님버스 (인공위성)
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1. 개요
님버스 위성은 1964년부터 1978년까지 총 7기가 발사된 미국의 지구 관측 위성 프로그램이다. 님버스 위성은 다양한 센서를 탑재하여 기상 예보, 지구 복사 예산 측정, 오존층 관측, 해빙 연구, GPS 기술 개발 등에 기여했다. 특히, 님버스 3호는 우주에서 방사성 동위원소 열전 발전기를 사용한 최초의 위성이었으며, 웨델 해에서 발생한 폴리냐를 발견하는 등 기후 변화 연구에도 중요한 영향을 미쳤다.
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| 님버스 (인공위성) | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 님버스 |
| 종류 | 기상 |
| 제조사 | 제너럴 일렉트릭 RCA 아스트로 |
| 운용 주체 | NASA |
| 제작 대수 | 8 |
| 실패 횟수 | 1 |
| 상태 | 작동 중단 |
| 목적 | 기상 관측 |
| 궤도 | 저궤도 |
| 임무 | |
| 최초 발사 | 님버스 1호 |
| 마지막 발사 | 님버스 7호 |
| 디자인 | |
 | |
2. 님버스 위성 운영 역사
님버스 위성은 1964년부터 1978년까지 총 7기가 발사되었다.[13][14] 각 위성은 서로 다른 센서와 기술을 탑재하여 지구 대기와 환경을 관측하는 다양한 과학적 임무를 수행했다. 이 중 님버스 B는 발사 중 파괴되었으나, 나머지 위성들은 성공적으로 궤도에 진입하여 임무를 완수했다.
2. 1. 님버스 위성 목록
님버스 위성은 기상 예보 개선, 지구 복사 예산 측정, 오존층 변화 관측, 해빙 연구 등 다양한 분야에서 중요한 과학적 기여를 했다.
3. 주요 과학적 기여
님버스 위성의 관측 자료는 지구 시스템에 들어오고 나가는 태양 복사량을 측정하여 초기 기후 모델을 검증하고 개선하는 데 사용되었으며, 기후 변화 연구의 기반을 제공했다. 또한, 님버스 위성은 염화불화탄소(CFCs)가 오존층을 파괴하고 남극에 오존 구멍을 생성한다는 사실을 밝혀냈다.[3][4]
1960년대 중반부터 님버스 위성은 극지방의 궤도 데이터를 수집하여 지구 빙상에 대한 최초의 전 지구적 스냅샷을 제공했다. 1972년 님버스 5호는 전 세계 해빙 농도를 매핑하는 데 중요한 역할을 했으며, 1978년 님버스 7호는 새로 형성된 해빙과 오래된 얼음을 구별하는 기술을 통해 해빙 연구에 기여했다.
님버스 위성은 1974년부터 1976년까지 남반구 겨울, 남극 주변 해빙에서 발생한 거대한 폴리냐를 발견했다. 이는 해양 온도와 순환에 영향을 미쳤을 것으로 추정되지만, 1970년대 중반 이후로는 관찰되지 않고 있다.[6]
3. 1. 기상 예보
발사 당시, 기압과 같은 무형의 속성을 지구 상공 수백 마일 궤도를 도는 위성을 사용하여 관찰할 수 있다는 생각은 혁신적이었다. 각 님버스 임무를 통해 과학자들은 해양 및 대기 온도, 기압, 구름의 양을 포함하여 기상 예보를 개선하는 지구 대기 특성을 수집하는 능력을 넓혔다. 1969년 님버스 3호 위성부터 대기 기둥을 통한 온도 정보가 동부 대서양과 태평양 대부분의 지역에서 위성을 통해 검색되기 시작하여 예보가 크게 개선되었다.[2] 님버스 위성이 제공하는 전 지구적 범위는 처음으로 3~5일의 정확한 예보를 가능하게 했다.
님버스 위성이 여러 파장(다중 스펙트럼 데이터), 특히 전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 전자기 에너지를 감지하는 능력은 과학자들이 대기를 들여다보고 구름 속의 수증기와 액체 상태의 물을 구별할 수 있게 했다. 또한, 구름이 있는 경우에도 대기 온도를 측정할 수 있었으며, 이를 통해 과학자들은 허리케인의 "따뜻한 중심부"의 온도를 측정할 수 있었다.
님버스 위성의 전 지구 규모 관측 데이터는 사상 처음으로 3~5일 후의 정확한 날씨 예보를 가능하게 했다. 후기 님버스 시리즈일수록 날씨 예보의 정확도를 높이는 대기권의 특성(해수 온도, 기온, 운량) 데이터를 더 광범위하게 얻을 수 있게 되었다.
님버스 위성의 광대역 전자기파 관측 능력(특히 마이크로파 영역)으로 과학자들은 대기 중 수증기와 구름 속 물방울을 구별할 수 있게 되었다. 더욱이 구름의 존재에 방해받지 않고 기온 측정이 가능해졌으며, 태풍 중 온난 기단의 온도도 알 수 있게 되었다.
3. 2. 지구 복사 예산
님버스 위성은 지구의 복사 예산을 측정하는데 중요한 역할을 했다. 과학자들은 처음으로 지구 시스템에 들어오고 나가는 태양 복사량을 전 지구적으로 직접 관측했다.[3] 이 관측 자료는 초기 기후 모델을 검증하고 개선하는데 도움이 되었으며, 기후 변화 연구에 여전히 중요한 기여를 하고 있다.[3] 과학자들이 지구 온난화의 원인과 영향을 연구할 때, 님버스 위성의 복사 예산 데이터는 장기적인 분석의 기반을 제공하고 변화 감지 연구를 가능하게 했다.[3] 님버스 기술은 NASA의 테라 및 아쿠아 위성에 탑재된 CERES 장비와 같은 현재의 복사 예산 센서 개발에 영향을 주었다.[3]
3. 3. 오존층 관측
님버스 위성은 오존층 관측을 통해 오존층 파괴 물질인 염화불화탄소(CFCs)의 영향을 확인하고, 남극 오존 구멍의 존재와 확대를 밝혀냈다. 특히 님버스 7호의 관측 데이터는 오존층 문제의 심각성을 전 세계에 알리는 데 결정적인 역할을 했다.[4]
과학자들은 님버스 위성을 이용한 관측 이전에도 할로겐이 오존을 파괴할 수 있다는 것을 실험을 통해 알고 있었다. 또한, 기상 관측 기구를 통해 대기 중 오존 농도가 시간에 따라 변화한다는 사실도 알고 있었지만, 전 지구적인 규모에서 어떻게 작용하는지는 명확히 알지 못했다.
미국 항공우주국(NASA)의 실험과 님버스 7호의 관측(1978년~1994년)을 통해 냉매와 에어로졸 스프레이에서 배출되는 염화불화탄소가 매년 겨울철 남극 상공에 오존 구멍을 생성하고, 그 크기가 점점 커지고 있다는 사실이 밝혀졌다.[4][12]
3. 4. 해빙 연구
님버스 위성은 1960년대 중반부터 가시광선 및 적외선 스펙트럼을 이용하여 극지방의 궤도 데이터를 수집했다. 이를 통해 지구 빙상에 대한 최초의 전 지구적 스냅샷을 확보하여 기후 변화 연구에 중요한 기준점을 제공하였다.[6]
1972년 님버스 5호는 전기적 주사 마이크로파 방사계를 통해 전 세계 강우량과 강우량을 관측하고자 하였으나, 발사 후 전 세계 해빙 농도를 매핑하는 것으로 우선순위가 변경되었다. 1978년 님버스 7호 발사 당시에는 주사 다중 채널 마이크로파 방사계(SMMR) 센서를 사용하여 새로 형성된 해빙과 오래된 얼음을 구별할 수 있을 정도로 기술이 향상되었다. 9년간의 관측 데이터는 과학자들이 기후 변화 연구에 사용하는 지구 해빙 농도에 대한 장기 기록의 기반이 되었다.
님버스 위성의 예상치 못한 발견 중 하나는 1974년부터 1976년까지 남반구 겨울, 남극 주변 해빙에서 발생한 거대한 구멍, 즉 폴리냐였다. 웨델 해에 위치한 이 폴리냐는 매년 여름에는 사라졌지만, 다음 해 겨울에 다시 나타났다. 이 현상은 해양 온도를 최대 2,500미터 아래까지 변화시키고, 넓은 지역의 해양 순환에 영향을 미쳤을 것으로 추정된다. 웨델 해 폴리냐는 1970년대 중반 님버스 위성이 관측한 이후로는 관찰되지 않고 있다.
3. 5. 웨델 해 폴리냐
님버스 시리즈가 밝혀낸 예상치 못한 과학적 발견 중 하나는 1974년부터 1976년까지 남반구 겨울에 남극해에서 나타난 거대한 폴리냐였다.[6] 폴리냐는 해빙에 덮이지 않은 거대한 영역으로, 1974년부터 1976년까지 3년 동안 겨울에 남극을 둘러싼 해빙 속에서 나타났다. 웨델 해에 나타난 이 폴리냐는 여름에 해빙이 녹으면 사라졌지만, 이듬해 겨울에 다시 나타났다. 이 해빙에 덮이지 않은 해면은 수심 2500m의 해수 온도에까지 영향을 미쳤을 가능성이 있으며, 넓은 범위의 해양 순환에도 영향을 미쳤을 것으로 추정된다. 웨델 해 폴리냐는 1970년대 중반 님버스 위성이 관측한 이후로는 발견되지 않고 있다.[6]
4. GPS 기술 개발 기여
1969년 님버스 3호부터 운영된 수색 구조 및 데이터 수집 시스템을 통해, 님버스 위성은 현대 GPS 시대의 선구자 역할을 했다. 님버스 위성은 외딴 지역에 설치된 기상 관측소의 위치를 파악하고 관측소에서 위성으로 데이터를 전송하도록 지시하는 기술을 최초로 시험했다.[1]
4. 1. 셰일라 스콧의 북극 비행
영국의 비행사 셰일라 스콧(Sheila Scott)은 1971년 님버스 위성의 항법 및 위치 탐지 시스템을 이용하여 북극 단독 비행을 하였다.[1] 이는 님버스 위성 기술의 성능을 입증하는 중요한 사례였다.[1]4. 2. 수색 구조 시스템
님버스 지상-위성-지상 통신 시스템은 최초의 위성 기반 수색 구조 시스템이었다. 초기 성공 사례로는 1977년 북대서양에서 열기구 조종사 두 명을 구조한 것과, 같은 해 말 그린란드를 거쳐 개썰매로 북극까지 단독 여행을 시도한 일본인 모험가 우에무라 나오미를 추적한 것이 있다.[1] 지난 30년 동안 NOAA의 수색 구조 위성 추적 (SARSAT) 운영 시스템을 통해 수만 명이 구조되었다.[1]5. 핵 전력 사용
님버스 3호는 우주에서 SNAP-19 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)를 사용한 최초의 위성이었다. 이전 시도로 님버스 B-1에 SNAP-19 RTG를 발사하려 했으나, 로켓이 파괴되었고 핵연료는 산타바바라 해협에 떨어졌다. 이후, 연료는 약 91.44m 깊이의 잔해에서 회수되어 SNAP-19B로 님버스 3호에 재사용되었다.[7] 이 전력원은 태양 전지판을 보조하여 28.2W의 추가적인 전력을 공급했다.[8]
6. 님버스 프로그램의 의의와 한국에 미친 영향
님버스 프로그램은 단순한 위성 개발 프로그램을 넘어, 지구 관측 기술의 혁신을 가져왔고, 전 지구적 환경 문제에 대한 인식을 높이는 데 크게 기여했다. 특히 1978년 님버스 7호는 주사 다중 채널 마이크로파 방사계(SMMR) 센서를 통해 해빙의 생성 시기까지 구별할 수 있게 되었고,[6] 1994년까지의 관측 데이터는 염화불화탄소(CFCs)가 매년 겨울철 남극 상공에 오존 구멍을 생성하고 있으며, 이 오존 구멍이 점차 커지고 있다는 사실을 명확히 보여주었다.[4] 이러한 과학적, 기술적 성과는 한국의 기상, 해양, 환경 연구 및 정책 수립에 중요한 기반을 제공했다.
6. 1. 한국의 기상 예보 및 기후 변화 연구
님버스 위성은 한국의 기상 예보 정확도를 높이고, 한반도 주변 기상 변화 예측에 활용되었다. 또한, 님버스 위성의 기후 데이터는 한국의 기후 변화 연구와 정책 수립에 중요한 기초 자료로 활용되고 있다.6. 2. 한국의 해양 환경 연구
님버스 위성의 해양 관측 자료는 한국 주변 해역의 해수 온도, 해빙 분포 등을 파악하고, 해양 환경 변화를 연구하는 데 기여했다. 특히 1972년 님버스 5호는 전기적 주사 마이크로파 방사계를 통해 전 세계 해빙 농도를 매핑했으며, 1978년 발사된 님버스 7호는 주사 다중 채널 마이크로파 방사계(SMMR) 센서를 통해 해빙의 생성 시기까지 구별할 수 있는 기술적 발전을 이루었다.[6] 이러한 관측 자료는 기후 변화 연구에 중요한 기초 자료로 활용되고 있다.6. 3. 환경 문제에 대한 인식 제고
님버스 위성의 오존층 관측은 전 세계적으로, 특히 한국 사회에 오존층 파괴의 심각성을 알리는 데 중요한 역할을 했다. 1978년부터 1994년까지 님버스 7호 위성의 관측 데이터는 염화불화탄소(CFCs)가 매년 겨울철 남극 상공에 오존 구멍을 생성하고 있으며, 이 오존 구멍이 점차 커지고 있다는 사실을 명확히 보여주었다.[4]이러한 관측 결과는 프레온 가스와 같은 오존층 파괴 물질에 대한 경각심을 불러일으켰고, 냉매와 에어로졸 스프레이 등에 사용되는 프레온 가스 사용을 규제하는 정책 수립에 영향을 미쳤다.
참조
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