우리얘기

해외에서 대규모 지진 발생할 때 지진파 움직임이 국내 지하수위 변동에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔습니다.

한국지질자원연구원 하규철 박사팀은 2011년 3월 동일본 지진 발생 시 지진파 변동과 비슷한 패턴으로 제주도 지하수위가 변동되는 것을 관측했습니다.

일본 진앙지와 제주도까지의 거리는 약 1500km로, 이번 연구를 통해 먼 거리 해외 지진이 국내 지하수 변동에도 영향을 미친다는 것이 입증됐습니다.

규모 9.0인 동일본 지진 발생 3분 후, 제주도 지하수위 변동이 관측 됐고, 변동 폭은 3~192.4cm였습니다.

이 때 지하수질 변동도 관측 됐습니다.

15개 관측소 중 9개 관측소에서 0.01℃~1.2℃의 온도변화가 있었고, 3개 관측소에서는 지하수 전기전도도 변화가 20μS/cm에서 35,500μS/cm로 관측됐습니다.

동일본 지진 진앙 위치 및 지하수위 변동 그래프

이런 수질변화는 지진에 의해 서로 다른 수질이 혼합되어 발생한 것으로 추정됩니다.

이번 연구는 제주도 지하수 관측공에 자동수위관측기를 장착, 1분 단위로 변동을 측정해 지진파와의 상관관계를 밝혀낸 것입니다.

이번 연구에서는 지하수질 변동을 알 수 있는 온도와 전기전도도 측정도 실시되었습니다.

관측 시간이 1시간 단위였던 기존 연구는 지하수위 변동만 파악했을을 뿐 지진과의 연관성을 찾기에는 미흡했습니다.

지진파는 수 초~수 분 내 측정되고, 지하수위 변화는 지진 발생 후 30분 이내 발생할 가능성이 크기 때문입니다.

앞서 2010년 6월에 발생한 인도네시아 수마트라 지진발생 때에도 제주도 지하수위 변동이 관측된바 있습니다.

규모 7.7인 인도네시아 수마트라 지진의 경우, 지진 발생 약 10분 후 제주도 지하수위는 지진파와 비슷한 진동형태로 변동하는 모습을 보였고, 변동 수위는 1.4~2.4cm 범위였습니다.

인도네시아 지진 진앙지와 제주도는 약 4600km 떨어져 있습니다.

인도네시아 수마트라 진앙 위치

한국지질자원연구원은 이번 연구결과를 바탕으로 국내외 지진에 따른 지하수 변동 관련 연구를 강화할 예정입니다.

동일본 지진 이후 대규모 지진 발생에 대한 우려가 높아지는 가운데 이 연구가 지하 암반 투수성 등 수리지질 조건의 변화를 관측함으로써 지진 예측 기술에 적용 될 수 있을 전망입니다.

교육과학기술부는 이달의 과학기술자상 5월 수상자로 방랑하는 구상성단으로 이루어진 우주의 거대구조를 세계 최초로 발견한 이명균 서울대 교수를 선정했습니다.

이 교수는 외부은하 천문학분야의 권위자로, 은하의 형성과 진화, 외부 은하에 있는 구상성단과 은하 거리 측정 연구로 학계의 큰 주목을 받았습니다.

최근에는 지금까지 이론적으로만 예측됐던 구상성단으로 이루어진 우주의 거대구조를 발견하고 검증함으로써 우주의 거대 구조 형성과 진화를 연구하는 데 매우 중요한 단서를 제공했습니다.

이 교수는 고성능 망원경으로 하늘의 1/4를 관측한 슬로운 전천 탐사자료를 분석해 처녀자리 은하단에 있는 구상성단 지도를 최초로 완성했고, 구상성단이 은하단 중심부에서 멀리까지 퍼져있다는 점과 구상성단 대부분이 우주에서 최초로 태어난 천체라는 가능성을 제시했습니다.

이 같은 연구는 통상 공동연구를 수반하는 방대한 과제지만, 이 교수는 박사후연구원 1명과 대학원생 1명의 소규모 연구팀으로도 훨씬 우수한 장비를 보유한 해외 대규모 연구팀보다 먼저 성과를 얻었고, 이는 세계 최고 권위 과학전문지 사이언스 지 2010년 8월호에 게재되기도 했습니다.

또 이 교수는 지난 20년 간 구상성단, 은하 및 은하단의 연구 등을 수행하여 과학인용색인(SCI) 등재 국제학술지에 100여 편의 논문을 발표했습니다.

이에 대한 공로로 1998년 한국천문학회 학술상을 수상했고, 2009년에는 한국과학기술한림원 정회원으로 선임되었습니다.

(왼쪽) 처녀자리 은하단의 구상 성단 지도. 붉은 색일수록 구상 성단이 많이 있음을 나타낸다. 가로 폭은 1000만 광년에 해당한다. 구상 성단으로 이루어진 거대 구조가 여러 개 보인다. 붉은 색 영역의 중심부에는 무거운 은하들이 있다 (옆의 글자는 은하들의 이름을 나타낸다). 붉은 색 영역에 있는 구상 성단들은 무거운 은하에 묶여 있으나, 녹색 또는 밝은 하늘색에 있는 구상 성단들은 대부분이 은하와 은하 사이를 떠돌고 있는 방랑자 구상 성단들이다. 이 방랑자 구상 성단으로 이루어진 거대한 구조는 처음으로 발견되었다. 작은 네모(M49)를 확대하여 보면 오른쪽 위 사진처럼 보인다. (출처: 서울대학교 이명균 교수 연구진).

우리 은하에 있는 구상 성단(메시에 80, M80)을 허블 우주 망원경으로 찍은 사진. 구상 성단은 축구공처럼 둥글게 보이며 약 백만 개의 별을 포함하고 있다. 이 구상 성단은 3만 광년 떨어져 있어 많은 별들이 보이지만, 처녀자리 은하단의 거리에 놓이면 하나의 별처럼 작은 점으로 보인다. (출처: 미국 the Hubble Heritage Team/AURA/NASA/STScI/ESA).

(왼쪽) 처녀자리 은하단에 있는 거대 타원 은하(메시에 49, M49)의 사진. 본 연구진이 미국 국립천문대의 4미터 망원경으로 찍은 사진. 이 은하에는 1조개의 별이 있으나, 개개의 별은 어두워서 식별할 수 없고 뿌옇게만 보인다. 각 각 별처럼 보이는 작은 점들의 대부분은 별이 아니라, 구상 성단인데 멀리 있어서 작은 점으로 보인다. 작은 원을 가까이에서 보면 오른쪽 아래 사진처럼 보인다. (출처: 서울대학교 이명균 교수 연구진).

 용  어  설  명

구상성단 (globular clusters)
약 백만 개의 별이 축구공처럼 둥글게 모여 있으며, 크기는 40광년이나 되는 성단이다.
구상 성단은 평균 나이가 120억년으로서 우주에서 나이가 가장 많은 천체이므로, 우주의 나이를 측정하거나 우주 초기의 진화 상태를 연구할 때 매우 중요한 역할을 한다.
구상 성단은 일반적으로 은하에서 발견되었다.
우리 은하는 약 160개의 구상 성단을 거느리고 있다.
구상 성단은 은하의 중심부에서 바깥까지 널리 분포한다.
우리 은하에서 구상 성단은 대부분 13만 광년 안에 분포하며, 가장 멀리 있는 구상 성단은 30만 광년까지 떨어져 있다.

은하 (galaxies)
수백억 내지 수천억 개의 별이 모여 있는 거대한 천체이다.
태양도 우리 은하에 있는 별 중의 하나이다.
은하는 우주를 이루는 기본 단위이다.
은하는 소용돌이처럼 생긴 나선 은하, 럭비공 같은 타원 은하 등 그 종류가 매우 다양하다.

은하단 (the clusters of galaxies, 또는  the  galaxy clusters)
수백 내지 수천 개의 은하가 모여 있는 엄청나게 거대한 천체이다.
처녀 자리에 있는 은하단은 가장 가까이 있는 은하단(거리는 5400만 광년)으로서 2천 개 이상의 은하를 포함하고 있으며, 봄에 가장 잘 볼 수 있다.
영어 이름은 The Virgo cluster of galaxies인데 줄여서 The Virgo cluster로 쓴다.
이때 cluster를 성단으로 번역하는 오류가 종종 있는데, 은하단이 올바른 번역이다. 

슬로운 전천 탐사 (The Sloan Digital Sky Survey)
미국 뉴멕시코 주에 있는 아파치 포인트(Apachepoint) 천문대의 2.5m 망원경과 CCD camera, 다중 천체 분광기 등으로 전 하늘의 1/4을 탐사 관측하는 과제로서, 2000년에 시작되어 현재까지 계속되고 있다.
미국 GM자동차의 사장을 지낸 알프레드 슬로운(Alfred Sloan)이 1934년에 세운 슬로운 재단의 지원을 받았다.
미국의 프린스턴 대학이 주축이 되어 미국, 영국, 일본, 중국, 한국 등이 참여하였다.
한국은 고등과학원, 서울대학교, 세종대학교, 경북대학교, 부산대학교 등에 있는 교수들로 구성된 한국과학자팀(the Korea Scientist Group)으로 이 과제에 참여하였다.
이 탐사를 통해 나온 관측 자료는 관측 후 일정한 시간이 지나면 전 세계에 공개되므로 누구나 사용할 수 있다.

처녀자리 : 
봄철에 잘 보이는 대표적인 별자리 중의 하나이다.
가장 밝은 별은 스피카(Spica)로서 1등성이라 맨 눈으로 쉽게 볼 수 있다.
북두칠성 손잡이의 연장선을 따라 가면 밝게 빛나는 별이 보인다.
이 별은 목동자리의 아크투루스(Acrturus)로서 0등성이며 밤하늘에서 세 번째로 밝은 별이다.
연장선을 따라 계속 가면 다시 밝은 별이 보이는데 이 별이 바로 스피카이다.
스피카의 오른 쪽 위로 약간 어두운 별이 있다.
이 별은 사자자리의 데네볼라(Denebola)로서 2등성이다.
처녀자리 은하단은 스피카와 데네볼라 사이에 있다. 그러나 이 은하단에 있는 은하들은 어두워서 맨눈으로는 볼 수 없다. 

<이명균 교수> ▶소속 : 서울대학교 물리천문학부 ● 학    력 ▶1976 ∼ 1980    서울대학교 천문학과 학사 ▶1980 ∼ 1984    서울대학교 천문학과 석사 ▶1984 ∼ 1990    University of Washington (미국, 시애틀) 천문학 박사 ● 경    력 ▶1990 ∼ 1993   카네기 천문대(미국, 파사데나) 연구원 ▶1993 ∼ 현재   서울대학교 물리천문학부 교수 ▶2002 ∼ 2004  Carnegie Institution of Washington (객원연구원) ▶2009 ∼ 현재  한국과학기술한림원 정회원 ● 주요업적 : 방랑하는 구상성단의 거대구조와 안드로메다 은하의 구상 성단 발견 □ 처녀자리 은하단 안에 방랑하는 구상성단을 세계 최초로 발견했음. 수십 년 전부터 이런 방랑 구상성단의 존재는 이론적으로 예측되었던 것이었으며, 이를 실제로 검증함으로써 은하와 은하단 형성에 대한 이해를 증진시켰음. 또한 안드로메다 은하에서 새로운 구상성단을 다수 발견하였음.

한국항공우주연구원이 개발한 다목적실용위성 3호(아리랑 3호)가 오는 18일 우주로 올라갈 예정입니다.

아리랑 3호는 우리나라 최초의 서브미터급인 0.7m급 해상도 영상장비를 장착한 관측위성입니다.

이번 발사에 이어 올해 하반기 예정된 레이더 관측 위성 아리랑 5호까지 발사되면 우리나라는 전천후·고해상도 지상 관측 능력을 확보하게 됩니다.

다목적실용위성(아리랑위성) 3호 개요

◆ 전 세계를 들여다보는 대한민국의 눈

우리나라는 아리랑 3호 위성 개발을 통해 고해상도 관측위성 분야에서 선진국과의 기술격차 급속도로 좁혀가고 있습니다.

아리랑 3호는 70㎝급 고해상도 영상을 제공하게 되는데, 세계적으로 이 같은 수준의 고해상도 영상을 상업적으로 제공할 수 있는 위성은 미국과 유럽 일부 국가 뿐입니다.

게다가 아리랑 3호는 고성능의 급속기동 촬영 성능을 보유하고 있어, 이를 바탕으로 수요자의 다양한 요구를 반영해 여러 지역의 영상을 신속하게 촬영해 제공하는 능력을 갖추고 있습니다.

급속기동 촬영은 위성의 흔들림을 최소화한 상태로 움직여 촬영하는 기능으로, 여러 지역 촬영이나 한 지역의 반복 촬영, 특정 부분의 연속 촬영 등이 가능한 최신 기술입니다.

앞서 쏘아올린 아리랑 1호와 2호는 위성 본체를 중심으로 좌우에 태양전지판을 장착하고 있어 급속 기동시에 위성이 출렁거리는 현상이 발생합니다.

한국항공우주연구원 연구팀은 아리랑 3호의 태양전지판을 위성 본체에 붙이고, 위성 자세제어 알고리즘도 개선해 기동 중 위성의 흔들림을 최소화 해 안정적인 촬영이 가능토록 했습니다.

이번 발사로 우리나라는 현재 활동 중인 아리랑 2호의 1m 급 고해상도 영상에 더해 70㎝ 급 고해상도 영상을 확보함으로써, 다른 특성을 갖는 2가지 종류의 영상을 동시에 획득해 정보 분석 범위가 대폭 확대되었습니다.

이는 앞으로 레이더 영상을 제공하는 아리랑 5호와 광학 및 적외선 영상을 제공하는 아리랑 3A호의 운영이 시작될 경우, 다양한 종류의 영상을 통합 분석함으로써 더욱 큰 강점으로 부각될 전망입니다.


◆ 아리랑 3호의 활용 범위

위성 영상정보의 활용은 환경, 기상, 해양, 지질, 지도제작, 임업, 수자원, 농업 등 다양한 분야에서 이뤄지고 있습니다.

지난 2006년 발사돼 현재까지 운용되고 있는 아리랑 2호의 1m급 광학영상은 현재 국내 공공기관 중심으로 국토·해양모니터링, 토지피복 분류, 작물재배 면적 및 생산량 추정 등에 있어 유용하게 활용되고 있습니다.

아리랑 3호는 2호보다도 정밀한 0.7m급 고해상도 광학영상을 제공해 그동안 2호를 중심으로 이뤄졌던 다양한 분야에 보다 정밀하고 효율적인 위성정보를 제공하게 됩니다.
 
이를 통해 정보의 정확성을 향상시켜 국가차원에서 필요한 영상정보 수요를 충족시키고, 특히 민간 분야에서 최근 IT 및 GIS분야의 비약적인 발전에 따른 고해상도 영상 수요도 충족시킬 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.


◆ 고해상도 초정밀 영상 기술 확보

지난 1999년 미국의 ‘스페이스 이미징’ 사가 세계 최초로 서브미터급 위성영상의 상업적 판매를 위한 ‘IKONOS’ 위성을 발사했습니다.

이전까지 서브미터급 위성영상은 비밀사업으로 분류된 군사정찰 목적의 위성만 가능한 영역이었습니다.

이후 미국과 유럽, 그리고 우리나라의 다목적 실용위성 2호 등 민간 분야에서 1m 또는 서브미터급 위성영상을 획득할 수 있는 위성개발이 추진됐습니다.

서브미터급 위성영상을 만들어내는 핵심인 전자광학카메라 원천기술은 주요 선진국의 극소수 업체 확보한 고난이도 기술입니다.

우리나라는 아리랑 2호의 탑재체로 해상도 1m급 전자광학 카메라 ‘MSC(Multi-Spectral Camera)’를 이스라엘 엘롭(ELop) 사와 공동개발한 데 이어, 아리랑 3호 용 서브미터급 탑재체인 AEISS(Advanced Earth Imaging Sensor System)를 독일의 EADS 아스트리움 사와 DLR의 기술협력을 활용해 국내 독자 개발을 성공적으로 수행했습니다.

다목적실용위성 전자광학 탑재체 개발 현황

2호촬영 영상-서울

2호촬영 영상-백두산 천지

개발 과정에서 항우연은 발사 때와 우주 공간에서 발생되는 진동 등에 의한 영향을 받지 않는 VFOTS(진동 테스트 시스템)와 광학카메라 시험전용 열진공챔버를 구축하고, 독자 기술로 서브미터급 전자광학카메라의 조립·정렬·시험을 수행했습니다.

이번 아리랑 3호 탑재체 개발을 통해 확보된 기술은 향후 광학계를 사용하는 우주 탑재체의 개발에 활용이 가능하며, 특히 국방분야 등에서 활용이 증대되는 무인기 탑재체 개발에도 기술 파급효과가 클 전망입니다.

◆아리랑 3호 개발, 기술 수출로 차세대 성장동력 견인

한국항공우주연구원이 아리랑 3호 개발을 통해 축적한 기술은 장차 차세대 성장동력의 기반마련과 함께 기술 수출도 전망되고 잇습니다.

최근 전 세계적으로 지구환경 감시 및 지상관측에 대한 수요가 늘어가는데, 특히 개발도상국 중 경제여력이 개선되는 국가들을 중심으로 고해상도 지구관측 위성에 대한 수요가 늘고 있습니다.

실제 지난 2007년 태국은 2m 급 해상도의 지구관측 위성을 구매했고, 베트남은 일본과 1m 급 지구관측위성 개발을 논의 중입니다.

이 밖에 칠레 등 중남미 국가에서도 지구관측 위성에 대한 관심이 높아지고 있는 상황입니다.

이런 가운데 우리나라는 아리랑 2호을 통해 이미 2007년부터 위성영상 시장에 진출해 대만과 UAE, 유럽우주청 등에 2200만 달러 상당의 직수신권 판매와 26억 원에 달하는 개별 영상판매 실적을 달성한 바 있습니다.

이는 우리나라가 1995년 이후 15년 이상 다목적실용위성 및 통신해양기상위성 개발을 통해 관련 기술을 축적했기 때문으로, 특히 이번 아리랑 3호의 성과를 활용하면 기술집약적 위성분야를 차세대 성장동력 산업으로 발전시키는 계기를 만들 수 있을 것으로 보입니다.

세계 지구관측위성 영상 시장은 2007년 기준 7억 3500만 달러 규모이며, 오는 2017년까지 약 34억 달러 규모로 성장할 전망입니다.


◆국내를 넘어 국제 재난 감시에 기여

아리랑 위성 시리즈는 지상 및 환경관측, 농작물 작황과 산불피해 분석 등 국가 재난관리업무에 필요한 위성 영상정보를 제공하고 있습니다.

나아가 한국항공우주연구원은 홍수나 가뭄, 지진 등 재해재난 발생 시 피해 저감을 위해 위성영상을 제공하는 국제기구인 인터내셔널 차터(International Charter) 활동 등을 통해 국제사회에 기여하고 있습니다.

아이티 지진발생 지역을 촬영한 다목적실용위성 2호 영상 (2010. 1. 21)

멕시코만 기름유출 사고 해역을 분석한 다목적실용위성 2호 영상자료 처리 결과물 (2010. 7. 5)

인터네셔널 차터는 전 세계를 대상으로 자연재해나 인재가 발생했을 때 회원국의 지구관측위성을 이용해 가장 효과적인 위성자료를 전달해 재해경감에 기여할 수 있도록 일원화된 시스템을 제공하는 국제 기구입니다.

<관련글 : 대한민국 인공위성, 아리랑 위성 시리즈 http://daedeokvalley.tistory.com/51>

<관련글 : 지구관측위성 아리랑 3호 발사 준비 http://daedeokvalley.tistory.com/415>