해수면 상승을 감시하는 인공위성

NASA와 ESA, 오는 11월 센티널 6A호 발사

지구 온난화로 해수면이 계속 상승하면서 해수면 높이를 측정하는 인공위성에 대한 관심이 커지고 있다. 이에 유럽연합과 미국은 ‘센티널(Sentinel) 6호’라는 두 대의 자매 위성을 순차적으로 띄워 해수면 관측에 나설 계획이다.

유럽연합은 지구 대기 및 해양 관측을 위한 ‘코페르니쿠스(Copernicus)’ 프로그램에 따라 센티널 위성을 개발해왔다. 센티널 6호는 미국과 함께 추진하는 계획으로, 오는 11월에 센티널 6A호가 먼저 발사되어 약 5년간 임무를 수행하게 된다. 두 번째 위성인 센티널 6B호는 2026년 발사될 예정이다.

센티널 6A호 상상도. © ESA / ATG medialab

1992년부터 해수면 관측을 시작해

지난 1992년 발사된 ‘TOPEX/포세이돈’ 위성은 최초의 본격적인 해수면 관측 위성이다. 미 항공우주국(NASA)과 프랑스 국립우주연구센터(CNES)가 공동 개발한 이 위성은 13년 동안 활동하며 예상보다 정확한 데이터를 얻을 수 있었다.

이후 NASA와 CNES는 포세이돈 위성의 후속으로 제이슨 위성 계획을 추진하기로 합의했다. 2001년 발사된 제이슨 1호는 그러한 계획의 첫 번째 위성이었다.

2008년 발사된 제이슨 2호부터는 유럽기상위성개발기구(EUMETSAT)와 미 해양대기청(NOAA)이 계획에 합류했고, 현재는 2016년 발사된 제이슨 3호만 남아 해수면 변화를 측정하고 있다.

지금까지 4대의 위성이 측정한 기록에 따르면 지난 몇 년간 해수면 상승률이 가속화되고 있다. 1990년대에 지구의 해수면은 매년 평균 3mm씩 상승했지만, 최근에는 매년 3.4mm까지 증가했다. 이러한 증가 추세를 관찰하려면 인공위성을 통한 지속적인 해수면 관측이 필수적이다.

지난해 11월 독일에서 테스트 중인 센티널 6A호. © ESA, S. Corvaja

센티널 6호의 정식 명칭은 ‘센티널-6/제이슨-CS(Sentinel-6/Jason-CS)’ 위성이다. 이것은 센티널 위성과 제이슨 위성의 임무를 통합한다는 의미가 된다. 2009년 유럽연합은 지구 온난화에 대처하기 위해 제이슨 위성 계획을 코페르니쿠스-센티널 프로그램에 통합하기로 결정했다.

두 대의 위성은 유럽우주국(ESA)과 NASA가 협력하여 개발한다. 위성체와 주요 탑재체 개발은 유럽연합이 주도하며, 일부 탑재체와 발사체는 미국이 제공하는 방식이다. 현재 센티널 6A호의 조립과 테스트를 독일에서 진행 중이고, 미국의 반덴버그 공군기지로 운반해서 스페이스X의 팰컨 9 로켓으로 발사하게 된다.

해수면 높이를 측정하려면 GPS와 지상 레이저 신호를 이용해서 정확한 위치를 파악해야 한다. © NOAA

레이더 고도계로 해수면 높이 측정

센터널 6A호와 6B호는 동일한 임무를 지닌 위성이다. 각 위성에 탑재된 레이더 고도계는 10일 간격으로 극지방을 제외한 해양 면적의 95%를 정밀하게 관측할 수 있다. 이를 통해 엘니뇨와 라니냐 같은 해수 온도 변화 현상을 감시하고, 해류와 풍속 및 파도 높이에 대한 측정이 가능하다.

이 위성들은 약 1300km 고도에서 지구 표면으로 레이더 펄스를 보내고 위성으로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 해수면 고도를 확인한다. 그런데 지구의 중력은 지역마다 조금씩 달라서 해수면 높이가 변화하므로 정확한 위치를 알아야 제대로 측정할 수 있다.

센티널 6호는 ‘위성 통합 도플러 궤도 촬영 및 방사선 위치 측정(DORIS)’이라는 특수 네트워크와 함께 GPS, 지상 레이저를 이용해서 정확한 위치를 찾는다. 이러한 통합 기술은 약 1인치의 정확도로 해수면 높이를 측정할 수 있도록 돕는다.

우리 세대의 기후 변화 기록을 남기는 것이 목적

센티널-제이슨 프로젝트에 참여한 조시 월니스(Josh Willis) 제트추진연구소(NASA JPL) 연구원은 “해수면 상승은 기후 변화로 인해 발생한 파괴적인 영향 중 하나일 것이다”라면서 “우리 세대는 지구 해수면이 의미 있는 수치만큼 변화하는 것을 볼 수 없다. 그저 몇 세대 뒤의 후손을 위해 얼마나 해수면이 상승하고 있는지 도표로 그려보는 것에 불과하다”라고 말했다.

산업혁명 이후, 광범위한 화석연료의 사용으로 발생한 상당량의 이산화탄소와 다른 온실가스가 대기 중에 쌓여왔다. 이런 가스들이 지구 온난화의 주원인이다.

바다는 과도한 온실가스에 의해 대기 중에 갇힌 열의 90% 이상을 흡수하여 기후를 안정시키는 데 도움을 준다. 하지만 기온이 따뜻해질수록 바닷물은 열팽창하고, 빙하가 녹으면서 해수면이 점차 상승하고 있다. 그 결과, 지난 25년 동안 해수면 상승 속도는 계속해서 증가했다.

월니스 연구원은 “전 세계의 해수면은 인류가 기후를 어떻게 변화시키고 있는지 보여주는 가장 완벽한 척도가 된다. 어찌 보면 해수면 상승은 지구 표면의 70%가 점점 더 높아지고 있음을 의미한다. 우리는 그것을 측정하려는 것이다”라고 연구 목적을 밝혔다.

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