초고휘도 군집 위성이 밤하늘을 지금보다 최대 3배 더 밝게 만들어 천문 관측에 심각한 피해를 줄 수 있다는 연구 결과가 나왔다고 과학매체 라이브사이언스가 최근 보도했다.

지금도 수 천 개 인공위성이 지구 저궤도(LEO)를 돌며 거대한 군집을 이루고 있다. 그런데 앞으로 발사될 위성 수는 더욱 늘어날 전망이다. 

이 위성들은 이미 천문학자들의 우주 관측에 상당한 방해 요소로 작용하고 있다. 하지만 상황은 더 악화될 전망이다. 우주 지속 가능성 전문가 조나단 맥도웰은 향후 10년 동안 약 170만 기의 위성이 추가 발사될 계획이라고 밝힌 바 있다.

2021년 천문학자들은 위성이 지상 약 550㎞ 고도의 저궤도에서 운용될 경우 겉보기 등급을 최소 7등급 이상으로 유지할 것을 권고한 바 있다. 겉보기 등급은 숫자가 낮을수록 더 밝다는 의미다. 이번 연구 저자인 올리비에 하이노는 “7등급은 육안으로 겨우 볼 수 있는 가장 희미한 위성 밝기 수준”이라고 설명했다.

특히 일부 위성은 지나치게 큰 크기와 높은 반사율로 인해 문제가 되고 있다. 미국 위성통신 업체 AST 스페이스모바일의 블루워커·블루버드 위성은 테니스 코트 수준의 크기를 갖추고 있으며, 리플렉트 오비탈은 밤에도 태양광 발전이 가능하도록 거대한 우주 거울을 사용하는 위성을 개발 중이다. 연구진은 이들 위성이 천문 관측 과정에서 마치 가짜 별처럼 보일 수 있다고 지적했다.

천문학용 카메라는 먼 우주 천체의 희미한 빛을 포착하기 위해 느린 셔터 속도를 사용한다. 이 과정에서 밝은 위성이 지나가면 사진 속에 긴 빛줄기 형태의 궤적이 남게 된다.

초고휘도 위성이 가장 심각…밝지 않은 위성도 관측 데이터 훼손 가능

연구진은 위성이 천체 관측에 미치는 영향을 분석하기 위해 지구 대기에서 가시광선이 산란되는 방식을 컴퓨터 모델로 구현했다. 이를 통해 지상 관측소에서 바라본 밤하늘의 변화를 시뮬레이션했다. 하이노는 초거대망원경의 분광기와 베라 C. 루빈 천문대의 ‘시공간 기록 탐사(LSST)’ 카메라를 중심으로 분석을 진행했다. 그는 2022년 개발된 알고리즘을 활용해 수백만 개 위성의 위치·밝기·이동 경로를 시뮬레이션했다고 설명했다.

연구 결과, 7등급보다 어두운 6만 개 규모의 군집 위성들은 밤하늘 자연광에 미치는 영향이 약 0.1% 수준에 그쳤다. 하지만 위성이 남기는 궤적은 LSST 카메라 시야의 6~15%를 포화 상태로 만들어 상당수 관측 데이터를 훼손할 수 있는 것으로 나타났다.

초대형 광대역 위성은 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석됐다. 예를 들어 발사 예정인 243기의 블루버드 위성은 관측 이미지 곳곳에 밝은 얼룩처럼 나타날 가능성이 높은 것으로 조사됐다. 연구진은 특히 리플렉트 오비탈 형태의 초고휘도 위성이 가장 심각한 위협이 될 수 있다고 경고했다.

모델 분석 결과, 해당 유형의 위성 5만 기가 군집을 이룰 경우 밤하늘 밝기가 현재보다 최대 3배 증가할 수 있으며, LSST 카메라로 촬영한 영상이 사실상 과학적 가치를 잃게 될 가능성이 있는 것으로 나타났다.

연구진은 대부분의 위성이 최소 7등급보다 더 어두워야 한다고 강조했다. 그는 “7등급보다 밝은 위성은 하늘에 10개 미만만 존재해야 한다”며 “밝은 위성 하나가 수천 개의 희미한 위성보다 더 큰 피해를 줄 수 있다”고 말했다.

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이번 연구에 참여하지 않은 국제천문연맹(IAU) 산하 ‘어둡고 조용한 하늘 지킴이 센터(IAU CPU)’ 연구원 앤서니 말라마 역시 연구 결과에 동의했다. 그는 “밝은 위성은 소수만 존재하더라도 천문학에 상당한 영향을 미칠 수 있다”고 밝혔다.

해당 논문은 베라 C. 루빈 천문대 연구진이 논문 사전 공개 사이트 아카이브(arXiv)에 발표했으며, 아직 동료 평가는 거치지 않은 상태다.