큐브위성 '도요샛', 태양폭풍 고품질 데이터 확보

작성일 08-04

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 <img alt="편대비행하는 초소형 큐브위성군 도요샛 상상도. 한국천문연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115610394lqvu.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="HxFWNY2XJG" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115610394lqvu.jpg" width="658">
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 편대비행하는 초소형 큐브위성군 도요샛 상상도. 한국천문연구원 제공
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 2023년 국산 우주발사체 누리호를 타고 지구 궤도에 오른 10kg급 초소형 큐브위성군 '도요샛(SNIPE)'이 지난해 발생한 강력한 태양폭풍 기간에 다양한 우주환경 데이터를 확보하는 데 성공했다. 작은 크기임에도 해외 중대형 위성만큼이나 신뢰도 있는 관측 성능을 검증한 것으로 평가된다.
 한국천문연구원은 도요샛 관측 자료를 이용해 지난해 5월 발생한 강력한 태양폭풍이 전 지구에 미치는 영향을 성공적으로 관측·분석했다고 4일 밝혔다. 연구결과는 지난달 26일(현지시간) 국제학술지 '스페이스 웨더'에 공개됐다.
 2024년 5월 10일부터 12일까지 발생한 태양폭풍은 2003년 11월 이후 기록된 가장 강력한 태양폭풍으로 알려졌다. 이 때문에 한국 강원도를 비롯한 전세계 넓은 지역에서 오로라가 관측돼 화제가 됐다.
 오로라는 태양에서 방출된 플라즈마가 지구 자기장과 상호작용하면서 가속된 입자들이 지구 전리권으로 유입되면서 공기 분자와 반응해 빛을 내는 현상이다. 전리권은 지표로부터 약 60km에서 1000km까지의 공간을 말한다.
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 <img alt="2024년 5월 11일 남극 장보고과학기지에서 촬영된 오로라. 오로라에서 흔히 보이는 빨간색, 초록색 외에도 파란색과 보라색 등 다채로운 색깔의 오로라가 보인다. 장보고과학기지 제11차 월동대원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115611680ogyi.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="XwTmMs0CLY" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115611680ogyi.jpg" width="658">
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 2024년 5월 11일 남극 장보고과학기지에서 촬영된 오로라. 오로라에서 흔히 보이는 빨간색, 초록색 외에도 파란색과 보라색 등 다채로운 색깔의 오로라가 보인다. 장보고과학기지 제11차 월동대원 제공
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 보통 상부 전리권 플라즈마 밀도는 적도 부근에서 최대가 된다. 태양폭풍이 발생할 경우 최대 플라즈마 밀도 지역이 위도 25~30도까지 이동하면서 적도 지역 밀도가 낮아진다. 적도 이온화 이상 현상이다. 지난해 발생한 태양폭풍은 최대 플라즈마 밀도 지역을 위도 40도까지 이동시켰다. 도요샛도 이를 포착했다.
 천문연 연구팀은 도요샛 관측 자료와 미국 국방기상위성 DMSP, 유럽우주국(ESA)이 운용하는 스웜(Swarm) 위성군 자료를 함께 분석해 도요샛 관측 자료가 해외 중대형 위성 자료와 비견될 만큼 신뢰성 있다는 사실을 확인했다.
 도요샛은 해외 위성의 관측 자료가 비어 있는 고도 500km '여명-황혼 궤도'에서 독자 연속 관측을 수행하는 데 성공했다. 도요샛 위성들은 플라즈마 측정 센서인 랭뮤어 탐침을 이용해 전리권 플라즈마 밀도와 온도를 약 60시간 연속 관측했다.
 관측 결과 태양폭풍 발생 후 고밀도 전자들이 적도로 멀어지며 중위도 지역으로 이동했다. 폭풍 이후 극지방 전자 온도가 급격히 상승하기도 했다. 태양풍이 지구 자기장과 충돌하며 전리권 플라즈마 특성이 크게 변했다는 뜻이다.
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 <img alt="도요샛으로 관측한 전리권 플라즈마의 밀도와 온도 변화. 천문연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115612897gjtu.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="ZULQFxmedW" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115612897gjtu.jpg" width="658">
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 도요샛으로 관측한 전리권 플라즈마의 밀도와 온도 변화. 천문연 제공
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 전리권의 변화는 위성위치확인시스템(GPS) 위치 오차 증가, 통신 장애, 전력망 손상 등의 피해를 일으킬 수 있다. 위성 궤도에도 영향을 준다. 실제로 태양폭풍 당시 도요샛의 평균 고도가 200m~500m까지 하강한 것으로 나타났다.
 도요샛이 관측한 전자 온도와 플라즈마 분포 변화는 기존 연구에서 제안된 지구 저궤도 우주날씨 변화 메커니즘을 보완할 자료로 활용될 전망이다.
 논문 제1저자인 송호섭 천문연 우주과학탐사본부 박사후연구원은 "초소형 큐브위성을 이용해 다른 큰 위성에 비견될 만큼 양질의 데이터를 생산할 수 있다"고 설명했다.
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 <img alt="태양폭풍 발생 전과 후의 전리권 비교. 천문연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115614157annu.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="55vLBoTNMy" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115614157annu.jpg" width="658">
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 태양폭풍 발생 전과 후의 전리권 비교. 천문연 제공
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 도요샛 프로젝트 책임자인 이재진 천문연 책임연구원은 "국내 큐브위성의 관측임무 결과를 이용한 첫 번째 연구성과"라며 "국내 독자 개발된 위성을 우리 기술로 발사하고 국제 학술지에 발표했다는 점이 큰 의미"라고 밝혔다.
 이어 "2년여 간의 도요샛 관측 운영 경험을 통해 후속 임무로 최근 초저고도용 도요샛2(SNIPE-2)에 대한 기획 연구를 진행 중"이라고 후속 프로젝트 추진 계획에 대해 설명했다.
 군집 편대비행으로 우주날씨 관측 임무를 수행하는 도요샛은 천문연과 한국항공우주연구원이 공동으로 개발해 2023년 5월 25일 나로우주센터에서 발사됐다. 가람, 나래, 다솔, 라온까지 총 4기가 제작됐지만 현재 나래와 라온 2기만 운영 중이다. 다솔은 발사체에서 사출에 실패했고 가람은 전력 부족으로 임무 수행이 어려운 상태다. 도요샛 설계 수명은 1년이지만 나래와 라온은 현재 2년 넘게 운용되고 있다. 
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1029/2025SW004470
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 <img alt="편대비행하는 초소형 큐브위성군 도요샛 상상도. 한국천문연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115615443zpov.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="155E6D1meT" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/04/dongascience/20250804115615443zpov.jpg" width="658">
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 편대비행하는 초소형 큐브위성군 도요샛 상상도. 한국천문연구원 제공
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 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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