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우주 기후

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목차

1. 개요

우주 기후는 태양풍과 태양 플라스마가 운반하는 행성간 자기장의 영향을 받는 현상으로, 오로라, 지자기 폭풍, 위성 통신 장애, 전력 시스템 이상 등을 유발한다. 1859년 캐링턴 사건, 1989년 3월 지자기 폭풍과 같은 주요 사건들이 있었으며, 20세기 이후 인공위성과 통신 시스템의 발달로 우주 기후의 영향에 대한 관심이 커졌다. 우주 기후는 인공위성, 통신, 전력 시스템, 항공 및 우주 비행 등에 영향을 미치며, 지상 및 위성 관측을 통해 연구된다. 우주 기상 모델을 통해 우주 기후 환경을 시뮬레이션하고 예측하며, 상업 부문에서도 관련 서비스가 제공되고 있다.

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우주 기후
정의
설명공간 날씨는 태양, 행성간 공간, 지구 자기권 및 전리층과 열권과 관련된 조건입니다.
특징공간 날씨는 우주 기반 및 지상 기반 기술 시스템의 성능과 신뢰성에 영향을 미칠 수 있으며 인간의 건강과 안전을 위협할 수 있습니다.
원인태양 활동, 지구 자기장 및 전리층 상호작용
우주 날씨의 요소
태양풍태양으로부터 방출되는 하전 입자의 흐름.
행성간 자기장 (IMF)태양풍에 의해 운반되는 자기장.
자기권지구 자기장에 의해 형성된 지구 주변의 영역.
전리층지구 대기의 이온화된 영역.
태양 플레어태양에서 방출되는 갑작스러운 에너지 폭발.
코로나 질량 방출 (CME)태양에서 방출되는 대량의 플라즈마와 자기장.
지자기 폭풍지구 자기권의 교란.
입자 방사선고에너지 입자 (주로 양성자와 전자)의 흐름.
우주 날씨 효과
인공위성 작동인공위성 손상 또는 작동 중단.
통신 시스템무선 통신 장애.
전력망전력망 손상 또는 붕괴.
항공 여행항공기 통신 및 항법 시스템 장애, 방사선 노출 증가.
GPS 시스템GPS 신호 오류.
석유 및 가스 파이프라인파이프라인 부식 가속화.
우주 날씨 예측
모니터링태양 활동, 태양풍, 자기장 및 전리층을 모니터링하기 위해 인공위성 및 지상 기반 센서를 사용.
모델링우주 날씨 조건을 예측하기 위해 컴퓨터 모델을 사용.
예방우주 날씨의 잠재적 영향을 완화하기 위한 조치를 취함.
기관 및 프로그램
NASA미국 항공우주국 (NASA)
NOAA미국 해양대기청 (NOAA)
ESA유럽 우주국 (ESA)
SWPC우주 날씨 예측 센터 (SWPC)
KSWC한국 우주전파센터 (KSWC)

2. 역사

우주 기상의 영향은 수 세기 동안 관찰되었지만, 그 원인은 오랫동안 밝혀지지 않았다. 오로라는 고위도 지역에서 오랫동안 관찰되어 온 현상이다. 1724년 조지 그레이엄은 자침의 일일 변화를 보고했고, 이는 19세기 후반 밸푸어 스튜어트와 아서 슈스터에 의해 전리층 및 자기권 전류의 영향으로 밝혀졌다.

1852년 에드워드 사빈(Edward Sabine)은 지자기 폭풍 발생 확률과 흑점 수의 상관관계를 밝혀 태양-지구 상호작용을 증명했다. 1859년 캐링턴 사건은 대규모 지자기 폭풍으로 전 세계 전신 시스템에 장애를 일으켰고, 리처드 캐링턴은 이를 태양 플레어와 연결 지었다. 크리스티안 비르켈란은 실험실에서 인공 오로라를 만들어 오로라 현상을 설명하고 태양풍을 예측했다.

20세기 들어 통신 위성, 기상 위성, 위성 항법 시스템(GPS) 등 우주 시스템 의존도가 높아지면서 우주 기상 연구의 중요성이 커졌다. 1950년대 후반 '우주 기상'이라는 용어가 처음 사용되었고, 1990년대에 우주 환경이 인간 시스템에 미치는 영향에 대한 연구가 활발해졌다.

일본에서는 1988년 정보통신연구기구(NICT) 산하 우주 날씨 정보 센터 설립을 시작으로 우주 기상 정보 제공을 시작했으며, 2004년부터는 웹사이트를 통해 정보를 제공하고 있다.

2. 1. 주요 사건


  • 1859년 1859년 태양 폭풍(캐링턴 사건)은 광범위한 전신 서비스 중단을 일으켰다.[65]
  • 1882년 11월 17일 오로라는 전신 서비스를 중단시켰다.
  • 1921년 5월 지자기 폭풍[66]은 가장 큰 지자기 폭풍 중 하나로 전신 서비스를 중단시키고 전 세계의 전기 장비를 손상시켰다.
  • 1972년 8월 태양 폭풍은 대규모 SEP(태양 고에너지 입자) 사건을 일으켰다. 만약 당시 우주 비행사들이 우주에 있었다면, 그 선량은 생명을 위협할 수 있었을 것이다.[67]
  • 1989년 3월 지자기 폭풍은 여러 우주 기상 현상 (SEP, CME(코로나 질량 방출), 포르부쉬 감소, 지상 레벨 증가, 지자기 폭풍 등)을 포함했다.
  • 2000년 바스티유의 날 사건은 유난히 밝은 오로라와 일치했다.
  • 2002년 4월 21일, 노조미 화성 탐사선은 대규모 SEP 사건에 의해 타격을 받아 대규모 고장이 발생했다. 이미 약 3년이나 지연된 이 임무는 2003년 12월에 포기되었다.[68]
  • 2003년 할로윈 태양 폭풍은 2003년 10월 말과 11월 초에 발생한 일련의 코로나 질량 방출과 태양 플레어로, 관련 충격을 동반했다.

3. 현상

우주 기후는 태양풍과 태양풍 플라스마가 운반하는 행성간 자기장의 영향을 받는다. 우주 기후와 관련된 다양한 물리적 현상은 다음과 같다.


  • 지자기 폭풍과 서브스톰
  • 반 알렌 복사대의 에너지 증가
  • 전리층 교란 및 위성-지상 무선 신호와 장거리 레이더 신호의 신틸레이션
  • 오로라
  • 지구 표면의 지자기 유도 전류


코로나 질량 방출은 자기권을 압축하고 지자기 폭풍을 유발할 수 있기 때문에 우주 기후의 중요한 동인이다. 코로나 질량 방출 또는 태양 플레어에 의해 가속화된 태양 고에너지 입자(SEP)는 태양 입자 사건을 유발할 수 있는데, 이는 다음과 같은 문제를 야기시킨다.

  • 인공위성의 전자 장치 손상 (예: ''갤럭시 15'' 고장)
  • 우주비행사의 생명 위협
  • 고고도, 고위도 항공에 대한 방사선 위험 증가


지자기 폭풍에 의해 발생되는 피해는 다음과 같다.

4. 영향

우주 기상은 지구의 다양한 시스템에 영향을 미친다. 지자기 폭풍은 인공위성의 전자 장치를 손상시키거나, 통신 장애를 일으킬 수 있다. 또한, 전자기 유도 현상으로 송전선에 이상 전류가 발생하여 문제를 일으키거나, 우주 공간에서 작업하는 우주 비행사의 건강에 악영향을 줄 수 있다.

일본에서는 정보통신연구기구(NICT) 산하 우주 날씨 정보 센터가 1988년(쇼와 63년)부터 우주 날씨 정보를 제공하고 있다. NICT가 독립 행정 법인이 된 2004년(헤이세이 16년) 이후에는 공식 웹사이트를 통해 정보를 공개하고 있다.

정보통신연구기구의 2024년 5월 10일 발표에 따르면, "태양 활동은 매우 활발했습니다. ... (중략) ... 전리층은 혼란스러울 것으로 예상됩니다."와 같은 내용이 있다. 이러한 정보는 인공위성 운용자나 단파전파를 사용하는 통신 이용자 등에게 중요하다. 우주 날씨 예보를 통해 이러한 피해를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

4. 1. 인공위성

우주 기상은 위성 전자 장비에 손상을 주거나 궤도를 변경시키는 등 다양한 영향을 미칠 수 있다. 특히 정지 궤도 위성은 저에너지 입자에 의한 우주선 대전 현상에 취약하여, 축적된 정전기가 방전(스파크)될 경우 오작동을 일으킬 수 있다.[16]

저궤도 위성의 경우, 지구 대기와의 마찰로 인해 궤도가 점차 낮아지는데, 지구 자기 폭풍 발생 시 열권이 팽창하면서 항력이 증가하여 궤도 변화가 가속화될 수 있다. 이러한 궤도 변화는 다른 위성과의 충돌 위험을 높이므로, 정확한 궤도 예측이 중요하다. 2009년 위성 충돌(이리듐 33호와 코스모스 2251호의 충돌)은 궤도 예측의 중요성을 보여주는 대표적인 사례이다.

4. 2. 통신

전리층 교란은 위성 통신 및 장거리 무선 통신(HF 통신)에 장애를 일으킨다.[7] GPS 신호 왜곡은 항공, 항해 등 다양한 분야에 영향을 미친다. 예를 들어, 미국 연방 항공국(FAA)에서 운영하는 광역 보강 시스템은 북미 상업 항공의 항법 도구로 사용되는데, 이 시스템은 모든 주요 우주 기상 현상에 의해 비활성화될 수 있다. 정전 시간은 몇 분에서 며칠까지 다양할 수 있다.[15] 주요 우주 기상 현상은 교란된 극지방 전리층을 위도 10°에서 30°까지 적도 방향으로 이동시키고, 중위도 및 저위도에서 큰 전리층 기울기(수백 km 거리에서 밀도 변화)를 유발할 수 있으며, 이 두 가지 요인 모두 GPS 신호를 왜곡할 수 있다.

일본에서는 정보통신연구기구(NICT)에서 우주 날씨 정보를 제공한다. 2024년 5월 10일 일본 표준시 10시 21분 발표를 예로 들면, "태양 활동은 매우 활발했습니다. 계속해서 향후 1일간 태양 활동은 매우 활발한 상태가 예상됩니다. 지자기 활동은 정온했습니다. 향후 1일간, 지자기 활동은 맹렬히 활발한 상태가 예상됩니다. 전리층은 정온한 상태였습니다. 향후 1일간, 전리층은 혼란스러울 것으로 예상됩니다."와 같은 내용이 발표되었다.

인공위성 운용자나 어업무선, 아마추어 무선 애호가 등 단파전파를 사용하는 통신 이용자에게는 이러한 정보가 중요하다.

4. 3. 전력 시스템

자기 폭풍 활동은 지구의 전도성 암석권에 지전기장을 유도할 수 있다.[22] 이에 해당하는 전압 차이는 지자기 유도 전류를 통해 접지를 거쳐 전력망으로 유입될 수 있으며, 이는 제어되지 않는 전류를 유발하여 그리드 작동을 방해하고, 변압기를 손상시키며, 보호 계전기를 작동시키고, 때로는 정전을 일으킨다.[23] 이러한 복잡한 일련의 원인과 결과는 1989년 3월 자기 폭풍 동안 입증되었으며,[24] 이로 인해 캐나다의 Hydro-Québec 전력망이 완전히 붕괴되어 900만 명의 사람들이 일시적으로 정전 사태를 겪었다. 더욱 강력한 폭풍이 발생할 가능성[25]으로 인해 유도 위험 완화를 위한 운영 기준이 마련되었으며, 재보험 회사들은 수정된 위험 평가를 의뢰했다.[26]

4. 4. 항공

우주 방사선은 고고도 비행 중인 승객과 승무원의 피폭량을 증가시킨다.[17] 극항로는 우주 기상에 특히 민감하며, 우주 기상 현상으로 인해 방사선 노출이 항공 당국이 설정한 안전 수준을 초과하면[20] 항공기의 비행 경로가 우회되거나 통신 두절의 위험이 발생한다.

자기권은 우주선과 태양 고에너지 입자를 극지방 위도로 유도하는 반면, 고에너지 하전 입자는 중간권, 성층권, 대류권으로 들어간다. 대기 상층의 이러한 고에너지 입자는 대기 원자와 분자를 파괴하여 유해한 저에너지 입자를 생성하고, 이 입자는 대기 깊숙이 침투하여 측정 가능한 방사선을 생성한다. 고도 8km(약 7924.80m) 이상을 비행하는 모든 항공기는 이러한 입자에 노출된다. 방사선 노출량은 중위도 및 적도 지역보다 극지방에서 더 크다.[20]

과거에는 상업용 항공기 고도 8km(약 7924.80m) 이상에서의 방사선 환경 측정을 기내에서 데이터를 기록하는 장비로 수행했으며, 이후 지상에서 데이터를 처리했다. 그러나 미국 항공우주국(NASA)의 ARMAS(Automated Radiation Measurements for Aerospace Safety) 프로그램을 통해 항공기 탑재 실시간 방사선 측정 시스템이 개발되었다.[21]

4. 5. 우주 비행

우주 비행사는 전리 방사선에 노출될 위험이 있으며, 이는 급성 방사선 증후군과 같은 유해한 영향을 미칠 수 있다. 노출 시간과 방사선의 에너지 밀도에 따라 유해한 영향의 정도가 달라진다.[17] 국제 우주 정거장(ISS)은 방사선 벨트의 영향을 받지만, 정상적인 조건에서는 허용 가능한 평생 노출 한계 이내이다. 그러나 태양 고에너지 입자(SEP) 폭발과 같은 주요 우주 기상 현상 발생 시에는 방사선량이 수 배 증가할 수 있다. ISS는 방사선 차폐 기능을 갖추고 있어 총 선량을 안전 한계 내로 유지할 수 있지만,[17] 우주 왕복선의 경우 이러한 현상이 발생하면 즉시 임무를 종료해야 한다.

4. 6. 기타

지자기 폭풍은 인공위성의 전자 장치를 손상시키거나, 통신 장애를 일으킬 수 있다. 또한, 전자기 유도 현상으로 인해 송전선에 이상 전류가 발생하여 문제를 일으키거나, 우주 공간에서 작업하는 우주 비행사의 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 피해는 우주 날씨 예보를 통해 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

일본에서는 정보통신연구기구(NICT) 산하 우주 날씨 정보 센터가 1988년(쇼와 63년)에 설립되어 우주 날씨 정보를 제공하기 시작했다. NICT가 독립 행정 법인이 된 2004년(헤이세이 16년) 이후에는 공식 웹사이트를 통해 정보를 제공하고 있다.

국립연구개발법인 정보통신연구기구의 2024년 5월 10일 일본 표준시 10:21 발표 “일보(오늘의 우주 날씨 정보)”에 따르면, “태양 활동은 매우 활발했습니다. 계속해서 향후 1일간 태양 활동은 매우 활발한 상태가 예상됩니다. 지자기 활동은 정온했습니다. 향후 1일간, 지자기 활동은 맹렬히 활발한 상태가 예상됩니다. 전리층은 정온한 상태였습니다. 향후 1일간, 전리층은 혼란스러울 것으로 예상됩니다.”와 같이 우주 날씨 정보를 제공하고 있다.

인공위성 운용자나, 어업무선 및 아마추어 무선 애호가 등 단파전파를 사용하는 통신 이용자에게는 우주 날씨 정보가 매우 중요하다.

5. 관측

우주 기상 관측은 과학적 연구와 응용 분야 모두에서 수행되며, 크게 지상 관측과 위성 관측으로 나뉜다.

지상 관측은 지구 표면의 자기장 변화, 태양 표면 및 태양 대기에서 생성되는 전파 잡음을 관측한다. 주요 관측 자료로는 흑점 수, 10.7cm 전파 플럭스(F10.7), 지자기 관측소 데이터, 교란 폭풍 시간 지수(Dst 지수), Kp/ap 지수, AE 지수, 전파 잡음 버스트, 태양 광구 관측, 중성자 모니터, 총 전자 수(TEC) 등이 있다.

위성 관측은 우주 환경을 직접 분석하고 태양 활동을 3차원적으로 관측한다. 초기에는 궤도 지구물리 관측소가 활용되었으며, 최근에는 NASA-ESA의 태양-지구 관계 관측소(STEREO) 쌍둥이 우주선과 밴 앨런 탐사선 등이 활약하고 있다. 정지 궤도 환경 위성(GOES) 시리즈, 극궤도 환경 위성(POES) 시리즈, 국방 기상 위성 프로그램(DMSP) 시리즈, 메테오샛(Meteosat) 시리즈 등도 우주 기후 예측 및 응용을 위한 데이터를 제공한다.

일본에서는 정보통신연구기구(NICT) 산하 우주 날씨 정보 센터가 1988년부터 우주 기상 정보를 제공하고 있다. 이러한 정보는 인공위성 운용, 무선 통신 등에 활용되며, 지자기 폭풍 등으로 인한 피해를 줄이는 데 기여할 것으로 기대된다.

우주왕복선 디스커버리호에서 관측된 남극광, 1991년 5월


오른쪽

5. 1. 지상 관측

우주 기상은 지구 표면의 자기장 변화, 태양 표면 및 태양 대기에서 생성되는 전파 잡음을 관측하여 지상에서 감시한다.

흑점수는 지구에서 관측 가능한 태양 흑점의 수를 나타내며, 흑점의 수와 총면적은 EUV 및 X선 영역의 태양 밝기, 그리고 태양 플레어나 코로나 질량 방출과 같은 태양 활동과 관련이 있다.

10.7 cm 전파 플럭스(F10.7)는 태양의 RF 방출 측정값으로, 태양 EUV 플럭스와 상관관계가 있다. 1947년부터 지속적으로 측정 및 배포되고 있으며, 세계 표준 측정은 캐나다 브리티시컬럼비아주 펜틱턴의 도미니언 전파 천체 물리학 관측소에서 이루어진다. 측정값은 태양 플럭스 단위(10−22W·m−2·Hz−1)로 현지 정오에 하루에 한 번 보고된다.[36] F10.7은 국립 지구물리 데이터 센터에서 보관한다.[37]

지상 기반 자력계와 자기 관측소는 기본적인 우주 기상 모니터링 데이터를 제공한다. 자기 관측소는 수십 년에서 수세기 동안 운영되어 우주 기후학의 장기적인 변화 연구에 필요한 데이터를 제공한다.[38][39]

교란 폭풍 시간 지수(Dst 지수)는 정지 궤도 바로 안쪽과 지구 방향에 있는 환형 전류로 인한 지구 자기 적도에서의 자기장 변화 추정치이다.[40] 이 지수는 21°와 33° 사이의 자기 위도에 있는 4개의 지상 기반 자기 관측소 데이터를 기반으로 하며, 교토의 세계 지구 자기학 데이터 센터에서 수집 및 보관한다.[41]

Kp/ap 지수는[42] 중위도(위도 40°에서 50°) 자기 관측소에서 발생하는 지구 자기 교란을 나타내는 지수이다. Kp와 ap는 13개 이상의 지구 자기 관측소에서 K와 a값의 평균으로, 지구 자기 폭풍과 서브스톰(오로라 교란)을 나타낸다. Kp/ap 데이터는 1932년부터 제공된다.

AE 지수는 오로라 지역 안팎의 12개 자기 관측소에서 측정한 지구 자기 교란을 1분 간격으로 기록한 것이다.[41] 일반에 공개되는 AE 지수는 2~3일의 지연이 있어 활용에 제한이 있지만, 지구 자기 서브스톰의 강도를 나타낸다.

전파 잡음 버스트는 전파 태양 망원경 네트워크를 통해 미국 공군과 NOAA에 보고되며, 태양 플레어 플라즈마와 주변 태양 대기의 상호 작용과 관련이 있다.

태양 광구는 태양 플레어와 CME의 전조가 될 수 있는 활동을 위해 지속적으로 관찰된다.[43] 전 지구 진동 네트워크 그룹(GONG)[44] 프로젝트는 헬리오시스몰로지를 이용하여 태양 표면과 내부를 모니터링하며, 태양 반대편의 흑점 그룹을 감지할 수 있다.

지상의 중성자 모니터는 태양 및 은하 기원의 우주선을 간접적으로 모니터링한다. 우주선이 대기와 상호 작용할 때 발생하는 고에너지 중성자를 지상에서 모니터링하여 우주선의 존재를 감지한다.

총 전자 수(TEC)는 특정 위치의 전리층을 측정하는 것으로, 전리층 바닥(약 90 km 고도)에서 상단(약 1000 km 고도)까지 1제곱미터 열에 있는 전자 수이다. GPS 우주선에서 전송되는 두 주파수를 모니터링하여 측정하며, 현재 여러 국가 기관에서 유지 관리하는 360개 이상의 관측소에서 실시간으로 모니터링 및 배포된다.

5. 2. 위성 관측

우주 기후를 탐사하기 위해 수많은 연구용 우주선이 활용되었다.[47][48][49][50] 초기에는 궤도 지구물리 관측소(Orbiting Geophysical Observatory)가 우주 환경 분석 임무를 수행했다. 최근에는 NASA-ESA의 태양-지구 관계 관측소(STEREO) 쌍둥이 우주선(2006년 발사)과 밴 앨런 탐사선(Van Allen Probes)(2012년 발사)이 활약하고 있다. STEREO는 두 대의 우주선이 지구 궤도를 앞서거니 뒤서거니 하며 태양 표면과 대기를 3차원적으로 관측한다. 밴 앨런 탐사선은 방사선 벨트, 자기 폭풍 및 이들 간의 관계에 대한 상세한 정보를 기록한다.

주요 임무 외에도, 일부 우주선은 태양 관측을 위한 보조 기기를 탑재했다. 응용 기술 위성(Applications Technology Satellite, ATS) 시리즈는 정지 궤도 환경 위성(Geostationary Operational Environmental Satellite, GOES) 기상 위성과 통신 위성의 전조로, 환경 입자 센서와 자기장 센서를 탑재했다.[51]

초기 기기 중 다수는 연구 우주선이었으나, 우주 기후 관측에 맞게 용도가 변경되었다. IMP-8(행성간 모니터링 플랫폼, Interplanetary Monitoring Platform)은 1973년부터 2006년까지 지구 반경 35배 궤도에서 태양풍을 관측했다.[52] 이후 국제 혜성 탐사선(International Cometary Explorer, ISEE-3), WIND (우주선)(WIND), 첨단 조성 탐사선(Advanced Composition Explorer, ACE) 등이 L1 지점 근처에서 태양풍을 감시했다.

태양 감시 또한 우주 기후에 중요하다. 태양 및 헬리오스피어 관측소(Solar and Heliospheric Observatory, SOHO)는 1995년부터 태양 EUV 이미지를 제공하며, 연구 및 우주 기후 예측을 위한 근 실시간 태양 데이터의 주요 소스이다. 요코(Yohkoh) 우주선은 1991년부터 2001년까지 태양 X선을 관측하여 GOES의 태양 X선 이미저(Solar X-ray Imager)에 영감을 주었다.

우주 기후 예측 및 응용을 위한 데이터를 제공하는 우주선으로는 정지 궤도 환경 위성(Geostationary Operational Environmental Satellite, GOES) 시리즈, 극궤도 환경 위성(Polar Operational Environmental Satellites, POES) 시리즈, 국방 기상 위성 프로그램(Defense Meteorological Satellite Program, DMSP) 시리즈, 메테오샛(Meteosat) 시리즈가 있다. GOES 우주선은 X선 센서(XRS), X선 이미저(SXI), 자력계, 극자외선(EUV) 센서, 입자 센서(EPS/HEPAD) 등을 탑재해왔다. 2015년 이후 GOES-R 세대 우주선은 SXI를 태양 EUV 이미지(SUVI)로 대체하고, 입자 센서의 에너지 범위를 확장할 예정이다.

심우주 기후 관측소(Deep Space Climate Observatory, DSCOVR) 위성은 2015년에 발사된 NOAA의 지구 관측 및 우주 기후 위성으로, 코로나 질량 방출에 대한 조기 경보 기능을 제공한다.[53]

6. 모델

우주 기상 모델은 우주 환경을 시뮬레이션하는 것으로, 물리적 과정을 설명하기 위해 수학 방정식을 사용한다. 이러한 모델은 제한된 데이터를 사용하여 우주 기상 환경을 설명하거나, 시간이 지남에 따라 기상이 어떻게 변화할지 예측한다. 초기 모델은 경험적이었지만, 이후에는 현상을 설명하기 위해 물리학을 사용하는 모델이 등장했다.

지난 20년 동안 우주 기상 모델 연구 및 개발은 국립 과학 재단의 지구공간 환경 모델(GEM) 프로그램의 일환으로 수행되었다. 주요 모델링 센터로는 우주 환경 모델링 센터(CSEM)와 통합 우주 기상 모델링 센터(CISM)가 있다. NASA 고다드 우주 비행 센터의 커뮤니티 조정 모델링 센터(CCMC)는 연구 모델 개발 및 테스트를 조정하고, 우주 기상 예측 및 응용 분야에 사용할 모델을 개선하고 준비하는 시설이다.

모델링 기술은 다음과 같다.


  • 자기유체역학: 환경을 유체로 취급한다.
  • 입자-셀: 비유체 상호 작용이 셀 내에서 처리된 다음 셀이 연결되어 환경을 설명한다.
  • 근본 원리: 물리적 과정이 서로 균형(또는 평형)을 이룬다.
  • 반정적 모델링: 통계적 또는 경험적 관계가 설명되거나 여러 방법의 조합이 사용된다.


일본에서는 정보통신연구기구(NICT)가 1988년부터 우주 날씨 정보 제공을 시작했으며, 2004년부터는 공식 웹사이트를 통해 정보를 제공하고 있다.[2]

7. 대한민국 현황 및 노력

대한민국은 우주 기상 예보의 정확도를 높이고 이로 인한 피해를 최소화하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 과학기술정보통신부 산하 국립전파연구원 우주전파센터는 우주 기상 예·경보 서비스를 제공한다.[7] 2011년부터 독자적인 우주 기상 예보 모델 개발을 추진해왔다.[12]

2022년 발사된 한국형 달 궤도선 다누리에는 우주 기상 관측 장비인 자기장 측정기가 탑재되어 달 주변의 우주 환경을 관측하고 연구하는 데 활용되고 있다.[13] 2024년 5월에는 20년 만에 가장 강력한 태양풍이 지구에 도달했을 때, 우주전파센터는 위성, 항공, 전력 등 각 분야의 상황을 점검하고 비상 대응 체제를 가동하기도 했다.[14]

대한민국은 미국, 유럽 등과 우주 기상 분야에서 국제 협력을 강화하고 있다.[27]

8. 상업적 개발

21세기 들어 우주 기상에 관여하는 상업 부문이 등장하여 기관, 학계, 상업 및 소비자 부문에 서비스를 제공하고 있다.[58] 우주 기상 제공업체는 일반적으로 소규모 회사이거나 대기업 내의 작은 부서로, 우주 기상 데이터, 모델, 파생 상품 및 서비스 유통을 제공한다.

상업 부문에는 과학 및 엔지니어링 연구원과 사용자도 포함되며, 주로 우주 기상이 기술에 미치는 영향에 초점을 맞추고 있다. 여기에는 다음이 포함된다.


  • LEO 위성의 대기 항력
  • LEO에서 GEO 위성에 이르기까지 증가된 고에너지 입자 플럭스로 인한 표면 및 내부 충전
  • 이온층의 섬광으로 인한 GPS 신호 중단
  • HF, UHF 및 L-대역 무선 통신 손실
  • 은하 우주선 SEP에서 인체 조직 및 항공 전자 공학에 대한 방사선 증가
  • 지구 자기 폭풍에 의해 교란될 때 지구의 주 자기장을 사용하는 측량 및 석유/가스 탐사 시 정확도 감소
  • 대규모 지구 자기 폭풍 동안 전력망의 GIC 서지 및 변압기 차단으로 인한 전력 전송 손실


이러한 많은 교란은 국가 GDP의 상당 부분을 차지하는 사회적 영향을 초래한다.[61][62]

2010년 4월 29일, 상업 우주 기상 분야는 산업 협회인 미국 상업 우주 기상 협회([http://acswa.us ACSWA])를 창설했다. ACSWA는 국가 기반 시설, 경제력 및 국가 안보를 위한 우주 기상 위험 완화를 촉진하며, 다음과 같은 목표를 가지고 있다.

  • 기술 위험 완화를 돕기 위한 양질의 우주 기상 데이터 및 서비스 제공
  • 정부 기관에 자문 서비스 제공
  • 상업 공급자와 정부 기관 간의 최적의 업무 분담에 대한 지침 제공
  • 상업 공급자의 이익 대변
  • 국내 및 국제 무대에서 상업적 역량 대표
  • 모범 사례 개발

참조

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[3] 간행물 "Integrating Space Weather and Meteorological Products for Aviation"
[4] 간행물 Measurements of the radiation quality factor Q at aviation altitudes during solar minimum (2006–2008)
[5] 간행물 A Quarter Century with the Auroral Oval, Eos
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[7] 웹사이트 NASA NSSDC INJUN-5 page https://nssdc.gsfc.n[...] 2019-01-13
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