北 핵실험, 히로시마 원폭의 최대 18배

인도과학자, 위성 활용해 지구 표면 변화 분석

북한은 2003년 핵무기확산금지조약(NPT)을 탈퇴한 이후, 핵무기 개발 실험을 계속 진행해 왔다. 전문가들은 2017년 9월 실시한 지하 핵실험이 북한 핵무기 개발 기술의 정점을 보여주었다고 평가한다.

당시 북한이 실험한 핵무기의 위력은 1945년 히로시마에 투하된 폭탄의 최대 18배에 해당하는 것으로 추정된다고 인도 과학자들이 발표했다.

인도 우주 연구 기구(Indian Space Research Organisation ISRO)의 K. M. 스리지스 (Sreejith) 박사가 이끄는 연구팀은 위성 데이터를 사용하여 분석한 내용을 왕립천문학회가 발간하는 국제지구물리학(Geophysical Journal International) 저널 최신호에 발표했다.

핵실험 결과를 탐지하는 전통적인 방법은 지진감시용으로 배치한 네트워크를 이용해서 지진파를 측정하는 것이다. 그러나 북한 핵 실험장 근처에는 공개적으로 이용할 수 있는 지진 관측 데이터가 없다. 이 때문에 북한 핵실험의 정확한 위치와 폭발력을 파악하기 어렵다.

위성으로 지표면 데이터를 획득해서 핵실험 폭발력을 분석한다.  ⓒ ESA / ATG medialab

위성으로 지표면 데이터를 획득해서 핵실험 폭발력을 분석한다. ⓒ ESA / ATG medialab

스리지스 박사 연구팀은 해결책을 찾기 위해 우주로 눈을 돌렸다. 과학자들은 ALOS-2 위성의 데이터와 ‘합성 조리개 레이더 간섭측정'(InSAR)이라는 기술을 이용해 2017년 9월 북한 동북부 만탑산에서 발생한 폭발로 인한 만탑산의 표면 변화를 측정했다.

만탑산 표면 수 m 이동할 정도의 폭발력

InSAR은 여러 개의 레이더 영상을 사용하여 시간에 따라 만탑산 표면 지도가 어떻게 변화했는지를 작성했다. 이런 방법으로 과학자들은 지표면 아래 지하에서 벌어진 과정을 우주에서 연구할 수 있다.

새 연구 자료에 따르면 폭발은 폭발 지점 위 산의 표면을 몇 m 정도 움직일 정도로 강력했으며, 봉우리의 측면은 0.5m까지 움직인 것으로 보인다. InSAR 판독값을 자세히 분석한 결과, 폭발은 지하 실험실로 연결된 터널 입구로부터 북쪽으로 약 2.5km 떨어진 정상 아래 약 540m 지점에서 발생했다.

과학자들은 지면의 변형을 근거로 이번 폭발로 반경 66m의 공동체가 생긴 것으로 추정하고 있다. 1945년 히로시마 공격에 사용된 ‘리틀 보이’ 핵폭탄의 폭발력이 15킬로톤이었다. 북한 핵실험은 이에 비해 245킬로톤에서 271킬로톤 사이의 폭발력을 보였다. 대략 히로시마 폭탄의 16배에서 18배에 이르는 폭발력이다.

이번 연구의 주저자인 스리지스 박사는 위성 기반 레이더는 지구 표면의 변화를 측정하고 지하 핵실험 장소와 폭발력을 추정할 수 있는 매우 강력한 도구라고 말했다. 이에 비해 기존의 지진학 방식으로 측정한 자료는 간접적이며 지진 관측소의 가용성에 따라 달라진다.

만탑산 핵실험 분석자료. ⓒ K.M. Sreejith

만탑산 핵실험 분석자료. ⓒ K.M. Sreejith

이번에 사용한 Sentinel-1과 ALOS-2와 같은 인공위성은 고도화된 인공 개구부 레이더를 탑재하고 있다. 이 레이더는 변화하는 대지의 표면, 지반 변형, 지하공동, 빙하 등을 지도화하는 데이터를 제공할 수 있다. 홍수 등 재난 발생 시 긴급 대응을 돕고 위기 시에 인도주의적 구호 활동을 지원하는 데도 사용될 수 있다.

연구팀은 우주 기반의 InSAR 측정법이 기존의 지진파 측정 방법보다 더 정밀하게 지하 핵실험을 측정할 수 있음을 보여준다고 주장했다. 아직은 자료 부족으로 인해 우주에서는 핵실험의 폭발력은 거의 감시되지 않는다.

하지만 연구팀은 현재 운용 중인 Sentinel-1, ALOS-2 등의 인공위성이  2022년 발사 예정인 미 항공우주국의 ‘합성 조리개 레이더'(NISAR) 위성과 함께 핵실험 측정에 사용될 수 있다고 말했다.

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