[사이테크+] "상층 대기서 리튬 10배 급증 포착… 로켓 일부 재진입이 원인"
獨 연구팀 "작년 2월 팰컨9 로켓 상단부 재진입 시 리튬 오염 급증 확인"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 2025년 2월 독일 상공 96km에서 리튬 농도가 10배 증가하는 현상이 포착됐으며, 이는 발사 후 대기권으로 재진입한 스페이스X의 팰컨9 로켓 상단부 때문에 발생한 현상이라는 연구 결과가 나왔다.
독일 쿨룽스보른 라이프니츠 대기 물리학 연구소(IAP) 로빈 윙 박사팀은 20일 과학 저널 2025년 1월 19일 밤 베를린 상공 상층 대기에서 포착된 리튬 오염 기둥을 분석한 결과 팰컨9 로켓 상단부 재진입이 원인으로 분석됐다고 밝혔다.
연구팀은 이 연구는 우주 잔해 재진입으로 인한 상층 대기 오염을 처음으로 직접 탐지한 사례라며 로켓 발사가 크게 증가하는 점을 고려하면, 상층 대기 오염이 앞으로 계속 증가할 가능성이 높다고 말했다.
지구 저궤도(LEO)에 수만 기의 상업용 위성군을 배치하는 '뉴 스페이스 시대'(New Space Age)가 본격화하면서 발사에 사용된 로켓과 수명을 다한 위성 등의 대기권 재진입이 급증할 것으로 전망된다.
스페이스X 스타링크(Starlink) 위성군은 질량 305~960㎏짜리 위성 4만여기로 구성될 계획이다. 이들 위성의 평균 운용 수명은 약 5년으로 임무 종료 후에는 미국 항공우주국(NASA) 등의 규정에 따라 궤도를 이탈해 대기권으로 재진입하게 된다.
로켓과 위성의 재진입이 증가하면서 새로운 사회적·과학적 우려로 떠오르고 있다. 하지만 낙하 잔해가 지상의 사람과 시설 등에 미치는 위험성은 널리 논의돼 왔지만 지구 대기에 미치는 환경적 영향은 상대적으로 주목받지 못했다.
연구팀은 수명을 다한 위성과 사용이 끝난 로켓은 대기권 재진입 과정에서 분해되도록 설계돼 있지만 분해되는 우주 잔해가 중간권(50~85㎞ 상공)과 하부 열권(85~120㎞ 상공)에 어떤 영향을 미칠 수 있는지는 거의 알려지지 않았다고 지적했다.
이들은 2025년 2월 19일 03시 44~52분(UTC), 스페이스X의 팰컨9 로켓 상단부가 유럽 상공에서 통제되지 않은 상태로 대기권에 재진입해 밝은 유성(화구.fireball)로 관측된 사건에 주목했다.
연구팀은 당시 독일 북부에 있는, 레이저 기반 원격 탐사 장비인 라이다(lidar)로 하부 열권의 리튬 원자 농도를 측정했다. 리튬은 우주 장비·부품에 널리 사용되지만 상층 대기에는 극미량만 존재하는 물질이다.
관측 결과 2025년 2월 20일 0시 20분(UTC) 직후, 94~97㎞ 상공에서 평소보다 10배 높은 농도의 리튬 오염 기둥(plume)이 약 27분간 관측됐다.
이어 상층 대기 바람 모형을 이용해 이 리튬 기둥의 이동 경로와 기원을 역추적한 결과, 20시간 전인 2월 19일 오전 3시 42분(UTC) 아일랜드 서쪽 대서양 100.2㎞ 상공에서 시작된 것으로 밝혀졌다.
이는 전날 팰컨9 로켓 상단부가 대기권에 재진입한 궤적과 수직 오차 2㎞ 미만, 수평 오차 10㎞ 미만으로 일치하는 것이다.
또 추가 계산 결과, 자연적인 대기 과정으로 이런 고농도 리튬 공기 기둥이 만들어질 가능성이 매우 낮은 것으로 분석됐다.
연구팀은 이 연구는 사용 후 로켓과 수명을 다한 위성 등으로 인한 대기 오염을 측정하는 게 가능하다는 것을 입증하고, 실제로 단일 우주 잔해로 인해 발생한 상층 대기 오염 사례를 처음으로 직접 탐지한 것이라고 설명했다.
이어 앞으로 로켓 발사가 더욱 늘어날 예정이기 때문에 우주 잔해로 인한 상층 대기 오염도 증가할 가능성이 높다며 이런 오염 물질이 장기적으로 대기에 어떤 영향을 미칠지에 대한 추가 관측과 대기 화학 모형 연구가 필요하다고 덧붙였다.
◆ 출처 : Communications Earth & Environment, Robin Wing et al., 'Measurement of a lithium plume from the uncontrolled re-entry of a Falcon 9 rocket', https://www.nature.com/articles/s43247-025-03154-8
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