'미세먼지 파수꾼' 천리안2B호, 韓 대기오염 정밀측정 어떻게?

천리안2B호/사진=항우연

‘미세먼지 파수꾼’이라 불리는 천리안 2B호(이하 2B호)는 우리나라, 일본, 중국을 비롯해 동아시아지역 대기에 어떤 오염물질이 있는지, 그 대기오염물질은 어디에서 발생해 어디로 이동하고, 그 양은 얼마나 되는지 감시하는 역할을 한다. 그런데 2B호는 지구 대기권(약 1,000km) 밖 3만6000km 상공에 있으면서 어떻게 미세먼지를 관찰할까.
기존 환경관측위성과 다른 점대부분의 환경관측위성은 고도 700~1000km 저궤도 위성이다. 지상이나 항공기를 이용한 대기관측보다는 정확하지만 100분 정도의 짧은 주기로 지구를 돌기 때문에 연속적 감시엔 한계가 있다.

정지궤도에 위치한 2B호는 고도 3만 6000km에서 지구 자전과 같은 속도로 회전하므로 마치 고정된 것처럼 보인다. 이 위치에서 지구의 절반 정도를 항상 관찰한다. 한반도는 물론 주변국에서 유입되는 대기오염 물질의 흐름을 한눈에 파악할 수 있다.


이런 이유로 미국과 유럽도 정지궤도 환경관측위성 개발에 박차를 가하고 있다. 미국 항공우주국(NASA)은 북아메리카 기후·대기환경 관측용 정지궤도 환경위성 ‘템포’(TEMPO), 유럽우주기구(ESA)는 유럽과 북아프리카 지역을 감시하는 ‘센티널-4’(Sentinel-4) 개발을 진행 중이다. 한국항공우주연구원 관계자는 “2B호는 템포, 센티널-4 보다 2~3년 앞서 발사되는 것”이라며 “향후 이들 위성과 3대 환경 위성으로 대기환경 연구를 이끌 것”이라고 말했다.

어떤 원리로 미세먼지 추적하나우주에서의 환경 관측은 다른 분야의 위성처럼 원격탐사 기술을 이용한다. 관측 대상과 직접 접촉하지 않고 원거리에서 정보를 획득한다. 위성이 감지하는 신호는 주로 목표물에서 반사·방출하는 복사에너지다. 서로 다른 물리적·화학적 특성을 지닌 대상은 파장별로 다른 에너지를 흡수·방출한다. 특정 파장의 복사에너지를 흡수하는 기체의 특성을 이용해 대기 중의 오염 기체량을 산출할 수 있다.

2B호에 실린 환경 탑재체(GEMS) 역시 ‘빛의 원리’를 이용해 우주에서 미세먼지를 측정한다. 위성의 망원경으로 관측지역에서 나오는 빛을 모으고 초분광기라는 기기를 이용해 빛을 1000개 이상의 파장으로 잘게 쪼갠다. 이때 대기 중에 미세먼지나 대기오염물질이 있으면 이 물질과 반응하는 빛 파장이 어둡게 나타난다. 이를 분석하면 어느 지역에 어느 정도 양의 미세먼지가 있고 또 미세먼지에 어떤 성분이 포함돼 있는지 알 수 있다. 이를테면 태양 빛이 지구 표면에 반사돼 위성까지 돌아오는 과정에서 대기 중에 나트륨 성분이 있으면 나트륨과 반응하는 노란색 파장의 빛이 어둡게 나오는 식이다. GEMS의 공간 해상도는 7km이다. 이는 지상 7km 간격으로 대기관측소를 세운 것과 같다.

항우연 관계자는 “2B호는 미세먼지를 생성하는 이산화질소, 이산화황과 에어로졸, 오존, 포름 알데히드 등 20여 가지 대기오염물질을 실시간 감시할 수 있다”고 설명했다.


한편, 2B호는 미세먼지 뿐만 아니라 바다를 관찰·감시하는 능력도 있다. 2B호에 탑재된 해양탑재체는 광학 망원경에 12가지 색깔의 필터를 끼워 촬영한 뒤 이를 합성해 깊이와 해류 등에 따라 다양한 색으로 바다를 표현할 수 있다. 이를 이용하면 적조나 녹조를 비롯해 갑자기 어업에 피해를 줄 수 있는 냉수대, 물고기 떼가 어떤 방향으로 움직이는지 알 수 있다. 또 유류 오염과 같은 해양 재해에 조기 대응도 가능하다.