도요샛, 슈퍼 태양폭풍 속 전리권 변화 포착…우주 날씨 감시 가능성 입증

강력 태양폭풍 속에서도 정확한 플라즈마 데이터 수집

한국이 자체 개발한 10㎏ 소형 큐브위성 ‘도요샛’이 사상 최대급 태양폭풍 속에서 전리권의 급격한 변화를 정밀하게 관측했다. 저비용 소형 위성이 우주 날씨 감시에 활용될 수 있음을 입증한 것이다.

한국천문연구원은 4일 2023년 5월 10일부터 12일까지 발생한 슈퍼 태양폭풍 기간 동안 도요샛이 전리권의 플라즈마 밀도와 전자 온도 변화를 약 60시간 연속 관측했다고 밝혔다. 해당 태양폭풍은 2003년 11월 이후 가장 강력한 수준으로, 강원도를 포함한 전 세계 중위도 지역에서 오로라가 관측되기도 했다.

도요샛은 랭뮤어 탐침(Langmuir Probe)을 활용해 고도 약 500㎞의 여명-황혼 궤도에서 데이터를 수집했다. 일반적으로 적도 부근에서 가장 높은 전자 밀도가, 폭풍 이후 중위도로 이동했으며, 극지방에서는 전자 온도가 급격히 상승한 것으로 나타났다. 이는 태양에서 방출된 고에너지 입자가 지구 자기장을 자극하며 전리권 플라즈마의 분포를 재편시켰음을 보여준다.

위성 궤도 변화 실측…우주기상 피해 예측에 활용

도요샛은 관측 기간 동안 평균 고도가 약 200~500m 하강한 것으로 나타났다. 이는 고층 대기 밀도 증가로 인해 공기 저항(drag)이 커졌기 때문으로, 궤도 유지에 필요한 연료 소모 증가, 수명 단축, 충돌 위험 상승 등 위성 운영에 직접적인 영향을 줄 수 있다.

이 관측 자료는 태양활동이 위성 궤도에 미치는 영향을 실증적으로 설명할 수 있는 기반이자, 향후 궤도 유지 전략 수립에 도움이 될 수 있는 중요한 자료로 평가된다. 또한 GPS 위치 오차, 통신 장애, 전력망 손상 등 다양한 우주기상 재해 예측 모델을 정교화하는 데에도 활용 가능성이 있다.

관측 공백 메운 여명-황혼 궤도…정확도 입증

도요샛의 관측 자료는 미국 국방부의 DMSP 위성과 유럽우주국(ESA)의 스웜(Swarm) 위성과 비교 분석됐으며, 플라즈마 밀도와 전자 온도 변화 양상에서 높은 일치도를 보였다. 특히 대형 위성들이 관측하지 않는 여명-황혼 궤도(terminator orbit)에서의 연속 관측을 통해, 기존 위성 체계의 공간적 공백을 효과적으로 보완했다.

이 연구는 미국지구물리학연합(AGU)이 발행하는 우주환경 전문 학술지 『Space Weather』 2025년 7월 26일자에 게재됐다. 논문은 도요샛이 수집한 고해상도 자료가 기존 저궤도 우주기상 이론을 보완하고, 전리권 연구에 새로운 관측 기반을 제공했다고 평가했다.

도요샛은 한국천문연구원과 한국항공우주연구원이 공동 개발한 4기 군집 큐브위성(가람, 나래, 다솔, 라온) 가운데 하나로, 2023년 5월 25일 누리호 3차 발사를 통해 전남 고흥 나로우주센터에서 궤도에 진입했다. 현재는 ‘나래’와 ‘라온’ 위성이 정상 운영 중이다.

연구진은 “도요샛은 소형 위성이지만 극한 우주환경에서도 정밀한 관측 능력을 발휘했다”며, “향후 편대비행 기술과 결합하면 저비용·고효율 우주기상 관측망 구축의 기반이 될 수 있다”고 밝혔다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr