지구를 바라보는 우주의 눈
우주로 향하는 문을 연 인공위성에 대해 알아봅니다.
지구를 바라보는 우주의 눈
1957년 10월 4일, 세계 최초의 인공위성이 발사되었습니다. 당시 소련에서 쏘아올린 스푸트니크 1호는 직경 58cm, 무게 약 84kg의 농구공 모양에 4개의 안테나를 달고 있는 작은 물체였지만, 인류가 우주로 향하는 문을 연 것이었습니다. 이 소식에 충격을 받은 미국은 심기일전하여 1958년 미국항공우주국(NASA)를 만들고, 1969년 7월 20일 인류 최초로 달에 착륙하는 계기가 되었습니다. 우주로 향하는 문을 연 인공위성에 대해 알아봅니다.
우주에서 본 지구의 모습 / By. clipartkorea
우리가 볼 수 있는 천체
해가 지고 하늘이 깜깜해지면 반짝반짝 별들이 하나둘씩 떠오릅니다. 지구가 자전을 하기 때문에 모든 천체는 동쪽에서 뜨고 서쪽으로 지는 것처럼 보입니다. 밤하늘에서 볼 수 있는 천체는 항성, 행성, 위성, 혜성 등입니다. 항성(恒星)은 별자리를 구성하는 별로 별들과의 상대적인 위치가 변하지 않고 항상 그 위치에 있습니다. 恒은 ‘항상’이라는 뜻입니다. 그래서 ‘붙박이별’이라고도 합니다. 태양도 항성입니다. 큰곰자리에서 볼 수 있는 국자 모양의 북두칠성은 항상 같은 모양을 하고 있습니다. 이것은 항성들로 이루어져 있기 때문입니다.
행성(行星)은 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성처럼 태양(항성) 주위에서 정해진 궤도를 그리며 도는 천체입니다. 스스로 빛을 내지 못하며 태양의 빛을 반사합니다. 行은 ‘다닌다’는 뜻입니다. 위치가 항상 정해져 있는 항성과 달리 매일 조금씩 위치가 바뀌기 때문에 ‘떠돌이별’이라고도 합니다. 행성을 일본에서는 혹성(惑星)이라고 하는데, 惑은 ‘미혹할 혹’으로 갈팡질팡 하는 모습을 나타내는 뜻입니다. 태양 주위를 떠돌아다니는 모습에서 혹성이라고 한 것이지요.
위성(衛星)은 행성 주위에서 정해진 궤도를 그리면 도는 천체입니다. 衛는‘지키다 또는 호위하다’라는 뜻으로 행성 주위에서 호위하듯 돌기 때문에 붙여진 이름입니다. 수성과 금성에는 위성이 없고, 지구에는 1개의 위성이 있습니다. 그것이 바로 달입니다. 화성에는 2개의 위성이 있고, 목성에는 지금까지 발견된 것 만해도 79개이고 계속 늘어날 것입니다. 토성도 확인된 것만 60여 개, 천왕성 27개, 해왕성 14개 등의 위성을 거느리고 있습니다.
혜성(彗星)은 긴 꼬리를 가지고 어떤 천체를 중심으로 정해진 궤도를 그리며 도는 천체로 彗는‘살별 또는 꼬리별’이라는 뜻인데 말 그대로 꼬리가 있는 천체를 가리킵니다. 꼬리별 또는 미성(尾星)이라고도 합니다. 핼리혜성은 약 76년마다 지구 가까이 오는 혜성으로 유명합니다.
위성과 인공위성
위성은 행성 주위를 도는 천체라고 했습니다. 지구의 경우 달처럼 말이지요. 달은 지구 주위를 한 달에 한 바퀴씩 공전합니다. 그런데 지구와 달은 서로 중력이 작용하는데 왜 달은 지구 쪽으로 떨어지지 않을까요? 사과는 중력 때문에 땅에 떨어지는데 말이지요. 이 문제는 만유인력의 법칙을 발견한 뉴턴이 먼저 제기했던 문제입니다. 뉴턴은 사고 실험을 하기 시작했습니다.
태양과 태양계의 행성들. 태양은 지구와 가장 가까운 행성이에요.(위키백과) ⓒ Public domain (Wikimedia commons)
사고 실험은 실제로 실험 도구를 가지고 하는 것이 아니고 머릿속으로 생각하는 실험입니다. 여러분도 따라해 보세요.
높은 산꼭대기에 올라가 사과를 힘껏 던집니다. 던져진 사과는 포물선을 그리며 날아가다가 땅에 떨어질 것입니다. 이번에는 팔 힘이 더 좋은 사람이 던집니다. 그러면 아까보다는 더 멀리 날아가겠지만 땅에 떨어지고 말 것입니다. 이번에는 성능이 아주 좋은 대포로 사과를 쏩니다. 그러면 사과는 지구 반대편까지 날아가서 떨어질 수도 있습니다. 자, 이번에는 더 강력한 대포로 쏜다면 지구를 한 바퀴 돌아 제 자리로 올 것입니다. 사과는 포물선 운동을 하는 것이 아니라 원 운동을 하게 됩니다. 이것이 뉴턴이 한 사고 실험입니다. 달이 떨어지지 않는 이유는 이 원리와 같은 것입니다. 달은 지구 중심을 향해 계속 떨어지지만 달의 공전 궤도 방향으로 어떤 속도로 운동하고 있기 때문에 지구와 가까워지지 않는 것입니다. 달이 궤도 방향으로 더 빠르게 운동한다면 우주 밖으로 날아갈 것입니다.
세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호.(위키백과) ⓒ Public domain (Wikimedia commons)인공위성은 지구의 위성인 달처럼 지구로부터 떨어진 어느 궤도에서 지구를 중심으로 도는 인공물입니다. 인공위성을 대기권 밖의 어느 궤도에 올려놓기 위해서는 지구 대기권을 벗어날 수 있을 만한 속도를 낼 수 있는 대포가 필요한데 그것이 바로 로켓입니다. 흔히 발사체라고 합니다. 세계 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호를 쏘아올린 로켓은 소련의 R-7인데 발사 당시에는 A로켓이라고 불렀습니다. 인공위성을 만드는 것도 중요하지만, 인공위성이 그 역할을 하기 위해서는 원하는 궤도에 쏘아 올리기 위한 로켓도 중요합니다. 제2차 세계 대전이 끝난 뒤 선진국들은 앞을 다투어 로켓 개발에 매진했는데, 이것은 대륙간탄도 미사일 등 무기 개발과도 직결되는 문제이기 때문이었습니다. 이로 인해 인공위성의 개발도 큰 진전을 이루게 된 것이지요.
인공위성의 종류와 역할
인공위성은 용도에 따라, 크기에 따라, 궤도의 위치에 따라 여러 가지로 나눌 수 있습니다. 먼저 용도에 따라 분류하면 크게 군사위성과 민간위성이 있습니다.
군사위성은 정찰위성, 항법위성, 통신위성 등으로 나누어집니다. 말 그대로 군사적인 목적을 위해 쏘아 올리는 위성입니다. 위성에 장착된 카메라로 목표 지점의 상공에서 사진을 찍어 지상으로 송신하는 것이지요. 항법위성은 위성을 이용해 지상에서의 위치를 파악하는 것입니다. GPS(Global Positioning System)가 바로 이런 항법위성이 있기 때문에 가능한 것입니다. 통신위성은 위성을 이용해 서로 다른 지점에서 통신을 하기 위한 것입니다. 이것은 군사적인 목적뿐만 아니라 민간에서 사용하기 때문에 민간위성이기도 합니다. 우리가 흔히 위성방송 또는 위성중계라고 할 때 이용하는 위성이라고 보면 됩니다.
민간위성은 군사적 목적보다는 지구의 표면이나 대기를 관측하거나 해양 감시, 환경오염 파악, 농작물 현황 파악, 과학 연구 목적 등에 쓰이는 위성입니다. 민간위성은 크게 지구관측위성, 기상위성, 통신위성, 과학위성 등이 있습니다. 인류 최초의 인공위성 스푸트니크 1호는 민간위성 중에서도 과학위성에 가깝다고 할 수 있습니다.
스푸트니크 1호는 96분에 지구를 한 바퀴씩 돌면서 삐- 삐- 소리 신호를 보내는 위성이었는데, 이 신호를 이용해 전리층을 관측하기도 했습니다. 스푸트니크 1호는 발사 후 57일 만에 대기권에 돌입하면서 불타 없어졌습니다.
크기에 따른 인공위성의 분류는 질량을 기준으로 대형위성(1000kg 이상), 중형위성(500~1000kg), 소형위성(100~500kg), 마이크로위성(10~100kg), 나노위성(10kg 이하)로 나눕니다. 1kg 이하나 0.1kg 이하인 피코위성과 펨토위성도 있지만 보통 나노, 피코, 펨토 위성은 초소형위성이라고 합니다. 스푸트니크 1호는 크기로 보면 마이크로위성인 셈입니다.
궤도의 위치에 따라서는 저궤도, 중궤도, 지구동기궤도, 고궤도로 나눌 수 있습니다. 저궤도위성은 지구의 해수면 기준으로 대략 160~2000km 높이의 궤도에 있으며 주로 정찰위성이나 지구관측위성 등이 저궤도위성에 속합니다. 사진의 해상도가 높아야 하기 때문에 낮은 궤도에 있는 것이 유리합니다.
중궤도위성은 2,000~35,786km 사이의 위치에 있으며 GPS 위성 등이 이 궤도를 이용합니다. 근데 왜 하필 35,786km일까요? 이 높이의 궤도에 있는 인공위성은 지구의 자전 속도 동일하게 움직입니다. 그래서 지구에서 보면 정지해 있는 것처럼 보입니다. 이 궤도를 지구동기궤도 또는 정지궤도라고 합니다.
CC BY-SA 3.0 (Wikimedia commons) 같은 지구동기궤도를 도는 2기의 인공위성의 모형.(위키백과) by Lookang, CC BY-SA 3.0 우리나라의 인공위성
우리나라 최초의 인공위성은 많이 들어보았을 텐데요, 우리별 1호입니다. 1992년 8월 11일, 유럽우주기구가 만든 ‘아리안 로켓’에 실려 남아메리카 프랑스령 기아나의 기아나우주센터에서 발사되었습니다. 무게 약 49kg, 크기 35.2×35.6×67cm로 마이크로위성이며 과학위성입니다. 하지만 이를 시작으로 우리나라는 우주개발 프로젝트에 의해 2013년 1월 나로호가 성공작으로 발사되어 세계에서 11번째로 자국 기술로 우주발사체를 보유한 나라가 되었습니다.
우리나라 최초의 인공위성인 우리별 1호 (위키백과) by KARI, KOGL Type 1현재 우리나라가 운용하고 있는 위성은 2017년 5월 5일 발사한 통신위성을 포함하여 총 6대입니다.(무궁화 5호, 무궁화 5A호, 무궁화 7호, 아리랑 3A호, 아리랑 5호, 올레 1호(무궁화 6호) 계속해서 천리안 2A호와 아리랑 6~7호를 개발 중입니다.
인류 최초의 인공위성을 쏘아 올린 지 60년이 지난 지금, 지구의 궤도에는 여러 나라에 쏘아 올린 인공위성으로 가득합니다. 수많은 인공위성들이 한시도 쉬지 않고 지구 곳곳을 바라보고 있습니다. 관측과 감시가 다른 의미인 것처럼 이런 수많은 눈들은 인류의 평화를 위해 작동했으면 하는 바람입니다.
<참고 자료>
한국항공우주연구원, http://www.kari.re.kr
나무위키, 인공위성
위키백과, 스푸트니크1호/ 우리별 1호/ 대한민국의 우주 개발
