바다는 넓고 깊습니다. 지구 표면적의 4분의 3 정도가 바다이고 지구상 물의 96%가 바다에 있다고 합니다. 바다가 우리 생활에 많은 영향을 미칠 수 있다는 뜻입니다. 무엇인가를 이해하기 위해서는 가까이에서 직접 경험하거나 시간을 두고 찬찬히 살펴봐야 합니다. 해양탐사를 위해서는 배를 타고 나와 현장에서 직접 조사하거나 비행기나 인공위성처럼 먼 거리에서 넓고 큰 바다를 한눈에 관측하는 원격탐사를 하는 것이 가장 좋은 방법입니다. 보다 정밀한 원격탐사를 위해 우리 정부는 2020년 2월 19일 남미 가이아나(프랑스령)에서 해양관측위성 천리안 2B호를 발사하여 현재 정지궤도인 35,857km에 진입하고 있습니다.
▲ 천리안 위성 2B호 싣고 발사되는 아리안 5ECA 발사체, 사진 한국항공우주연구원
▲ 천리안 위성 2B호 싣고 발사되는 아리안 5ECA 발사체, 사진 한국항공우주연구원
▲ 천리안 위성 2B호 비행 상상도 해색 위성이란?
바다 색깔을 떠올리면 파란색이 떠오르지만 실제 바다 색깔은 그 구성 성분의 종류나 농도에 따라 매우 다양하게 변화합니다. 예를 들어 바다에 식물성 플랑크톤이 많아질수록 파란색에서 청록색 혹은 녹색으로 그 색이 바뀌고 육지나 저층에서 부상한 무기 입자가 많아질수록 노란색 혹은 회색으로 바뀝니다. 이렇게 바다의 색깔을 분석하는 것을 해색원격탐사라고 합니다.우주의 위성에서 태양빛에 반사된 바다 색깔을 분석하여 바닷물 속 식물성 플랑크톤 농도, 탁한 정도, 해양 수질이나 적조·녹조 농도 등을 모니터링할 수 있는 위성을 해색위성이라고 합니다.
▲ 해색위성 식물성 플랑크톤 분석 영상 예 정지궤도위성의 장점은?
전술한 천리안 위성 2B호는 정지궤도 위성입니다. 정지궤도 위성은 적도 상의 35,857km 고도에서 지구의 자전 속도와 같은 속도로 지구를 따라 공전합니다. 한 점에서 계속 지구를 따라 돌고 있기 때문에 지구에서 보면 정지된 것처럼 보입니다. 정지궤도 위성은 지구 전체를 관측할 수 없지만 특정 지역의 변화 양상을 지속적으로 관측할 수 있습니다.지금까지 해외 해양 위성은 모두 극궤도 위성이었습니다. 극궤도위성이란 약 700km 고도에서 남극과 북극을 하루 수 차례 통과해 전 지구를 관측하는 위성으로 동일 지역은 하루 1회 이하로만 관측할 수 있습니다. 짧은 시간에 바다에서 일어나는 변화를 연속적으로 관측하기 위해서는 정지궤도 위성이 필요하지만 극궤도 위성보다 50배 먼 거리에서 지구를 관측하면서 충분한 해상도를 갖춘 해양탑재체 장착 위성 제작에는 고도의 기술이 필요합니다. 세계 최초 정지궤도 해색위성 천리안위성 1호한반도 주변 해양은 매우 다양하고 강한 조석 현상으로 급변하므로 기존의 극궤도 위성에서는 대응하기는 어렵습니다. 한국 해양 과학 기술원의 전신인 한국 해양 연구원에서는 새로운 촬영 방식으로 정지 궤도 위성 개발 비용을 낮추는 방법을 기획·제안했습니다. 이를 토대로 2010년 6월 한국 해양 연구원과 항공 우주 연구원이 함께 협력하고 해양 탑재체 GOCI을 장착한 세계 최초의 정지 궤도 바다 빛깔 위성인 천리안 위성 1호를 발사했으며 이 10년간 성공적으로 운영하고 왔습니다. 천리안 위성 1호는 한반도 상공의 정지 궤도에서 오전 9시부터 오후 4시까지 1시간 간격으로 하루 8회, 한반도를 포함한 동북아 해역을 촬영했습니다. 이로써 한반도 주변 해역 및 조석 현상에 의해서 해양이 어떻게 변화하는가에 적조의 이동 방향이나 표층 농도가 시시각각으로 어떻게 변화할지 등 하루의 바다의 변화에 대한 실시간 관측 정보의 모니터링에 성공했어요.천리안 위성 1호의 임무 수행 기간은 7년으로 예정되었으나, 기간이 늘어나면서 2021년까지 임무를 수행할 계획입니다. 천리안 위성 2B호는 어떤 면이 다를까요?천리안위성 2B호 해양탑재체 GOCI-Ⅱ는 해양수산부 지원으로 한국해양과학기술원이 기획하고 항공우주연구원이 제작한 해색위성입니다. 천리안위성 2B호는 1호와 마찬가지로 실시간으로 한반도 주변 해역의 적조·녹조를 감시하고 중국으로부터 오염물의 이동과 수질을 감시하며 해양재해 대응, 과학적 어장환경 분석 등을 수행하게 됩니다. 기후변화로 인한 이산화탄소 순환, 해양생태계 변동 등 지구환경적 규모에 대해 연구할 수 있는 자료도 얻을 수 있습니다. 천리안 1호보다 공간해상도, 관측영역·분석정확도 등 획기적으로 성능이 개선됐고, 사용하는 밴드인 관측파장대가 8파장에서 12파장에 1개 와이드밴드까지 더해 기존보다 더 높은 정확도로 바다의 변화를 살펴볼 수 있게 됐습니다.▲ 천리안 위성 2B호가 12슬롯에 나누어 촬영하는 한반도 관측 영역, 천리안 위성 2B호의 위성 관측 영역의 공간 해상도도 또 기존의 화소별 500미터에서 250미터와 정확도가 4배나 향상되고 1호에서 잘 보지 못한 영역을 볼 수 있는 것으로 기대됩니다. 관측 영역 또한 한반도 주변 동북아 해역에서 동남 아시아 해역, 오스트레일리아 북부, 태평양과 인도양의 일부인 전 지구의 3분의 1까지 확장 관측할 수 있게 되었습니다. 한반도 주변의 관측 횟수도 종전의 하루 8회에서 10회로 증가했습니다. 천리안 위성 2B호에 해양 탑재체처럼 실린 환경부 환경 탑재체, 거의 인접한 위치에서 기상을 관측하는 천리안 위성 2A호가 동시에 지구를 바라보고 있으므로 서로 다른 3개의 위성 자료를 융합할 경우 활용 가치가 더욱 높아질 것으로 기대됩니다. 미래 세대를 위해서 해양 위성 자료를 축적합니다.온실 가스 배출로 인한 해수면 온도는 장기적으로 높아지고 있습니다. 이에 따른 잦은 이상 해양 현황의 발생과 해양 생태계의 변화 등으로 바다는 피폐하고 있습니다. 한반도 부근 바다는 기후 변화에 민감하게 반응하며 홍수 유타카, 저 염수 등 이상 해양 현황이 많이 나타나고 있지만 아직 정규 관측 자료가 부족하고 기후 변화에 따른 해양 생태계의 반응이 어느 정도인지 이해하기 힘든 상태입니다. 이 10년간 천리안 위성 1호에서 주변국의 산업화와 함께 녹조, 갈조(겐 센이 모자 팀), PM2.5등 인위적인 활동에 의한 한국 바다의 단기 변화는 자주 포착된 바 있습니다. 천리안 위성 2B호를 통해서는 단기적인 해양 관측과 함께 천리안 위성 1호에서 쌓은 10년간의 데이터와 2B호에서 얻은 이후 10년의 데이터를 함께 20년 정도의 한반도 특화 해양 위성 데이터를 구축할 계획입니다. 이로써 한반도의 기후 변화 장기 변화성에 초점을 맞힌 연구가 이루어질 것으로 기대됩니다.▲ 천리안 위성 1호가 찍은 2020년 2월 24일 한국의 바다의 사진, 장기적으로 연속적인 해양 위성 자료를 구축하기 위해서는 선박에 타고 한국 바다로 나가탁도, 해양 생산성 등 광학적 특성이 다른 해역의 빛 측정 자료와 클로로필 농도의 현장 관측이 필수입니다. 이로써 천리안 위성의 관측 자료의 품질을 검증하고 천리안 위성 2B호에서 얻어진 데이터를 해석하는 알고리즘을 계속적으로 개선하고 위성 자료의 신뢰도를 높이고 갈 예정입니다. 천리안 위성 2B호가 생산한 자료를 사용하는 사람이 많아질수록 세계적으로 해양 과학 기술도 발전하는 것으로 기대됩니다. 천리안 위성 1호와 2B호에서 얻은 자료를 토대로 진행되는 기후 변화 관련 해양 생산성, 탄소 순환, 장기 변화성에 대한 연구는 미래 세대를 위한 해양 수산 정책을 수립하는 데 소중한 자료가 될 거예요. 해양 위성 강국으로 도약합니다.천리안 위성 1호, 2B호는 국제해 양학계에서 대한민국이 과학 선진국과 어깨를 나란히 할 수 있는 해양 수산부의 중요한 자산입니다. 미국 항공 우주국(NASA)등 세계 유수의 위성 센터도 아직 보유하지 못하고 있는 세계 첫 정지 궤도 바다 빛깔 위성을 보유하고 해양 원격 탐사 활용 기술 노하우를 축적하고 이 위성에서 얻은 자료를 공유하고 국제 협력 네트워크를 구축하고 왔습니다. 한국을 비롯한 중국 미국 유럽 등 전 세계의 과학자들이 국제해 양학회에서 천리안 위성 1호를 이용한 원격 탐사 연구를 발표했고 200편 이상 관련 국제 논문을 출간했습니다. 또 이번도 천리안 위성 2B호를 발사, 선진 기관과 공동 관측 등을 지속적으로 협조했고, 관측 영역 내에 있는 위성 비보유국의 활용 기술 개발 지원을 협의하고 왔습니다. 천리안 위성 2B호가 정지 궤도에 무사히 정착하고 해양 관측 임무를 안정적으로 수행함으로써 우리의 바다에 대해서 더 잘 이해하고 해양 위성 강국으로 한 단계 도약하기를 기대합니다. 한국 해양 과학 기술원의 이·승주 박사.천리안 위성 1호, 2B호는 국제 해양학계에서 대한민국이 과학 선진국과 어깨를 나란히 할 수 있는 해양수산부의 중요한 자산입니다. 미국항공우주국(NASA) 등 세계 유수 위성센터들도 아직 보유하지 않은 세계 최초 정지궤도 해색위성을 보유해 해양 원격탐사 활용 기술 노하우를 축적하고 이 위성에서 얻은 자료를 공유하며 국제협력 네트워크를 구축해 왔습니다. 한국을 비롯해 중국, 미국, 유럽 등 전 세계 과학자들이 국제해양학회에서 천리안 위성 1호를 이용한 원격 탐사 연구를 발표해 왔으며 200편 이상의 관련 국제 논문을 출판해 왔습니다. 또한, 이번에도 천리안 위성 2B호를 발사하여 선진 기관과 공동 관측 등에 대해 지속적으로 협력해 왔으며 관측 영역 내 위성 비보유국의 활용 기술 개발 지원에 대해 협의해 왔습니다. 천리안위성 2B호가 정지궤도에 무사히 안착하고 해양관측 임무를 안정적으로 수행함으로써 우리 바다에 대해 보다 잘 이해하고 해양위성 강국으로 한 단계 더 도약할 수 있기를 기대합니다. 한국해양과학기술원 이승주 박사.