위성 이름에 왜 ‘정지’라는 낱말을 붙였는지 의아하게 생각하는 사람도 있을 것이다. 정지라는 것은 멈췄다는 뜻인데, 정지궤도 위성은 정말로 하늘 위에 멈춰 있는 걸까? 사실 궤도 위에서 위성이 정지하면 곧바로 지상으로 추락한다. 그런데 왜 한군데 멈춰 있는 것처럼 보일까?

지구에서 관측하는 나와
위성이 회전하는 각속도가 같기 때문   

지구 관측위성은 남극과 북극을 따라 지구 주위를 돌며 지구 전체를 관측하는 극궤도 위성이 대부분이다. 그밖에 지구의 특정 지역만 지속적으로 관측하기 위해 지표 약 36,000km 높이의 고도에서 지구를 공전하는 정지궤도 위성도 있다. 정지궤도 위성이 한군데 멈춰 있는 것처럼 보이는 것은 지구에서 관측하는 나와 위성이 회전하는 각속도가 같기 때문이다. 지구는 하루에 팽이처럼 고정된 축을 중심으로 한 바퀴 자전하고, 위성은 지구 둘레를 하루에 한 바퀴 돌도록 고도를 조정했기 때문이다. 이 높이의 고도를 정지궤도라고 한다. 정확하게 말하면 지구는 하루에 한 바퀴 360° 자전하고, 위성도 하루에 360°로 지구 둘레를 일정하게 공전하므로 회전하는 거리가 아닌 단위 시간 동안에 회전하는 각도, 즉 각속도가 같다. 따라서 지구 위에 서 있는 내가 보기에 정지한 것처럼 보이는 것이다.

그림 1. A와 B의 이동속도는 다르지만, 지구 자전축을 중심으로 하는 각속도는 같다.

한 지역을 계속 관찰해야 하는
기상 위성, 통신위성이 대표적인 정지궤도 위성   

위성으로 한 지역을 계속 관찰해야 하거나 지구상의 한 지점에서 끊임없이 위성과 통신하며 자료를 주고받으려면 정지궤도 위성이 가장 적합한 방식이라고 할 수 있다. 항상 같은 지역의 날씨를 집중적으로 관측하는 기상 위성이나 매일 위성 TV를 볼 수 있게 해주는 통신위성이 대표적인 정지궤도 위성이다. 지금까지 선진국에서 바다를 관측하기 위해 정지궤도에서 위성을 활용한 사례가 없었다. 극궤도 위성보다 약 50배나 멀리 떨어져 있어 원하는 자료를 얻는 것이 힘들었기 때문이다. 2010년 6월 27일에 발사된 천리안 1호는 정지궤도 위성에 세계 최초로 해양관측센서 GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)를 탑재하여 정지궤도에서 한반도 주면 바다를 매시간 가시광선으로 관측하고 있다. 다시 말해, 극궤도 위성이 목표 해역을 하루 한 번 사진을 찍는다면 천리안 1호는 해양관측 탑재체 GOCI로 하루 8번 촬영하여 동영상처럼 볼 수 있다는 것이다. 이는 이전의 위성과 비교여 아주 획기적인 발상이라고 할 수 있다. 참고로 남미 프랑스령 기아나 쿠루 우주기지에서 발사된 천리안 1호는 항공우주연구원에서 제작했으며, 해양·기상·통신 3가지 기능을 동시에 위성 본체에 탑재해 각각의 임무를 수행하도록 했다.

그림 2 천리안 1호의 본체와 세 가지 탑재체

그림 3 천리안 1호의 해양관측 영역

전 지구적 기후·환경변화를 연구하기에 적합한
천리안 1호의 해양관측 영역   

기상관측위성은 기상청 국가기상위성센터에서, 해양관측위성은 한국해양과학기술원에서, 통신위성은 한국전자통신연구원에서 독립적으로 운영하고 있다. 천리안 1호의 해양관측 영역은 한반도 주변 해역을 중심으로 동북아 해역 2500km×2500km의 면적(대한민국의 약 60배)을 고정 관측하고 있다. 천리안 1호의 해양관측 영역은 비록 지구 표면의 1.2%에 지나지 않지만 황해 주변은 인구 밀도가 매우 높아 인간이 해양환경에 미치는 영향이 상당히 크다. 따라서 전 지구 해수면 평균 수온 상승 속도보다 3.5배가 높은 해역이다. 동해는 한반도와 일본 열도로 바다 전체가 거의 닫힌 형태이기 때문에 지구 환경 변화에 아주 민감하다. 이는 기후변화를 연구하기에 아주 적합하여 전 지구적 환경 변화의 지표 해역으로 알려져 있다.

출처 : [천리안, 하늘에서 바다를 연구하다], 2020, 지성사, 유주형, 안재현 저