유럽 우주국의 지구 관측 프로그램들

[별들의 후손이 들려주는 천문학 이야기] Living Planet Programme

유럽 우주국은 우주 과학 관련 연구만 한다?

유럽 우주국의 프로그램들과 미션들은 크게 우주 과학 관련 미션과 지구 관련 미션 그리고 프로그램화되지 않은 일반 미션들로 나뉜다. 이중 우주 과학 관련 미션들은 미항공우주국(NASA)의 Discovery 및 New Frontiers 프로그램에 견줄만한 성격의 미션들이며, 이에 투입되는 자본의 규모도 그들과 비슷하다. 우주 과학 관련 미션들은 우리에게 이미 상당히 친숙한 로제타(Rosetta) 미션이나 가이아(Gaia) 미션 등으로 이루어진 Horizon 2000 및 Horizon 2000+ 프로그램들로 이루어졌다. 위 미션들은 조금 더 거대한 규모의 코스믹 비전 (Cosmic Vision) 프로그램들로 계승되어 현재 운영되고 있다.

로제타 미션의 67p 츄르모프 게라시멘코 혜성 착륙 상상도 ©Rosetta/ESA

한편 우주 과학 관련 미션들에 포함되진 않았지만, 개별적으로 운영되고 있는 비프로그램 미션들도 존재한다. 비프로그램 미션들은 주로 전 세계 여러 항공 우주국들과 협력하여 운영 중인데 1975년 감마선 관측선 COS-B를 시작 (유럽 우주국의 전신인 European Space Research Organization에서 운영)으로 2021년 시작할 예정인 제임스웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope) 등이 이에 해당한다.

유럽 우주국의 지구 관측 프로그램들

그렇다면 우리 지구에 관한 프로그램들은 없을까? 유럽 우주국은 1977년 첫 번째 Meteosat 기상 위성을 발사한 이래로 지구 관측에도 노력을 기울여 왔다. 첫 번째 지구 관측 임무의 성공은 이후 ERS-1, ERS-2 그리고 Envisat등으로 대표되는 후속 시리즈의 연이은 성공을 가져다 주었다. 이를 통해서 우리는 지구의 물리학적 관측은 물론이고 지구의 기후 및 변화하는 지구 환경에 관한 풍부한 데이터들을 얻을 수 있었다.

하지만 천문학자들과 지구 과학자들은 지구의 환경 변화 맥락에서 지구를 이해하려면 지구에 대해 더 세부적으로 알아야 한다고 생각했고 이는 변화하는 앞으로의 기후 변화가 야기시킬 수 있는 영향에 관해서 예측하는 데에 도움을 줄 것이라고 여겼다. 이를 통해서 앞으로 수십 년 혹은 수백 년 동안 인류가 새로 직면하게 될 지구 환경적 문제에 관해서 해결 할 수 있을 것이기 때문이다. 이러한 예측을 가능하게 하려면 정확한 위성 데이터가 필수이며, 이러한 요구에 부응하기 위해서 유럽 우주국은 지구 관측에 초점을 맞추며 앞선 미션들의 축소판 형태인 Living Planet Programme(이하 LPP) 이라고 불리는 지구과학 프로그램들을 운영 중이다.

LPP는 유럽 우주국의 지구 관측 관리국에서 총감독하에 운영 중이며 크게 지구 연구과 관측에 초점을 둔 지구 탐험가 (Earth Explorers) 위성 미션(Satellite missions)과 수치 일기 예보와 숲과 같은 지구 자원의 운용에 초점을 둔 지구 관측 (Earth Watch) 위성 미션들로 구성되어 있다.

이중 지구 탐험가 미션은 주로 최근 들어 대두가 되는 주요 과학적 과제를 해결하기 위한 목적으로 시작된다. 따라서 미션의 결과가 사용자들에게 더 효율적으로 이용되어야 하며, 개별적으로 필요한 정확한 데이터를 제공하기 위한 목적을 띄고 있다. 이를 위해서 유럽 우주국은 대부분의 미션들이 소규모임에도 불구하고 활발한 국제적 협력도 마다하지 않고 있다.

지구 탐험가 (Earth Explorers) 미션과 지구 관측 (Earth Watch) 미션은 다시 핵심 미션들(Core missions)과 기회 미션들 (Opportunity missions)로 나뉜다. 2021년 현재 9개의 미션이 최종 선택되었고 한 개의 미션은 이미 종료되었으며 각각 4개의 미션들이 운영 중이며 발사 예정에 있다.

현재 수행중인 지구 관측 프로그램들

현재까지 총 9개의 미션이 승인되었는데 첫 번째 Earth Explorer 미션만이 유일하게 완료가 되었고 4개의 미션들은 현재 수행 중이며 4개의 미션들은 가까운 미래에 발사될 예정이다.

핵심 미션들 (Core missions)을 구성하는 첫 번째 미션 (Earth Explorer 1)은 지구 중력장 탐사 위성(Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer)이며 2009년 3월 발사된 위성이다. 이 위성은 고감도 중력 경도 측정키(gradiometer)를 탑재하여 화제가 된 바 있으며 지구의 지각과 해양의 밀도 차이를 미세하게 감지해 내며 탐사하였다.

첫번째 지구 관측 프로그램인 지구중력장 탐사위성의 상상도 © Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer/ESA

두 번째 핵심 미션(Earth Explorer 5)은 Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission Aeolus) 라고 불리는데 이는 지구 표면에서 30km 높이의 성층권 안의 바람을 관찰할 수 있는 최초의 위성이다. 이는 일기 예보의 개선을 위한 기상 미션이며 2018년 발사되었다. 세 번째 핵심 미션 (Earth Explorer 6)은 EarthCARE라고 명명되었으며 2023년 3월 출시 예정이다. 일본 우주 항공국(JAXA)과의 합동 기상 미션이다. 지구 표면에서 반사 및 방출된 방사선의 정확한 측정과 함께 구름과 에어로졸의 특징 파악을 목표로 하는 미션이다.

세 번째 핵심 미션 (Earth Explorer 7)은 생태학 연구를 위한 미션인데 탄소의 순환 및 산림 생태학을 연구하기 위하여 전 세계의 숲을 관측하는 위성이다. Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE) 라고 명명되었으며 2022년 10월 발사 예정이다.

EarthCARE의 상상도©EarthCARE/ESA

네 번째 핵심 미션(Earth Explorer 9)은 원적외선 방출 방사를 측정하며 이해함을 목표로 하는 Far-infrared Outgoing Radiation Understanding and Monitoring이며 2026년 발사 예정이다. 위 미션을 통해서 우리는 지구 표면 온도 조절에 관해서 한층 더 깊은 이해를 할 수 있으리라 기대된다.

첫 번째 기회 미션 (Earth Explorer 2)으로 역시 기후학 미션이 선택되었는데 지구의 물순환 및 기후 연구에 중점을 두고 있다. Soil Moisture and Ocean Salinity는 2009년 운영을 시작했다.

두 번째 기회 미션 (Earth Explorer 3)은 CryoSat-2라고 불리며 지구의 극지방 만년설 연구와 빙하에 관한 임무에 초점을 두고 있다. CryoSat-2라고 명명된 이유는 CryoSat가 2005년 실패했기 때문이다. 위 임무는 2010년 성공적으로 발사되어 현재 임무를 수행 중이다.

지구의 극지방과 빙하에 관한 연구를 수행중인 CryoSat-2의 상상도 ©CryoSat-2/ESA

CryoSat-2미션의 남극 3D매핑 결과 ©CryoSat-2/ESA

세 번째 기회 미션 (Earth Explorer 4)인 Swarm은 지구의 자기장을 연구하기 위한 3개의 우주선으로 구성되어 있으며 2013년부터 임무를 수행 중이다.

마지막 기회 미션인 (Earth Explorer 8)은 지상 식물의 엽록소 형광량 측정을 목표로 하는 FLuorescence EXplorer 미션이 선정되었으며 2024년 임무 수행을 계획 중이다.

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