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인류를 멸종시킬 4가지 우주 현상

여러분은 인류멸망 시나리오 하면 무엇이 떠오르나요? 故 스티븐 호킹 박사는 핵전쟁, 전염병, 지구온난화현상, 인공지능 등을 꼽았습니다. 그런데 인류를 멸망시킬 위협 요소가 지구 밖 우주로부터 온다면 어떻게 될까요?

인류를 멸종시킬 수 있는 4가지 우주현상에 대해 알아봅시다.

1. 소행성 충돌

공룡 멸종의 원인은 무엇이었을까요? 과학자들은 소행성 충돌의 위험성을 그 원인으로 보고 있습니다. 미국 애리조나주에 있는 베린저 크레이터는 약 5만 년 전에 운석이 충돌해 만든 구덩이입니다. 이 크레이터의 지름은 1.186km이며 깊이는 170m나 됩니다. 이 크레이터를 만든 운석의 지름은 겨우 50m입니다.

지름 10km의 소행성 충돌이 6천6백만 년 전에 일어났는데, 지구 상의 생물 75%가 이때 멸종했습니다.

지구를 통째로 파괴할 정도의 소행성 충돌이었지만, 꼭 이 정도 크기의 소행성이 아닌 더 작은 소행성이 지구에 충돌하더라도 인류멸망의 가능성은 있습니다. 운석 충돌로 발생할 수 있는 대규모 쓰나미나, 광범위한 화재, 그 밖에 다른 자연재해들도 인류 생존에 충분히 위협적입니다.

2. 태양폭풍

태양 표면이 폭발하게 되면(태양플레어) 강력한 태양폭풍이 발생합니다. 태양폭풍이 발생하면 엑스선과 자외선도 발생합니다. 이런 고에너지 입자가 지구에 도달하는 시간은 하루나 이틀이 걸립니다. 극지방에 오로라가 관찰되는 것도 이와 관련이 있습니다. 그리고 통신장애와 관련이 있기도 합니다.

인류 역사에 기록된 가장 강력한 태양폭풍은 1859년에 일어났습니다. 캐링턴 사건이라고도 불리는데, 전 세계에서 오로라가 관측되었고, 로키산맥에서 금광을 캐는 광부들은 오로라가 너무 밝아서 아침으로 착각하고 아침식사를 준비했다고 합니다. 전 유럽과 북아메리카의 전신 시스템이 마비되었으며, 몇몇 전신기사들은 감전되기도 했습니다.

현대에 캐링턴 사건과 같은 규모 혹은 그 이상의 태양폭풍이 발생할 경우 인류에게 즉각적인 위협이 되지는 않습니다. 그러나 대규모 정전으로 생산 설비 가동이 멈추고 GPS나 인터넷도 사용할 수 없습니다. 시간이 지남에 따라 식량 부족 문제가 발생하고 의약품 역시 원활한 공급이 어려워질 것입니다.

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3. 수명이 다해 가는 태양

모든 별이 그러하듯 태양도 수명이 있습니다. 약 50억 년 후에는 태양도 수명이 다할 것입니다. 그러나 태양이 수명을 다하기 이전에 이미 지구의 생물들은 멸종할 것입니다. 태양이 나이를 먹음에 따라 태양은 팽창하게 됩니다. 태양의 에너지원인 수소가 다 연소하였기 때문에 발생하는 현상입니다. 별의 진화 단계 중 이 단계에 진입한 별을 적색거성이라고 합니다.

적색거성이 된 태양은 계속해서 팽창해 수성을 삼키고 금성도 삼키게 됩니다. 이때 아직 지구는 안전한 것처럼 보이지만 극단적으로 강한 태양풍이 지구에 쏟아지게 됩니다. 지구는 태양이 팽창하는 한계점에 아슬아슬하게 걸쳐 있습니다. 그래서 수성과 마찬가지로 삼켜질 수도 있고, 만일 삼켜지지 않는다면 현재의 공전 궤도를 벗어나 지금과는 다른 궤도를 돌 수도 있습니다. 그러나 이때는 이미 지구상에 생명체는 존재하지 않을 것입니다.

4. 초신성 폭발

초신성 폭발은 새로운 별이 탄생하는 순간이 아니라 수명이 다한 별이 폭발하면서 엄청난 에너지를 순간적으로 방출하는 현상을 말합니다. 그 밝기가 평소의 수억 배에 이르렀다 서서히 낮아지는데, 마치 새로운 별이 나타났다가 사라지는 것처럼 보입니다. 게 성운은 초신성 폭발의 잔여물인데 중국 송나라 때의 천문관의 기록에도 남아 있습니다. '황소자리에 눈에 익숙하지 않은 객성이 나타나 비단벌레 같은 황색으로 빛을 내다가 2년 정도 지나자 사라졌다'고 합니다. 이 폭발은 1054년에 있었는데 23일 동안 낮에도 맨눈으로 관측이 가능했다고 합니다.

초신성 폭발 시 방출하는 X선, 감마선이 태양에서 오는 해로운 자외선을 막아주는 역할을 담당하고 있는 지구의 오존층을 파괴할 것입니다. 이 효과는 수년 동안 지속이 되며 지구상 생명체의 DNA의 변이가 촉진되어 돌연변이 생물들이 많아질 것입니다. 또한 오존층을 파괴하는 과정에서 이산화질소가 생성이 되는데 스모그의 원인이 되기도 합니다. 이 스모그는 몇 년 동안 태양빛을 1% 감소시킬 뿐이지만 지구를 냉각시키는 효과를 가져옵니다.

마지막으로 공기 중의 질소 농도가 높아져 비가 내리면 산성비가 내리게 됩니다.

<태양폭풍> <소행성충돌>

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태양이 ‘꽝’ 하면 지구는 ‘멍’ - 우주전파재난

영화 ‘노잉(Knowing)’에서는 대규모의 태양 플레어 폭발과 지구 자기장이 약해지는 상황으로 인하여 인류가 멸망을 맞게 되는 상황을 그리고 있다. 특히 영화에서 비행기가 추락하는 장면이 있는데 그 이유는 무엇이었을까?

▣ 들어가기 1 – 어느 날 갑자기 모든 통신기기가 멈춘다면?

1) 우리 주변에서 무선 통신을 활용하고 있는 상황에는 어떤 것이 있는지 생각해 봅시다.

2) 통신 장애가 발생했을 때 일어날 수 있는 여러 가지 피해를 상상해 봅시다.

3) 갑작스러운 통신장애의 원인에는 무엇이 있을지 생각해 봅시다.

▣ 통신장애의 원인은?

다음은 통신장애 상황에 대한 가상의 뉴스이다. 아래 물음에 답해 봅시다.

시청자 여러분. 안녕하십니까. 현재 갑작스러운 교신용 전파의 교란으로

★★ 항공, ○○항공 등 북극을 통과하는 수십편 여행기의 항로를 긴급히 변경하며 큰 혼란을 빚고 있습니다. 전문가들은 이번 사태가 사흘 전인 XX일 발생한 강력한 ‘ ㉠ ’의 영향 때문이라고 설명하고 있습니다.

㉠ 은 주로 태양의 흑점 근처에서 나타나며 높은 에너지의 물질이 순간적으로 분출되는 것입니다. 먼저 강한 X선이 지구에 도달하여 전리층을 흔들고 이로 인해 무선통신에 장애를 일으킵니다. 이를 ‘델린저 현상’이라고 부릅니다. 또한 이 입자들은 지구에

등의 피해를 발생시키기도 합니다.

앞으로 이번 사태보다 더 심각한 대규모의 재난이 일어날 수 있으며 이를 대비하기 위해 ㉢ 이 필요하다고 전문가들은 주장하고 있습니다.

1/3차시

㉡

1. ㉠에 들어갈 통신 장애의 원인은 무엇일지 생각해 봅시다.

2. ㉠에 의해 실제로 발생했던 피해 사례들을 모둠별로 조사해 봅시다.

사례 1 사례 2

• 피해 내용

• 만약 내가 위와 같은 상황에 처한다면?

• 사회적으로는 어떤 영향이 있었을까?

• 피해 내용

• 만약 내가 위와 같은 상황에 처한다면?

• 사회적으로는 어떤 영향이 있었을까?

3. 조사한 내용을 모둠별로 나누고 이를 바탕으로 ㉡에 들어갈 내용을 작성해 보자.

4. 태양활동에 의한 피해를 줄이기 위한 방안을 개인과 사회적인 차원에서 종합적으로 고려하여 토의후에

㉢에 들어갈 내용을 작성해 보자.

▣ 들어가기 2 – 우주에도 날씨가 있을까?

지구에서처럼 비가 내리거나 눈이 내리는 기상은 아니지만 우주의 날씨 또한 태양에 의해서 영향을 받는다. 우주 날씨란 우주기상(Space Weather)란 우주방사선처럼 우리의 일상생활에 여행을 미치는 다양한 우주환경의 변화를 말한다. 태양의 활동이 지구의 전리층과 자기권 등에 큰 영향을 주기 때문에 이로 인한 사고를 막기 위해서 지구 밖 우주 공간의 상태를 관찰하고 예측하는 것이다. 다가오는 우주 시대에 우주 날씨를 이해하는 것은 과거 농경이 처음 시작되었을 때 비를 예측하는 것만큼이나 중요한 일이 될 것이다.

▣ 흑점과 태양 활동

다음은 지난 100년 동안 태양의 흑점 수를 관측한 결과이다.

<출처 : 금성교과서 과학3>

1. 흑점 수가 최댓값을 보이는 연도를 찾아 다음 표에 기록하자.

구분 1 2 3 4 5 6 7 8 9

최대 연도 간격

2. 흑점 수 변화의 주기는 약 몇 년인가?

3. 흑점 수와 태양의 활동은 어떤 관계가 있을까?

▣ 우주 기상을 만들어 내는 요소

1. 태양 활동으로 일어나는 현상을 조사하여 간단하게 정리해 보자.

태양흑점 :

코로나 물질 방출 :

태양풍 :

태양 플레어 :

2. 46억년 전 태양계 행성인 화성의 초창기 모습은 지구 대기압에 맞먹는 대기층과 바다도 있엇다고 한다.

하지만 현재 화성의 대기압은 지구의 100분의 1 정도에 불과해서 생명체가 살 수 없는 환경이라고 한다.

이는 화성 중력의 세기에 비해 너무 희박한 대기인데, 그 이유는 무엇인지 태양의 활동과 관련된 우주 기상과 연관지어 설명해 보자.

3. 2018년 8월 11일 NASA에서는 사상 최초로 태양 대기층에 진입해 태양풍 등 태양에서 일어나는 다양한 현상을 파헤칠 탐사선 ‘파커 솔라 프로브’를 띄워 보냈다. 이 내용과 관련하여 태양 표면에서 초강력 플레어가 실제로 발생할 수 있는지 조사해서 토의해 보자.

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▣ 우주 기상이 지구에 미치는 영향

미국해양대기국에서는 우주 기상에 의한 영향을 다음과 같이 분류하였다. 모둠별로 한가지씩 영향을 조사 하여 발표해 보자.

항목 우주 기상의 영향

오로라

GPS

인공위성

무선통신

우주인 활동

비행기 운항

발전소

태양 활동 관측을 통한 우주 기상 예Ⱁ특보

2/3차시

▣ 우주기상예보시스템

우주전파센터, 우주기상예특보 서비스 사이트를 탐색하여 사이트에서 제공하는 태양관측정보와 기상요소 들을 정리 해 보자.

정보 / 기상요소 내용 활용방안

ex) 태양풍 속도 태양풍이 발생 했을 때 방출되는 입자들의 속도를 색과 그래프로 제공한다.

태양풍으로 인해 지구에 피해가 나타나는 시간과 날짜를 예측할 수 있다.

▣ 우주기상 페이퍼 프로토 타입 기본 설계

우주기상과 관련된 내용을 바탕으로 스마트폰 어플리케이션 페이퍼 프로토 타입을 설계해 보자.

스마트폰 어플리케이션 페이퍼 프로토타입(Paper Prototype)이란?

코딩 능력이 없더라도 앱이나 프로그램에 대한 아이디어가 있다면 원하는 프로그램을 종이에 그림으로 그려 순차적으로 제작해 동영상으로 만들어 어플리케이션의 작동 모델을 간단하게 보여 줄 수 있다. 비용이 적게 들고, 문제점을 찾아 쉽게 반영할 수 있다는 점에서 유익한 방법 중의 하나이다.

1. 우주 환경 기상 예보와 관련된 조사 내용을 바탕으로 스마트폰 어플리케이션 페이퍼 프로토 타입에 사용될 콘텐츠에 대하여 모둠별 토의를 통해 아이디어를 산출하여 계획서를 만들어 봅시다.

▶ 예시안 #1

어플리케이션 제목

어플리케이션 사용자

어플리케이션 컨셉 (한 문장으로 구성)

어플리케이션 필수 콘텐츠 요소(단어)

스토리보드 (메인화면과 관련된 간단한 구상을 포스트잇을 이용하여 만듭니다.)

콘텐츠(포스트잇) 내용설명 콘텐츠(포스트잇) 내용설명

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▣ 어플리케이션 페이퍼 프로토 타입 제작

스마트폰 어플리케이션 페이퍼 프로토 타입에 사용될 계획서를 바탕으로 원하는 프로그램을 그림으로 그리거나 종이를 오려 붙이고 순차적으로 제작해 동영상으로 촬영합니다.

① 계획서에서 소재를 선택한다.

② 페이퍼 프로토 타입을 디자인한다.

③ 디자인 결과물을 분석한다.

1) 역할 구성

•사용자 : 테스트를 통해 이용을 경험하는 역할(많을수록 좋다)

•조력자 : 테스트 진행 및 기록을 담당하며 질문을 던지고 생각에 맞서며 한편으로는 독려하는 역할 •인간 로봇 : 사용자의 의도에 따라 종이를 움직이는 역할

2) 분석 단계

•사용자에게 어플에서 달성해야 할 목표를 말해 준다.

•사용자가 페이퍼 프로토타입을 이용하면 인간 로봇이 종이를 움직여 구현한다.

•조력자는 테스트에 대한 내용을 관찰하고 사용자의 의견을 취합한다.

④ 디자인 결과물 분석이 끝났으면 촬영을 한다.

⑤ 동영상을 편집(편집 프로그램은 윈도 무비메이커, 알씨 등 활용)한다.

준비물 : 다양한 사이즈의 포스트 잇, 스카치 테이프, 가위, 풀, 색연필, 색도화지, 자, 칼, 사인펜, 두꺼운 도화지, A4용지, OHP필름

◆ 유트브나 구글에서 ‘페이퍼 프로토타입’으로 제작한 영상을 찾아보고, 아이디어를 참고해 보자.

우주환경예보 어플리케이션 제작하기

3/3차시

어플 제목

화면구성 메뉴설명 화면구성 메뉴설명

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어플리케이션 공유 및 크라우드 펀딩

모둠별로 완성한 어플리케이션을 공유하고 크라우드 펀딩을 진행 해 봅시다. 생각을 공유하며 발전 모델을 만들어 봅시다.

(크라우드 펀딩이란 자금이 없는 사람들이 프로젝트를 공개하고 목표금액과 모금기간을 정하여 익명의 다수에게 투자를 받는 방식을 말한다.)

▶ 어플이름 :

▶ 좋 은 점 :

▶ 아쉬운점 :

▶ 펀딩 가능성 의견 :

가능성↓ 1 2 3 4 5 가능성↑

3/3차시

▶ 어플이름 :

▶ 좋 은 점 :

▶ 아쉬운점 :

▶ 펀딩 가능성 의견 :

가능성↓ 1 2 3 4 5 가능성↑

▶ 어플이름 :

▶ 좋 은 점 :

▶ 아쉬운점 :

▶ 펀딩 가능성 의견 :

▶ 어플이름 :

▶ 좋 은 점 :

▶ 아쉬운점 :

▶ 펀딩 가능성 의견 :

가능성↓ 1 2 3 4 5 가능성↑

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▣ 델린저 현상

태양 폭발의 영향으로 많은 양의 전자기파가 방출되어 지구 전리층의 이온과 충돌하면서 일시적으로 통신장애가 발생하는 현상.

▶ 전리층이란?

전리층이란 지표면에서 50km 이상에 있는 대기가 태양 에너지에 의해 이온화되어 자유전자가 밀집된 곳을 말합니다.

전리층은 높이에 따라 D층, E층, F층으로 구분합니다. D층은 지상 50~90km사이의 가장 낮은 곳에 존재하며 전자밀도도 적은 층을 말합니다. 장파 영역의 전파는 반사시키지만 중파 이상의 전파는 모두 투과되어 반사되지 못합니다. 야간에는 전리된 이온들이 대부분 소멸하기 때문에 존재하지 못하는 층입니다. E층은 지상 약 100km 높이에 존재하며 장파 및 중파를 반사시킵니다. 낮에는 전자의 밀도가 커서 10MHz의 단파도 반사시킬 수 있습니다. 일반적으로 여름에 전자의 밀도가 커서 겨울보다 더 전파를 잘 반사시킵니다. F층은 지상 200~400km 높이에 존재하며 전자밀도가 가장 높은 층을 말합니다.

야간에도 상당히 큰 전자 밀도 때문에 단파대의 전파도 잘 반사시키는 특징을 가집니다.

그렇다면 무선통신이 무엇이기에 태양의 활동에 영향을 받게 되는 것일까요? 무선통신이란 선을 연결하지 않고 전파에 정보를 실어서 먼 곳까지 보내는 통신기술을 말합니다. 이 때 전파는 직접 보내거나, 인공위성을 거쳐 보내거나, 혹은 전리층을 통해 원격지까지 보낼 수 있습니다. 전리층은 지상에서 발사된 전파를 흡수하고 반사하기 때문에 무선통신에서 아주 중요한 역할을 합니다.

[자료 출처 : 에듀넷]

그림1 <전리층의 구분>

그림2 <무선통신의 방법>

▣ 태양의 활동이 지구에 미치는 영향

1. 플레어(Solar Flare)

태양표면에서 태양대기의 자기력선에 저장된 자기에너지가 갑작스럽게 방출되는 현상을 플레어라고 한다. 플레어는 주로 태양흑점에서 발생한다. 플레어의 발생 원인은 태양활동 영역에서의 자기장이 불안정해지면서 자기장의 구조가 붕괴되어 발생하는 것으로 추정하고 있다. 때때로 고에너지 양성자 방출과 코로나 질량방출을 동반하기도 한다. 플레어가 발생하면 감마선에서부터 전파에 이르는 광범위한 전자기파가 방출되지만 플레어의 강도를 구분하기 위해 주로 X-ray 관측자료를 활용한다. 플레어는 전자기파를 방출하기 때문에 플레어 발생에 의한 우주기상의 피해는 주로 통신교란으로 나타난다. 예를 들면, 위성통신 장애, 항공 운항통신 장애, GPS 신호 수신장애 등이 있다.

2. 태양 양성자 유입(Solar Proton Event)

태양 플레어가 발생 할 때 동시에 태양대기에 있던 고에너지의 양성자들이 매우 빠른 속도로 수시간만에 지구에 도달하는 현상이 발생한다. 이를 태양 양성자 사건이라 한다. 발생원인은 플레어 발생 시 일부 양성자들이 밖으로 방출되는 것으로 추정하고 있다. 태양 양성자 사건은 주로 대규모의 플레어 발생에 동반하는 경향이 있다. 태양 양성자 유입에 의한 우주기상 피해는 주로 방사선량 증가로 나타난다. 고에너지의 양성자가 극지방을 따라 지구의 고층대기로 유입되면 극항로 부근에 방사선량을 증가시켜 극항로 운행이 잦은 항공기 승무원들에 영향을 줄 수 있다. 또한 극궤도 위성의 경우 양성자에 의한 피폭위험이 있다.

3. 코로나 질량방출(Coronal Mass Ejection : CME)

코로나 질량방출은 태양 대기로부터 거대한 양의 태양 물질이 짧은 시간 내에 방출되는 현상을 말한다. 이 태양 물질은 전자와 양성자를 포함하는 전하를 띤 입자들로 구성되어 있고, 이들을 플라스마(Plasma)라 부른다.

빠른 속도로 방출된 코로나 질량방출의 경우 그 전면에 충격파를 형성하기도 한다. 코로나 질량방출의 발생 원인은 태양 표면에서의 자기장과 플라스마 불안정에 기인된 것으로 생각하고 있다. 코로나 질량방출의 경우 플레어에 비해 더 다양한 우주기상 피해를 발생시킨다. 예를 들면, 코로나 질량방출 전면에 형성된 충격파에 의한 위성궤도 영향, 위성 오작동, 극항로 부근의 방사선량 증가, 자기폭풍 유발 등이 대표적이다.

4. 태양풍

태양풍은 태양에서 불어오는 바람이라 할 수 있다. 이 태양풍에는 양성자와 전자 등 미립자들이 포함되어 있으며, 매초 약 100만 톤의 질량이 태양에서 방출된다. 이것이 지구의 공전궤도에 도착할 즈음 속력은 약 200~750km/s 이다.

태양풍이 발생하면 보통의 태양플레어보다도 현격히 많은 전자파(자외선, 가시광선, 적외선, 전파), 자기장파, 입자선, 입자 등이 발생된다. 이것들은 보통 지구의 자기권과 대기권을 통과할 때 대부분이 소멸한다. 예를 들어 자외선은 상부대기나

태양풍에 의해 도달한 플라스마 입자 등이 쌓여 자기권내로 생성된 전기에너지는 전리층에 강한 전류를 흘리고, 이것으로 지자기변동이 발생한다. 게다가 지자기변동에 의해 유도전류가 송전선에 발생되면 전자기기가 망가지거나, 발전소와 변전소 등의 전력시설이 파괴되어 정전이 되는 등, 대규모 피해가 발생한다.

태양풍에 의해 방출된 전자파 등은 그 속도의 차이에 의해 3 단계로 나뉘어 따로따로 도착한다. 우선 최초에 도착하는 것이

전자파로, 이것은 빛의 속도로 오기 때문에 8분 정도면 도달한다. 전자파는 주로 전파 장해를 일으키고 많은 통신시스템(

인공위성, 비행기의 무선 등)을 사용하지 못하게 한다.

두 번째로 오는 것이 방사선으로, 몇 시간이면 도착한다. 우주비행사들은 방사선을 차단할 수 있는 시설 내로 피난해야할 정도의 위력이 있다.

마지막이 CME(코로나 질량 방출)로 2~3일 정도 후에 도달한다. 이 영향이 가장 위험하며 CME에 동반되어 자기권내에 생성되는 전기에너지가 원인이 되어 발생한 유도전류가 송전선을 타게 되면 전류를 방해하여 정전, 전력시스템의 파괴를 초래한다. 이것을 막기 위해서는 발전소 등을 정지하고 송전을 멈추어 강제정전을 일으킬 필요가 있다.

[자료출처 : 비상과학3 교과서&지도서, 네이버지식백과, 우주기상예특보서비스]

▣ 우주전파재난이란?

1. 배경

- 우주전파재난이란 지구 대기궈 밖에 존재하는 전자파에너지의 변화로 발생하는 전파와 관련한 재난(전파법 51조) - 일반적으로 태양활동과 지구를 둘러싼 우주공간에서 지자기 및 전리층 등 전자파 에너지(이하 우주환경)의 변화에 의해

발생하는 재난을 통칭

- 태양흑점이 폭발할 경우 다량의 에너지가 우주로 방출되며, 이러한 물질들이 지구에 도달할 경우 위성, 항공, 항법, 전력, 통신 등에 재난발생 가능

2. 우주전파재난 경보발령 체계

- 우주전파재난 경보는 ‘우주전파환경 경보’ 4~5단계 발생 시, 우주전파재난 표준매뉴얼에 의거하여 총 4단계 기준이 사용됨

관심 위성・항공・항법・전력・방송통신 분야에 단순 장애 발생 시 우주전파환경 4단계 발생 시

주의 위성・항공・항법・전력・방송통신 분야에 복구가 필요한 피해 발생 우주전파환경 4단계 상황이 48시간 이상 지속되거나 5단계 발생 시 경계 위성・항공・항법・전력・방송통신 분야 피해 규모가 확대 시

우주전파환경 4단계가 일주일 이상 지속되거나 5단계가 48시간 이상 지속 시

심각

위성・항공・항법・전력・방송통신 분야에 대규모 피해 발생 우주전파환경 4단계가 10일 이상 지속되거나 5단계가 7일 이상 지속 시 국가적 차원에서 공동 대처가 필요하다고 판단될 때

3. 우주전파재난 주요 피해사례

발생일 장애대상 피해내용

‘89년 3월 캐나다 퀘벡주 발전소 송전시설에 2만㎿ 전력손실로 6백만 주민이 9시간동안 정전사태 경험 (약 3억달러의 손실유발)

‘89년 3월 미국 뉴저지 발전소 미국 뉴저지 Public Service Company 변압기 손상 (약 2천 6백만 달러 손실 유발)

‘89년 3월 일본 통신위성 전세계적으로 HF대 사용 불가

동계 올림픽 중계 시 통신 장애로 시청 불가

’94년 1월 캐나다 인공위성 (Anik) 예정수명 10년이었으나 1년 운용 (약 4억달러 손실유발)

’94년 1월 일본 통신위성 (BS-3a)

동계올림픽 기간 중 일본통신위성 Single Event Upset 현상으로 방송장애 발생 (일본의 우주전파환경 예보 활성화 계기)

’97년 1월 미국 인공위성 (Telstar 401)

미국 AT&T사 통신, 방송위성 Telstar 401호의 기능 상실 (예정수명 12년이었으나 3년운용, 약2억달러 손실유발)

※ 태양흑점 극소기에 발생한 최대 사건

’00년 7월 일본 인공위성 한국 인공위성

Akebono 위성의 전자 장비 고장 무궁화 3호 64시간 동안 적외선 센터 잡음발생 무궁화 1호 궤도 조정

’00년 9월 미국 인공위성 국내 인공위성 다목적실용위성1호, 과학기술위성1호의 안전모드 전환 및 모든 탑재체 운용 중지

’03년 1월 한국 인공위성 (과학기술위성 1호)

국내 인공위성 다목적실용위성1호, 과학기술위성1호의 안전모드 전환 및 모든 탑재체 운용 중지

’03년 10월

일본 통신위성 호주 HF 통신 미국 탐사위성

한국 HF 통신 한국 인공위성

일본 인공위성 미도리 2호와 교신 두절 호주 전역에서 HF 통신 두절 미국 화성탐사위성 일부장비 손상 오산 미 공군기지 HF 수신 일부 두절 무궁화 위성 태양전지판 성능감소 아리랑 1호 위성 고도 감쇠율 6배 이상 증가

’03년 10월

캐나다 발전소 남아공 전력소 스웨덴 전력소

캐나다 핵발전소 비상조치 실시 남아프리카공화국 변압기 15기 손실 스웨덴 Malmo 지역 50분간 정전사태 발생

’05년 01월 미국 과학위성 GP-B 과학위성 별 추적 장비 작동 일시정지 극항로 HF 단파두절로 26편의 미 국적 항공기 우회

’11년 02월 한국 HF 통신 중국

한반도 단파통신 일시 두절, 위성방송 수신불량 태양흑점 폭발로 중국 남부지역 방송 중단

’11년 09월 한국 HF 통신 미국 GPS통신

단파통신이 약 하루 동안 불안정

미국의 GPS 위치정보 보정서비스(WAAS) 장애

※ WAAS : Wide Area Augmentation System

’12년 03월 미국 방송통신위성

(Sky Terra 1) 고에너지입자와 CME에 의해 3주간 위성 운용 장애 발생

’13년 5월 미국 미 공항관제용 HF 통신 수시간 장애

’14년 2월 미국 미 항공청 알래스카 공항의 GPS 공항광역감시체계 장애

4. 우주전파재난 경보 발령사례

- ’15. 3. 18일 2회(00:00와 09:00) : 우주전파재난 관심 경보

▣ 국내 우주전파재난 대응체계

태양흑점이 폭발할 경우 다량의 에너지가 우주로 방출되며, 이러한 물질들이 지구에 도달할 경우 위성, 항공, 항법, 전력, 통신 등에 재난발생 우려가 있습니다. 따라서 이러한 급격한 우주전파환경 변화로 인해 발생되는 사회, 경제적 피해 최소화를 위해 과기정통부는 범정부 차원의 우주전파재난 대응체계 구축・운영하고 있습니다.

•위기 유형

위기유형

우주전파환경 변화로 국가기반분야 시설 및 서비스 장애 발생 - 위성서비스 장애(위성체 손상, 위성운용 및 위성통신 장애)

- 항공운항 장애(북극항로 운항 항공기 승객 방사능 피폭, 항공통신 두절) - 항법서비스 장애(GPS 오차 증가, GPS 신호 두절)

- 전력시설 장애(전력시설 열화, 변압기 소손)

- 방송통신서비스 장애(단파통신, 방송통신서비스 장애) 등

•전개양상

- 우주전파재난은 재난 및 안전관리 기본법에 명시되어 있으며 과기정통부는 우주전파재난 관리기본계획 및 표준/실무 매뉴얼을 마련하여 태양흑점 폭발 등 우주전파재난을 대비하여 범정부적 위기관리 체계 및 관련부처・기관의 책임・역활을 규정하고 있습니다.

- 우주전파환경 경보는 전파법 제61조를 근거로 발령하고 있으며, 태양흑점 폭발시 방출되는 X선의 세기, 양성자 입자수, 지구자기장 교란 정도에 따라 국제적으로 5단계로 분류하고 있습니다.

[자료출처 : 우주전파센터]

위기유형

태양활동 등 급격한 우주전파환경 변화

위성서비스・항공운항・

항법서비스・전력시설 및 방송통신서비스 장애발생

• X선, 태양입자, 코로나물질 등이 우주공간으로 방출

•지구를 둘러싼 자기장・전리층의 교란

▣ 기상청의 우주기상예특보

1. 우주기상변화 감시

우주기상의 변화 감시하기 위해 주로 태양활동과 지구자기장 변화를 감시하고 있다. 우주기상에 영향을 주는 대표적인 태양활동으로는 플레어와 코로나 질량방출이 있다. 태양활동 감시는 주로 위성의 관측을 통해 이루어 진다. 플레어를 관측하는 주요 위성은 GOES N 시리즈(13~15호) 위성이 있고, 코로나 질량방출을 관측하는 주요 위성은 STEREO A, B위성과 SOHO위성이 있다. 또한 코로나 질량방출과 고속태양풍에 의한 태양풍 변화를 감시하기 위해 ACE위성이 태양풍과 행성간 자기장을 관측한다. 지구자기장의 변화 감시는 위성관측과 지상 자기장 관측을 동반한다. 정지궤도에서의 변화를 감시하기 위해 GOES N 시리즈(13~15호) 위성의 관측자료를 활용하고, 지상에서의 자기장 변화는 지자기폭풍을 관측하는 지수인 Kp 지수와 Dst지수를 활용한다.

2. 우주기상요소

기상위성운영

기상위성운영은 우주기상의 영향으로부터 천리안위성 및 후속 기상위성의 안정적 운영지원을 위한 우주기상 예특보 요소이다. 기상위성운영에 영향을 주는 우주기상 인자로는 통신교란의 발생 원인인 플레어와 위성체 및 위성운영궤도에 영향을 주는 자기폭풍과 자기권계면 위치가 있다. 기상위성운영에 우주기상 특보 발령 시 기상위성의 안정적 운영을 위하여 위성궤도 모니터링 및 조정, 태양 전지판 운용각도 조정, 위성수신 장애 감시 등의 대응을 하고 있다.

극항로 항공기상

극항로 항공기상은 세계기상기구의 우주기상 서비스 지원 결정 및 국제민간항공기구 우주기상 항행기준 준비를 지원하기 위한 우주기상 예특보 요소이다. 극항로 항공기상에 영향을 주는 우주기상 인자로는 항행통신에 영향을 주는 플레어와 극항로 부근에 방사선량을 증가시키는 태양 고에너지입자 발생 및 자기폭풍이 있다. 극항로 항공기상에 우주기상 특보 발령 시 항공기 운항고도 조정 및 북극항로 우회운항 제시, GPS 신호오차 감시 및 통신장애 감시 등의 대응을 하고 있다.

전리권기상

전리권기상은 전지구 위성항법시스템(GNSS) 관측자료를 활용한 전자밀도 및 가강수량 산출지원을 위한 우주기상 예・특보 요소이다. 태양 플레어 및 자기폭풍이 발생할 시 지구의 초고층대기인 전리권에 전자밀도를 증가시킨다. 지구의 초고층대기 변화를 감시하기 위해 위성측위시스템을 이용하여 전자밀도를 산출하고, 이와 더불어 가강수량을 산출하여 기상청의 수치예보에도 활용하고 있다. 전리권기상에 우주기상 특보 발령 시 기상・기후 예측에 영향을

3. 우주기상 예상피해

상황 구분

관측 등급

예상피해

기상위성운영 극항로 항공기상 전리권기상

보통 낮음

영향 없음 영향 없음 영향 없음

일반

관심

- 위성운영에 대한 지상국의 조정 필요

- 저 궤 도 위 성 의 궤 도 변 화 가능성

- 극항로 항공기 승무원 및 승객의 방사능 노출

- 극지방에서 HF통신 및 항해 영향

- HF통신 가능 한계

- 저주파통신 10여분간 품질 저하

주의보 주의

- 위성궤도 오차 증가 - 위성 통신 신호 감쇄 - 저궤도 위성 궤도끌림 현상

발생

- 극지방 HF통신 효율 저하

- 극항로 항공기 방사능 노출 - GPS 신호 감쇄

경보 경계

- 위성 표면대전 및 위치추적 문제

- 저궤도 위성 궤도끌림 현상 발생

- 메모리 장치 문제로 인한 관측영상 에러값 발생 - 인공위성 직접훼손 - 위성통신, 위치추적 장애

- 극지방 HF통신 장애

- 극항로 항공기 방사능 노출 - GPS통신 장애

심각

- 위성 표면대전 및 위치추적 문제

- 저궤도 위성 궤도끌림 현상 발생

- 메모리 장치 문제로 인한 관측영상 에러값 발생 - 인공위성 직접훼손 - 위성통신, 위치추적 장애

- 수 시 간 동 안 태 양 방 면 의 반구에서 HF통신 불가능 - 극항로 항공기 방사능 노출

- GPS통신 장애

[자료출처 : 우주기상예특보서비스]

■참여연구원

연 구 원 : 윤 현(한남대학교) 연 구 원 : 한제준(남원 대산초) 연 구 원 : 김은정(전주 우림초) 연 구 원 : 정지현(광주 대성초) 연 구 원 : 정은정(대전 대룡초) 연 구 원 : 박종명(세종 두루중) 연 구 원 : 송옥수(경기 예봉중) 연 구 원 : 조규동(서울 명지고) 연 구 원 : 박종일(경기 동화고)

중 학 교 군 : 경기 장당중, 세종 두루중

자 유 학 기 제 : 대전 두리중, 경기 성호중, 세종 두루중

■자문 및 검토

교육과정 : 안유민(한국교육과정평가원) 초등교재 : 박수진(음성교육지원청)

중등교재 : 송주현(음성 생극중), 박기락(광주 하남중) 검 토 : 장순선(한국교통대)

저 작 권 : 법무법인 오름