“태양폭풍 기간 위성이 맞는 방사선 15배 세진다”…韓 연구진 최초 관측

차세대소형위성 2호 탑재 ‘레오도스’ 관측 자료 분석…국제 학술지 게재
우주방사선이 인공위성·인체에 미치는 실제 ‘흡수선량’ 활용해 측정 성공
태양폭풍 종료돼도 잔여 전자 영향 지속…우주기상 위험 정밀 평가 기대

AP뉴시스

국내 연구진이 지난 2024년 나타났던 ‘슈퍼 태양폭풍’ 기간 동안 인공위성을 타격한 방사선 에너지의 변화를 최초로 관측하는 데 성공했다. 강한 태양폭풍이 불어 닥치면 극지방을 지나는 저궤도 위성이 평소보다 최대 15배나 높은 방사선 위험에 노출된다는 사실이 실증됐다.

한국천문연구원은 우리나라 차세대소형위성 2호(NEXTSat-2)에 탑재된 우주방사선 관측장비 ‘레오도스(LEO-DOS)’를 활용해 슈퍼 태양폭풍 기간 인공위성이 실제로 받는 방사선량의 복합적인 재배치 변화를 분석하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

이번 연구는 지난 2024년 5월10~12일 발생한 이른바 ‘슈퍼 태양폭풍’ 사건을 무대로 삼았다. 당시 태양폭풍은 2003년 11월 이후 가장 강력한 우주폭풍으로 기록된 바 있다.

연구진은 태양에서 방출된 고에너지 입자가 평소보다 훨씬 깊숙한 지구 근처 영역까지 침투했으며, 방사선 환경을 단순히 증가시키는 것이 아니라 다양한 입자 성분을 복합적으로 재배치한다는 사실을 확인했다.
◆입자 개수 세던 과거 연구 탈피…부품·인체 타격 주는 ‘실제 에너지’ 측정

곽영실 천문연 박사 연구팀은 지구 저궤도 우주공간에서 인공위성이 실제로 받는 흡수선량(방사선 에너지가 물질에 전달되는 양)을 측정하는 장비인 레오도스가 슈퍼 태양폭풍 기간과 그 전후에 관측한 자료 분석에 주력했다.

기존 우주방사선 연구는 입자의 ‘개수’를 측정하는 수준에 머물렀으나, 입자 수만으로는 인공위성 장비나 인체에 실제로 얼마나 많은 에너지가 전달되는지 직접 알기 어려웠다.

반면 레오도스가 측정한 흡수선량은 방사선이 물질에 남기는 실제 에너지량을 의미하기에 우주방사선 위험을 보다 직접적으로 평가할 수 있는 지표다.연구진은 레오도스가 측정한 흡수선량 자료와 입자 개수 자료를 결합해 관측된 방사선 변화의 원인이 양성자인지 전자인지 구분했다. 여기에 위성의 정밀 위치정보를 활용해 태양 고에너지 입자, 외부 방사선대 전자, 내부 방사선대 양성자를 각각 분리해 분석했다.

이를 통해 2024년 5월 태양폭풍 전·중·후 및 회복기 단계별로 시간과 위치에 따른 저궤도 우주방사선 환경 변화를 확인했다.◆태양폭풍 지나도 지속 타격…고위도 극지방 통과 위성에 방사선 15배 세져

분석 결과 2024년 5월 11일 태양 고에너지 입자에 의한 흡수선량이 급증했다. 강력한 태양폭풍 사건이 저궤도 위성 환경에 직접적인 방사선 영향을 줄 수 있음이 확인된 것이다. 아울러 태양에서 방출된 고에너지 양성자는 평소보다 훨씬 깊은 지구 근처 영역까지 침투한 것으로 나타났다.

태양폭풍 이후에는 전자에 의한 흡수선량 증가가 지속적으로 관측됐는데, 이는 태양폭풍이 종료된 이후에도 저궤도 우주방사선 환경이 즉시 정상 상태로 회복되지 않고 상당 기간 위성에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 반면 내부 방사선대의 양성자에 의한 흡수선량은 태양폭풍 직후 크게 감소했다.

고위도 지역의 방사선 환경 변화도 확인했다. 고위도 평균 흡수선량은 태양폭풍 전 대비 약 15배 증가해 강한 태양폭풍 동안 극지방을 통과하는 저궤도 위성이 훨씬 높은 방사선 환경에 노출될 수 있음을 확인했다.

곽영실 천문연 기초천문연구본부장은 “이번 연구의 큰 의의는 국내 위성·기술로 개발한 우주방사선 관측장비를 활용해 인공위성이 실제로 받는 방사선 에너지 변화를 직접 측정했다는 점”이라며 “특히 방사선이 실제로 위성 부품과 인체에 전달할 수 있는 에너지의 변화를 분석함으로써 우주방사선 위험을 보다 현실적으로 평가할 수 있는 기반을 마련했다”고 전했다.

논문의 제1저자인 정종일 천문연 박사는 “강한 태양폭풍 기간 동안 지구 주변 우주방사선 환경 변화를 이해하는 중요한 기회를 제공하게 됐다. 우주방사선 환경 모델 검증과 위성 전자장비 보호, 방사선 차폐 설계, 임무 운영 전략 수립 등에 도움이 되는 기초자료가 될 것”이라며 “향후 장기간 축적되는 우주방사선 관측자료를 활용해 우주기상 위험을 더욱 정밀하게 평가할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 국제 학술지 ‘지구물리학 연구 저널(Geophysical Research Letters)’ 5월28일자에 게재됐다.

[서울=뉴시스]