지자기 폭풍 22건 분석…저궤도 위성 하강률, 강도 높을수록 대체로 증가

한국천문연구원과 충남대 연구진이 지자기 폭풍 22건을 개별적으로 분석한 결과, 폭풍 강도가 높을수록 저궤도 위성의 평균 궤도 하강률 증가폭이 대체로 커졌다. 다만 같은 폭풍 등급에서도 결과가 크게 달라 강도만으로 개별 위성의 하강을 예측할 수는 없다. 연구 결과는 27일 학술지 《Scientific Reports》에 온라인 공개됐다.

폭풍 한 건씩 평상시 궤도와 비교

연구진은 2003~2024년에 발생한 G1~G5 등급의 지자기 폭풍 22건을 살폈다. 중력 관측 위성 GRACE 또는 후속 위성 GRACE-FO의 폭풍 절정기 궤도를 평온한 시기의 대응 궤도와 비교했다. 여러 폭풍의 관측치를 한꺼번에 평균 내는 방식과 달리 사건마다 반응을 따져본 분석이다.

논문 초록에 제시된 등급별 평균 궤도 하강률 증가폭은 G1부터 차례로 77.2%, 98.5%, 138.1%, 149.6%, 166.5%였다. 이 비율은 각 등급의 평균 변화이지, 모든 위성이 그만큼 고도를 잃었다는 뜻이 아니다. 연구진은 동일 등급 안에서도 값의 산포가 크고, 위성이 운용되는 고도가 낮으면 약한 폭풍에도 항력 반응이 클 수 있다고 밝혔다.

상층 대기 밀도가 궤도를 바꾼다

미국 해양대기청(NOAA) 우주기상예측센터에 따르면 지자기 폭풍은 상층 대기를 가열해 저궤도 위성이 지나는 곳의 밀도를 높일 수 있다. 밀도가 높아지면 대기 저항이 커져 위성 궤도도 달라진다. NOAA의 G 등급은 폭풍의 세기를 나타내며, G2 단계부터도 항력 변화가 궤도 예측에 영향을 줄 수 있다고 안내한다.

연구진은 평온한 시기의 하강률, 지자기 활동 지수의 최댓값, 운용 고도를 이용한 경험적 회귀모형도 제시했다. 관측된 폭풍 시기 하강률과 모형값의 결정계수는 0.91이었지만, 한 사건씩 제외하고 시험했을 때의 오차는 하루 15.1m였다. 이는 과거 사례를 바탕으로 한 적합도와 검증 수치다. 모든 저궤도 위성에서 같은 정확도로 실시간 궤도를 예보한다는 뜻은 아니다.

논문은 심사를 거친 조기 공개본이며 현재 열람 가능한 초록에 각 등급의 표본 수와 위성별 세부 조건은 제시되지 않았다. 등급별 평균을 개별 폭풍이나 다른 종류의 위성 전체에 그대로 적용하기 어려운 이유다.

대표 이미지: AI 생성 이미지 / 데이마크

자료: https://www.nature.com/articles/s41598-026-78052-w
https://www.spaceweather.gov/impacts/satellite-drag
https://www.spaceweather.gov/noaa-scales-explanation