[떠나자 우주여행] 인공위성을 찾아라

서원극 기자기자
인공위성은 땅에서도 보일까요?

인공위성은 작은 것은 몇 센티미터지만, 큰 것은 수십 미터를 넘는 것도 있어요. 그러면 지상에서 인공위성을 관찰할 수 있을까요? 답은 ‘예’입니다.

1957년에 소련에서 발사한 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호는 육안으로 관측할 수 있다는 점에서 또 한 번 놀라움을 안겨 주었습니다. 초저녁과 새벽녘에 하늘을 보니 3~4등성의 밝기로 별들 사이를 직선상으로 움직이는 스푸트니크 1호가 보인 것이지요.

인공위성을 볼 수 있는 때는 일몰 후 잠시와 일출 전 잠시뿐이에요. 이 시간에는 지상은 어두워지고 인공위성은 태양빛을 받아 반짝이거든요. 밤중에 인공위성이 안 보이는 것은 인공위성이 지구의 그늘에 들어와 있어 태양빛을 못 받기 때문이에요. 밤하늘을 바라보고 있으면 여러 개의 빛들이 별들 사이를 움직이는 것을 볼 수 있어요. 이때 1초 정도의 주기로 반짝이면서 이동해 가는 것은 거의 비행기예요. 인공위성의 빛도 변화하기는 하지만, 비행기의 경우처럼 점멸 현상을 확실히 구분하기는 어려워요. 인공위성의 빛은 유성과 비슷해서 헷갈릴 수 있어요. 그런데 자세히 보면 유성은 속도가 훨씬 빠르고 색도 다양해요. 순식간에 사라져 버리기도 하고요.

찰칵! 인공위성의 사진을 찍다

국제우주정거장도 인공위성이에요. 무게 420톤, 길이 약 109미터로 지금까지 만들어진 인공위성 가운데 가장 크답니다. 고도 400킬로미터 내외에서 운영되고 있어, 통상 500킬로미터 이상에서 운영되는 다른 인공위성들보다 가까이 위치하고 있어요. 미국 항공우주국 홈페이지에서 국제우주정거장이 우리나라의 서울, 부산, 오산, 포항 등을 지나가는 시간과 궤도를 볼 수 있어요. 그런데 정지궤도에 있는 인공위성은 3만 6000킬로미터의 매우 높은 고도에 있고, 밝기가 8등성 정도로 어두워서 육안으로는 볼 수 없어요. 위의 사진은 한국천문연구원에서 0.7미

터의 광학망원경으로 촬영한 인도네시아의 방송통신위성 Palapa-C2와 우리나라의 무궁화위성 5호예요. 정지궤도의 인공위성은 지구와 같은 속도로 지구 주위를 돌기 때문에 지상에서 보면 항상 같은 위치에 있답니다.

인공위성에서도 우리가 보일까요?

땅에서 인공위성을 볼 수 있다면 인공위성에서도 우리가 보일까요? 물론 보입니다. 얼굴을 자세히 구분하는 것은 어렵더라도 인공위성을 이용해 사람의 위치를 추적하는 것은 가능합니다. 또한 인공위성의 적외선센서로 온도에 따라 색을 다르게 표현해 사람과 다른 물체를 구별할 수도 있습니다. 예를 들어, 사람이 풀숲에 들어가 있을 때 적외선센서로 이를 감지해 추적할 수 있어요. 인체의 온도가 주변 온도보다 높게 나타나거든요.

지표면의 대상물을 식별할 때는 보통 ‘해상도’라는 단위를 이용합니다. 미국에서 가장 정밀한 위성의 해상도가 15센티미터쯤 되는데, 이 정도의 해상도라면 사람이 있는지 없는지 알아낼 수 있다고 해요.

해상도가 0.5미터라면 자동차가 있는지 알아낼 수 있고, 0.3미터라면 자동차의 종류까지 알아낼 수 있어요.

궤도, 인공위성이 다니는 길

인공위성은 정해진 길로만 다녀요. 그렇지 않으면 다른 별이나 인공위성과 충돌할 수 있거든요. 인공위성이 다니는 길을 ‘궤도’라고 해요. 궤도에는 원궤도ㆍ타원궤도ㆍ포물선궤도 등 세 종류가 있으며, 인공위성은 쓰임새에 따라 각각 다른 길로 다닌답니다. 원궤도란 지구 주위를 일정한 높이와 속도로 도는 궤도예요. 지구표면에서 원궤도를 이루기 위해서는 초속 7.9킬로미터의 속도가 필요하고, 이 속도로 지구 한 바퀴를 돌면 84분이 걸려요. 우주실험 목적의 우주정거장 등이 원궤도에 자리하고 있어요.

인공위성이 지구를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간을 24시간으로 맞출 수도 있어요. 이렇게 하면, 지구의 한 지점에서 볼 때 인공위성이 항상 같은 곳에 있는 것처럼 보인답니다. 이러한 궤도를 정지궤도라고 해요. 그리고 정지궤도 때의 고도는 3만 6000킬로미터가 됩니다. 지구 상공의 한 지점에 위치해야 하는 통신방송위성이나 기상위성 같은 경우에 이 정지궤도를 사용합니다.

지구의 타원궤도를 도는 인공위성은 지구와 가까운 곳(근지점)에서는 속도가 빨라지고, 먼 곳(원지점)에서는 속도가 느려집니다. 따라서 관측하고자 하는 지표면을 원지점으로 놓으면 더 많이 머물게 할 수 있어요.

포물선궤도는 속도가 점점 증가하여 지구의 중력을 벗어나 버리는 궤도를 말해요. 포물선궤도는 원궤도나 타원궤도보다 더 큰 에너지를 갖습니다. 인공위성은 속도가 초속 11.2킬로미터 이상이 되면 지구나 태양의 중력권을 벗어나게 돼요. 그래서 포물선궤도는 행성탐사선이나 태양계를 벗어나는 심우주탐사선에 사용됩니다.

/자료 제공: ‘우주 여행 초대장’(황도순ㆍ박정주ㆍ이주희ㆍ김해동 지음, 찰리북)

[Tip]

별의 등급: 별의 밝기를 나타내는 값으로, 밝을수록 값이 작아진다. 기원전 2세기경 그리스의 히파르코스가 맨눈으로 보이는 별을 가장 밝은 1등성부터 가장 어두운 6등성까지 6단계로 나눈 것이 등급의 시초다.

해상도: 위성사진이나 항공사진에서 주로 사용하는 개념이다. 해상도가 1미터라고 하면, 1개의 픽셀이 실제로는 1미터 거리를 나타낸다는 뜻이다. 따라서 해상도 15센티미터가 해상도 30센티미터보다 더 정밀하다.