민폐 인공위성 – ‘위성통신망 빛공해 논란’에 대해 알아보자

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얼마 전 미쿡의 민간 우주 중소기업 스페이스X가 이들의 대형 위성통신망인 스타링크(Starlink) 작전을 실현하기 위해 첫 스타링크 미션으로 60기의 인공위성을 발사했습니다. 관성을 이용한 특이한 위성분리 때문에 60개의 위성은 서로의 거리가 매우 천천히 떨어졌고, 이로 인해 지구에서는 이들 위성이 기차처럼 차례로 관측됩니다. 이것을 현재 스타링크 기차(Starlink Train)라고 부르고 있는데, 어찌나 신기한지 독일의 UFO 관련 사이트에서는 스타링크를 UFO라고 칭하며 외계인과의 접촉이 임박했다고 말하는 보고가 150건이 넘었다고 합니다. 그런데 이로 인해 촉발된 ‘저궤도 인공위성 논란’이 점점 커지고 있습니다. 이 글에서는 여기에 대해서 알아보도록 하겠습니다.현재 여러 중소기업이 고도 약 500km대의 지구 저궤도에 수많은 위성을 쏘아 올려 대형 통신망을 구축하는 사업을 진행하고 있습니다. 대표적으로 One Web과 Starlink가 있습니다. 이번에 발사된 스타링크 60개의 위성은 스타링크 작전의 일부일 뿐 최종적으로 12000개의 위성을 저궤도에 안착시키는 것이 이 작전의 목표입니다. 반면 이런 저궤도 위성통신망에는 치명적인 약점이 존재합니다. 그것은 빛공해입니다.​

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일반적으로 빛의 공해란 밝은 도시의 빛이 밤의 어둠 운하의 거의 매일 반사되어 별이 잘 보이지 않는 것을 의미합니다. 수많은 자신라의 도시화와 선진국 대도시들로 인해 천체관측의 입지가 점점 좁아지고 있습니다. 따라서 지금은 위성망으로 어두운 하거의 매일 자체에서도 광공해가 발생하는 방안입니다. 저궤도에 떠 있는 물체가 햇빛을 반사하면 지구에서 아주 잘 보이는데 대표적인 예가 국제우주정거장이고 우주정거장은 지구에서 보이는 가장 밝은 물체 속에 속합니다. 제가 찍은 위 사진의 이리듐 플레어도 마찬가지입니다. 하지만 적어도 수백 개의 위성 이상이 궤도에 위치한 대형 위성통신망 사업이 계속 진행되면 이런 밝은 위성이 많이 등장할 것입니다. 그래서 new 더라미하다 ‘빛공해’라고 부르는 거죠.도시의 빛이 어두운 하거의 매일 반사되어 날이 새는 우리가 흔히 부르는 ‘빛 공해’는 생태계에도 좋지 않은 영향을 주고 천문학자에게도 천체관측 가능한 위치를 제한해 버립니다. 제대로 관측하려면 강원도 오지로 가야 비교적 만족스러운 어두운 여름을 거의 매일 얻을 수 있습니다. 한편 인공위성에 의한 new 더라미 형태의 빛 공해는 다릅니다. 위에서 설명했듯이 인공 위성이 햇빛을 반사하고 밝게 보이는데 이는 특정 장소를 가리지 않고 자주 일어나는 현상입니다. 게다가 위성과 같이 위성이 많이 있기 때문에 빈도수가 매일 늘어날 것입니다. 이런 new 자라미 형태의 빛 공해는 어두운 하거의 매일을 ‘밝게’하는 것은 아니지만 어두운 하거의 매일을 가로지르기 때문에 대형 망원경의 관측을 방해합니다. 한정된 수의 위성이 궤도에 있을 때는, 어느 시간대에 어디에 위성이 가는지 계산해, 그곳을 관측해야 하지만, 위성이 기하 급수적으로 많아지는 경우에는, 아무런 의미가 없습니다. 즉, 우주정거장이 자신의 이리듐 위성처럼 조금 밝아 보이는 것과는 달리, 스타링크 같은 위성 수가 매우 자신 있는 통신망은 몇 개가 계속 늘어나기 때문에 문제가 심각해지는 것입니다. ​

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실제로 이번에 발사된 스타링크 60개를 소로 맞춥니다. 위의 사진은 미국에 있는 로웰 천문대에서 촬영된 사진으로, 우연히 스타링크 위성이 망원경의 시야에 들어와 사진을 망쳤습니다. 새로운 ‘위성광 공해’의 적절한 예입니다. 하나의 궤도면에 60개가 발사되었을 뿐인데, 기이 천문대에서는 우연히 찍혀 버린 것입니다. 60개만 해도 이렇습니다. 그럼 스타링크 방안의 최종 목표는 12000개의 위성인데, 고란 위성이 실제로 모두 궤도에 오른다면 어떤 일이 벌어질까요?일단 현재 60개의 위성이 궤도에 오른 상황에서 관측되는 스타링크 위성은 모두 3개 그룹에 나쁘지 않게 관측되고 있습니다. 처음으로 궤도에 올랐을 때는, 하나의 그룹으로서 각각의 것이 대충 외형 등급-1정도의 밝기를 내고 있었습니다. 이 정도면 밤 맑게 갠 하항 시에서 가장 밝은 별인 시리우스급으로, 굉장히 밝은 축입니다. 이 고도를 더 올린 현재로는 눈으로는 그렇게 보이지 않는, 겉보기 등급 4~5정도의 밝기를 보일 것으로 관측되고 있습니다. 도시에서는 보이지 않지만, 약 오랜만에 도시에서 친구가 나쁘지 않아도 관측되는 정도로 실제로 관측담이 상당수 들려오고 있습니다.​

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네덜란드 전파천문학회의 Cees Bassa라는 한 천문학자의 계산에 따르면 런던 정도의 위도에 있는 육지에서는 스타링크의 중간 목표인 1600개의 위성이 궤도에 올라도 언제 자기 위성에는 84개의 위성이 떠 있고 해가 뜰 무렵, 그리고 여름이면 한밤중까지 항상 약 15개의 위성이 30도의 고도 위에서 움직이며 눈에 띈다고 한다. (여름과 겨울의 차이는 아래에 설명하겠습니다.) 게다가 12000개의 위성이 대등한 고도로 전개되었다고 가정했을 때에는, 여름의 경우에 야간에 70~100개의 위성이 눈에 보일 것이라고 계산하고 있습니다! 이것은매우심각한숫자입니다. 눈에 보이는 것이 70~100개라면 우리 같은 사람이 시골에 직접 가서 장노출 일주사진을 찍어도 스탈링크 궤적이 많이 나온다는 뜻입니다. 보통 눈으로 보고 있어도 직접 가는 게 보이는 수준이라는 거죠. 물론, 실제로 스타링크가 기록하는 밝기가 밝혀지지 않았기 때문에, 이것은 약간의 추측이기는 하지만, 이것에 근접한 결과가 자신 있는 것은 부정할 수 없습니다.​

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그러면 이런 결과를 낼 수 있겠군요. 무슨 일이 있어도 상당수 위성이 상당한 밝기로 어두운 하인상을 가로지를 것입니다. 현재도 약 5000개의 위성이 지구 주위를 돌고 있고 밝은 위성과 로켓의 잔해가 하항 위를 가로지르고 있지만 천문대에서는 이를 고려해 관측의 의도를 새롭게 하여 성공적으로 관측하고 있습니다. 물론 머리가 아프다. 천문학자 중 일부는 이에 대해 끊습니다.없이 이의를 제기해 왔습니다. 하지만 스탈링크 같은 거대한 위성통신망이 구축된다면 하항상의 모든 점에 밝은 위성이 하나씩은 지나가게 되고 천문대와 천문학자 입장에서는 도저히 비교가 안 될 정도로 어려운 상황이 됩니다. 즉 기술이 과학의 발목을 잡게 된 것이죠.지상에서 작동하는 망원경의 관측에는, 끔찍한 해가 되는 것은 부정할 수 없는 사실이 되었습니다. 그럼 지구 궤도를 도는 우주관측위성은 어떨까요? 대부분의 위성은 스타링크보다 높은 고도로 지구를 돌고 있습니다. 하지만 허블과 같은 망원경은 스타링크와 수십 km China가 아닌 500km 부근을 돌고 있는데, 이런 사실에서 보듯 스타링크 같은 대형 위성통신망이 우주망원경과 같은 우주관측위성에도 어떤 영향을 미칠 기회가 있습니다. 물론 지상과 비교하면 아주 작지만요.​

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이 같은 대형 위성통신망의 광공해 논란에 대해 스페이스X의 CEO 일론 머스크가 답변했습니다. 사실은 이 답장천 제가 이 글을 계기가 되었습니다. 일론 머스크는 이 논쟁에 대해 국제우주정거장은 불빛이 있고 엄청 크기 때문에 지구에서도 잘 보인다. 그리고 별이 보일 무렵의 시간이 되었다면 위성은 보이지 않을 것입니다.라고 대답했는데, 이것은 이 사건에 대해서, 그리고 인공위성에 대해서 최소한의 이해가 되지 않는 모습을 나타내고 있습니다. 우선 국제우주정거장이 지구에서 아주 밝게 관측되는 이유는 빛이 있어서가 아닙니다. 너무 클 뿐이에요. 반밖에 맞지 않는 이야기입니다. 그는 또 별이 보일 무렵에는 인공위성이 관측되지 않는다고 했지만 위의 내가 찍은 이리듐 플레이어 사진만 봐도 별이 잘 보입니다. 위성은 해가 지고 나쁘지 않아도 계속 보이고 완전히 그림자에 들어갈 때까지는 관측됩니다. 이는 인공위성이 햇빛을 반사하기 때문이고, 지상관측자 입장에서는 밤이지만 인공위성 입장에서는 여전히 햇빛을 받고 있을 때이기 때문에 햇빛을 반사해서 인공위성이 밤에 보이게 되는 것입니다. 왕겨밤에는 한밤중에는 보이지 않고, 황혼에 나쁘지 않은 것 같습니다만, 여름은 한밤중에도 보일 수 있습니다. 일론 머스크는 또 우리는 망원경을 우주로 빨리 보내야 한다고 했지만 이는 어불성설입니다. 우주에 망원경 예쁘지 않아를 올리는 비용은 그야말로 천문학적입니다. 현재 NASA가 발사를 연기하며 고전하고 있는 차세대 우주망원경 제임스 웹 우주망원경의 사례만 봐도 그 비용은 상상할 수 없고 그에 따른 노력과 지수함수적으로 증가합니다. 반면 지상망원경은 이론상 다소 무한대로 크게 만들 수 있으면서도 성능은 우주망원경을 넘어설 수 있습니다. 이어 일론 머스크는 스타링크 위성의 반사율을 줄이는 비법을 고안했다고 밝혔습니다. 이 사건을 인식하고 실질적인 대책을 강구하기 시작한 것입니다. 스탈링크 반사율을 줄여도 여전히 낮은 궤도에 수많은 위성 수 때문에 논란이 불가피하고, 또 스타링크 위성 표면적의 대부분을 차지하는 태양전지판 반사율은 줄일 수 없어 어디까지 효과가 있을지 궁금합니다.

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저는 이 글에서 꼭 스타링크 시스템을 비난하고 싶은 것은 아닙니다. 일론 머스크가 원하는, 저세계에서 가장 저렴하게 이용할 수 있는 고속인터넷 사업은 전적으로 공감하고 지지한다. 기술의 발전입니다. 하지만 그 과정에서 다른 분야에 해를 끼쳐서는 안 됩니다. 기술발전을 위해 다른 중요한 분야가 희생될 수는 없습니다. 게다가 그 두 분야가 밀접한 관련이 있다면 자연과학을 희생하면서 공학 발전을 꿈꿀 수는 없다. 그래서 저는 이 글에서 스타링크를 포함한 현재 9개 기업이 의도하고 있는 저궤도 위성통신망의 의도를 비판했습니다. 감사드린다. 이하) 민간 우주기업인 Strato Launch Systems가 회사를 폐쇄한다는 정보가 있습니다.

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