[사이언스 온고지신]우주에서 미세먼지를 관측하다

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최근 미세먼지가 문제다. 2.5㎛(마이크로미터)보다 작은 미세먼지는 호흡기질환, 심혈관질환, 천식 등 다양한 유해성을 지닌다.

우리나라는 미세먼지 해결을 위해 연간 11조8030억원에 달하는 사회 비용을 지출한다. 정부는 미세먼지 관리 특별대책은 물론 대기질 개선을 위한 한〃중 공동 연구단을 운영하는 등 대책 마련에 나서고 있다.

전국 500여곳에 관측소를 운영하는 등 대기질을 실시간으로 파악하기 위해 노력도 다각도로 기울이고 있다. 국내 미세먼지 40∼60%는 주변국 영향을 받는다. 이에 중국 35개 도시 실시간 대기질 관측 자료를 확보하는 체계도 구축했다.

미세먼지 흐름을 실시간으로 관측, 관련 정보를 얻는 것도 중요한 일이다. 인공위성으로 국내〃외 대기오염 물질 종류, 발생량, 이동경로를 실시간으로 파악하는 것이 매우 중요하다.

인공위성에서 미세먼지를 관측할 수 있는 초분광영상기 환경탑재체 개발이 막바지에 이르렀다. 한국항공우주연구원과 미국 볼 에어로스페이스가 공동개발하고 있는 환경탑재체는 분광정보(대기화학스펙트럼)와 공간정보(영상)를 동시에 획득하는 초분광영상기다. 전자광학기술 발전으로 지면에서 3만6000㎞ 떨어진 지구 정지궤도에서도 이런 관측이 가능해진다. 2019년 천리안위성 2B호에 실려 발사될 예정이다.

환경탑재체는 위성이 지구 주변을 도는 공전 각속도와 지구가 자전하는 각속도가 일치하는 정지궤도에 위치한다. 한반도 주변 지역 대기환경을 상시 감시할 수 있다. 우리나라는 물론 동아시아의 대기오염 화학물질과 미세입자 등 대기환경을 지속적으로 감시해 오염물질 종류를 탐지하고, 발생지점과 발생량을 분석한다. 오염물질 이동경로도 놓치지 않고 관측할 수 있다. 또 매일 낮 8차례 촬영으로 공간해상도 7㎞ 영상을 얻는다. 자외선에서 가시광선 대역을 0.6㎚ 간격으로 분광한 정밀 스펙트럼도 제공한다.

오염물질 분자 빛 흡수 파장, 강도 차이를 이용한다. 태양빛과 지표면에서 반사되는 분광정보를 비교 측정해 지상국 시스템에 입력하면 대기오염물질 농도를 산출하게 된다.

고도의 정밀탑재체를 제작하고 시스템을 구축하는 기술이 관건이다. 지구를 사과로 비유하면, 대기층은 사과껍질에 비교할 수 있을 정도로 얇은 층이다. 통과 중 흡수되는 미약한 신호를 측정해야 한다.

정지궤도에서 미세먼지를 관측하는 환경위성은 현재 한국, 미국, 유럽이 각각 개발하고 있다. 우리 위성이 조금 먼저 올라갈 예정이다. 관측자료는 세계 대기과학자들을 중심으로 공유되며 지구 대기환경 문제를 푸는데 사용될 예정이다.

이로써 우리 주변 지역 미세먼지 등 대기환경에 대한 상시 감시가 가능해진다. 대기질 예보 정확도를 비약적으로 향상시키는 혁신적 전향점이 될 것이라고 기대된다. 나아가 세계가 국제적으로 악화된 대기환경에 공동 대응하는 것에도 주도적 역할을 할 것으로 보인다. 환경위성 개발에 사용된 관련 우주기술을 다른 쪽으로도 활용할 수 있다. 초분광영상기를 활용한 지상 및 항공기 탑재체 개발이 대표적인 예다. 복합 광역 촬영으로 여러 곳을 관측하는 측정시스템을 구축할 수 있어 산업화 측면에서도 유망하다.

[사이언스 온고지신]우주에서 미세먼지를 관측하다

이승훈 한국항공우주연구원 위성탑재체연구단장

shlee@kari.re.kr