독일 연구진, 우주쓰레기 지구 재진입 현상 관측과학자들이 사상 처음으로 지구 대기권에서 우주 쓰레기가 타면서 생성되는 대기 오염 물질을 실시간으로 관측하는 데 성공했다고 스페이스닷컴 등 외신들이 일(현지시간) 보도했다.
해당 연구 결과는 이날 네이처 자매지 ‘커뮤니케이션즈 어스 앤 인베스트먼트’에 실렸다.
년 2월 일 독일 베를린 상공에서 스페이스X 팰컨 9 상단부가 대기권으로 재진입하는 모습 (사진=Gerd Baumgarten)
이번 연구는 대기권 재진입 과정에서 발생하는 유독성 물질이 대기 중에서 어떤 화학 반응을 일으키는지 규명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 연구진은 이러한 오염 물질이 지구 대기와 기후에 잠재적으로 심각한 영향을 미칠 수 있다고 지적했다.
독일 연구진, 작년 2월 스페이스X 로켓 재진입 관찰
연구의 계기는 년 2월 일 스페이스X의 팰컨9 로켓 상단부가 유럽 상공으로 재진입한 사건이다. 당시 로켓 잔해는 폴란드 전역에서 발견됐다. 독일 라이프니츠 대기물리학 연구소 연구팀은 빛의 주파수에 따라 특정 화학 원소를 감지할 수 있는 레이저 펄스 레이더(LIDAR)를 활용해 해당 현상을 관측했다.
논문 공동저자인 로빈 윙 라이프니츠 대기물리학 연구소 연구원은 “데이터 분석 결과, 특정 고도와 시간대에서 리튬 밀도가 배 증가한 강력한 신호를 확인했다”며 “로켓의 대부분은 아일랜드 해안 상공 약 ㎞ 고도에서 증발한 것으로 보인다”고 설명했다.
년 2월 일 독일 잉거슬레벤 상공에서 스페이스X 팰컨 9 로켓 잔해가 불타오르고 있는 모습 (이미지=Bennett Theile)
연구진에 따르면 이후 형성된 오염 물질 기둥은 바람을 타고 서유럽을 가로질러 독일까지 이동하는 데 약 시간이 걸렸다. 반면 잔해 조각은 아일랜드에서 폴란드 서부까지 약 ㎞를 2분 초 만에 횡단한 것으로 분석됐다.
연구팀은 해당 연기가 실제로 팰컨9 로켓 재진입에서 비롯된 것인지 확인하기 위해 유럽중기기상예보센터(ECMWF)의 지구 대기순환 모델을 활용해 역산 분석을 실시했다. 그 결과, 오염 물질 기둥의 위치와 시점이 로켓 재진입 잔해 궤적과 정확히 일치하는 것으로 나타났다.
연구진은 특히 대기 중에 극미량으로 존재하는 리튬에 주목했다. 윙 연구원은 “리튬은 인공위성 재진입을 추적하는 데 유용한 지표가 될 수 있다”며 “자연 운석에 포함된 리튬은 전 세계적으로 하루 약 80g 수준으로 추정되지만, 팰컨9 로켓 한 기에는 알루미늄-리튬 합금 동체와 리튬 배터리 등을 포함해 약 ㎏의 리튬이 사용된다”고 밝혔다.
우주쓰레기, 대기 오염 가능성 ↑
최근 몇 년간 우주 쓰레기의 대기권 재진입은 점차 심각한 문제로 부상하고 있다. 지난 년 사이 궤도에 배치된 인공위성이 급증하면서 지구 대기권으로 유입되는 우주 쓰레기 역시 크게 늘었다. 유럽우주국(ESA)은 노후 인공위성, 사용이 끝난 로켓 추진체, 각종 파편 등 우주 쓰레기가 하루 평균 3개 이상 지구로 재진입하는 것으로 추산하고 있다.
지구를 둘러싼 우주쓰레기를 상상한 모습 (사진=ESA)
매년 수백 톤에 달하는 우주 쓰레기가 대기권에서 연소되면서 자연적으로 존재하지 않는 화학 물질이 방출된다. 그 양은 자연 운석에 비하면 적지만, 인공 물질이 연소되며 생성되는 오염 물질은 오존층을 손상시키고 대기의 열 균형을 교란할 가능성이 있다는 점에서 우려가 제기된다.
특히 알루미늄은 재진입 과정에서 산소와 반응해 산화알루미늄 또는 알루미나를 형성하는데, 이는 오존층 파괴를 가속화하고 대기 반사율을 변화시켜 지구 온도에 영향을 미칠 수 있는 물질로 알려져 있다. 다만 리튬이 대기 화학 과정에 미치는 영향에 대해서는 아직 연구가 충분히 이뤄지지 않았다고 연구진은 설명했다.
앞서 년 고고도 항공기 관측을 기반으로 한 연구에서는 지구 성층권 에어로졸 입자의 약 %가 소각된 위성에서 기원한 금속 입자를 포함하고 있다는 사실이 확인된 바 있다. 이번 연구는 특정 재진입 사건과 가시적인 대기 오염 물질 기둥을 직접적으로 연결 지은 첫 사례라는 점에서 의미가 크다.
윙 연구원은 “이번 연구를 통해 우주 쓰레기에서 발생한 오염 물질이 대기권 재진입 과정에서 어떻게 이동하는지를 직접 추적•관측할 수 있음을 처음으로 입증했다”며 “관측과 계산 양 측면에서 모두 획기적인 성과”라고 평가했다.
라이프니츠 연구팀은 현재 여러 금속 화합물을 동시에 측정할 수 있는 새로운 라이다 장비를 개발한 상태다. 이를 통해 향후 추가 관측을 이어갈 계획이다.