분석 필요하다.

"보이지 않는" 우주 파편이 인공위성을 위협한다.
정지 궤도에 있는 파편의 75%는 지도에 표시되지 않는다.

쓰레기 궤도 :
약 3만 6천km의 고도에서 이전에 알려진 것보다 더 많은 고물 스크랩 조각들이 정지 위성에게 ‘보이지 않는’위험을 주고 있다. 천문학자들이 무작위 표본 관찰 중에 발견한 것처럼 크기가 1m 미만 조각의 75% 이상이 감시 카탈로그에 기록되지 않았기 때문이다. 연구원들은 여기서 개선이 시급히 이루어져야 한다고 촉구하고 있다.

▲ 우주 파편의 분포. 각 점은 카탈로그의 개체를 표시하며 일반적으로 5cm 이상이다. Source http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/photogallery/beehives.html#leo

지구에는 쓰레기 문제가 있다. 궤도에서도 마찬가지다.
그동안 수백만 개의 크고 작은 우주 쓰레기 조각이 지구 주위를 돌고 있다.
결함있는 위성부터 소실된 로켓 상부 스테이지, 위성 충돌 또는 궤도 폭발로 생성된 것과 같은 작은 파편에 이르기까지. 스타링크(Starlink)와 같은 미니 위성의 전체 네트워크는 향후 궤도 폐기물 문제를 악화시킬 수 있다.

쓰레기는 영원히 돌아다닌다.

가까운 지구 궤도의 스크랩 조각이 시간이 지남에 따라 가라앉고 대기 중에 타는 반면 약 3만 6천km 높이의 정지 궤도에 있는 잔해는 거의 영원히 남아 있다. 이러한 높이에서는 부품 속도를 늦추고 부품을 가라앉힐 수 있는 잔류 대기가 없기 때문이다.
문제는 지상파 기술에 매우 중요한 원거리 통신 및 GPS 위성은 바로 거기에 있다.

▲ 우주 왕복선 부스터 테스트에서 얻은 산화 알루미늄조각: Source,NASA http://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/photogallery/photogallery.html

충돌을 방지하기 위해 30개의 지구 기반 레이더 안테나와 광학 망원경 및 6개의 위성으로 구성된 글로벌 네트워크가 정지 궤도에서 우주 잔해를 모니터링하고 있다.

미국 전략 사령부에서 유지 관리하는 가장 포괄적인 카탈로그는 직경 1m까지의 조각 만 기록하고 나머지는 감시 시스템이 확인하기에 너무 희미하다. 훨씬 작은 물체라도 위성에 심각한 손상을 줄 수 있다.

정지 궤도에서 검색

정지 궤도에서 더 작고 여전히 ‘보이지 않는’ 조각이 얼마나 많이 날아다니는지 알아보기 위해 Warwick 대학의 제임스 블레이크(James Blake)와 함께 일하는 천문학자들은 최근 더 강력한 망원경으로 궤도를 조사했다. 라 팔마(La Palma)의 카나리 섬(Canary Island)에 있는 아이작 뉴튼(Isaac Newton) 망원경의 2.50m 광학 장치를 사용해 8일 동안 적도 정지 궤도의 일부를 스캔했다.

특별한 이미지 처리 덕분에 연구원들은 약 10cm 크기에 해당하는 21등급 밝기의 물체를 감지할 수 있었다.
"이전에 10~20cm의 크기 범위를 포함하는 개별 샘플이 있었지만 정지 궤도에서 이러한 물체를 정기적으로 모니터링하기가 어렵기 때문에 우리의 지식은 거의 없다"고 Blake는 말했다.

75%는 이전에 알려지지 않은 물체들

결과 :
Blake와 그의 팀은 적도 위 3만 6천km의 고도에서 지구 주위를 맴도는 129개의 파편 조각을 확인했다. 이 물체의 대부분은 직경이 1m 이하였다.
Blake는 "기록에서 추출한 빛 곡선은 이러한 물체가 모양과 궤도 동작 모두에서 얼마나 다양 할 수 있는지 보여 준다"고 말했다. "많은 파편들은 시간이 지남에 따라 밝기가 뚜렷하게 변화하기 때문에 통제할 수 없을 정도로 비틀거린다."

▲ 이 ESA 그래픽은 지구 궤도에서 모니터링되는 더 큰 물체만 확대하여 보여준다. 특히 정지 궤도에서 많은 작은 파편이 아직 발견되지 않았다. © ESA

천문학자들이 자신들의 발견을 미국 전략 사령부의 목록과 비교했을 때 그들 중 75%가 목록에 나타나지 않았다. 약 1m 크기의 많은 파편조차도 카탈로그에 기록아 안된 것이다.
또한 "이 설문 조사를 그 어느 때 보다 면밀히 살펴 보았지만 해상도 한계 부분 가장 아래쪽에 물체의 숫자가 여전히 증가하고 있다"고 Blake는 설명했다.
이것은 작은 파편의 수가 큰 파편보다 훨씬 많다는 것을 확인시켜준다.

"모든 것이 무엇인지 알아야 한다"

연구자들에 따르면, 그들의 결과는 정지 궤도와 같은 더 높은 고도에서 우주 쓰레기 모니터링이 얼마나 불완전한지를 강조한다.
Blake는 “우리는 지구 밖에 무엇이 있는지 파악하기 위해 이 희미한 조각들을 더 조사하고 더 많은 데이터를 얻어야 한다”고 말했다.
그의 팀은 높은 고도에서 우주 쓰레기에 대한 보다 정기적인 검색을 요구했다.

▲ 높이에 따른 궤도 위성의 수명; 위성 수명은 궤도 높이에 따라 다르다. 탄도 계수 또는 태양 활동과 같이 지정되지 않은 추가 매개 변수에 영향을 받는다. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Satlifetimerp.png

"가능한 한 자주 대형 망원경으로 정지 궤도를 계속 탐색하는 것이 중요하다"고 Blake는 말한다. "이것은 우리가 궤도에서 순환하는 우주 쓰레기에 대해 더 좋은 느낌을 가질 수 있는 유일한 방법이다.“
(Advances in Space Research, 2020; doi : 10.1016 / j.asr.2020.08.008)

출처 : University of Warwick

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science. No Future"

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