지진 센서로 우주쓰레기 추적…재진입 경로까지 포착 [우주로 간다]

과학자들이 지진 센서를 활용해 대기권으로 재진입하는 우주 쓰레기의 이동 경로와 파편화 과정을 추적하는 새로운 방법을 제시했다고 과학매체 사이언스얼랏이 23일(현지시간) 보도했다. 미국 존스 홉킨스 대학교 행성 과학자 벤자민 페르난도와 영국 임페리얼 칼리지 런던 소속 엔지니어 콘스탄티노스 차랄람보스는 2024년 중국 선저우 15호 궤도 모듈의 대기권 재진입 과정을 지진 센서로 감지한 연구를 수행했다. 연구진은 해당 결과를 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 최근 발표했다. 연구 결과에 따르면, 지진 센서로 수집된 데이터는 우주 쓰레기의 재진입 사실뿐 아니라 속도와 고도 범위, 물체의 크기, 하강 각도, 낙하 과정에서 파편화가 발생한 시점까지 비교적 정밀하게 추정할 수 있는 것으로 나타났다. 우주 쓰레기는 점점 더 심각한 문제로 대두되고 있다. 유럽우주국(ESA)의 2025년 4월 보고서에 따르면, 지구 궤도에는 잠재적으로 위험한 우주 쓰레기가 약 120만 개에 달한다. 수명이 다한 인공위성이 늘어남에 따라 그 수는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 이 때문에 지구로 진입하는 우주 쓰레기의 세부 정보를 확보하는 것은 대기권 재진입 과정의 역학을 이해하고 잔해가 어디에 떨어질 지 추적하는 데 중요한 단서가 될 수 있다. 지진 센서로 '마하 원뿔' 포착…속도·파편화까지 재구성 우주에서 지구 대기권으로 진입하는 물체는 음속보다 더 빠른 초음속은 물론 극초음속의 속도로 떨어지는 경우가 적지 않다. 이들은 대기권을 통과하면서 음향 에너지가 원뿔 형태로 퍼져 나가는 '마하 원뿔(Mach cone)'을 형성하게 된다. 경로 주변에 있는 사람들은 이를 '소닉 붐'이라는 폭음으로 듣게 된다. 지진 센서는 원래 지구 내부 깊은 곳에서 발생하는 미세한 음향 신호를 탐지하기 위해 개발된 장비지만, 연구진은 이 장비가 우주 쓰레기가 만들어내는 마하 원뿔 신호 역시 포착할 수 있을 것으로 보고 실험을 진행했다. 2024년 4월 2일, 선저우 15호 궤도 모듈이 미국 캘리포니아 남부 상공에서 지구 대기권으로 재진입했다. 길이 2.2m, 무게 1.5톤에 달하는 이 모듈은 항공기와 지상 기반 시설 모두에 위험을 초래할 만큼 크고 무거웠다. 연구진은 캘리포니아 지진 네트워크와 네바다 지진 네트워크 데이터를 분석해 우주선 모듈이 통과한 흔적을 추적했다. 그 결과 지구 표면에 전달된 강력한 마하 원뿔의 굉음과 일치하는 신호를 확인했고, 이를 바탕으로 물체의 최종 비행 경로와 파괴 과정을 재구성할 수 있었다. 지진 자료 분석 결과, 해당 모듈은 마하 25~30 정도의 속도로 이동한 것으로 추정됐다. 이는 대기권 진입 전 궤도 특성 분석에서 측정된 초속 약 7.8㎞의 속도와 일치했다. 또 연구진은 낙하 초기에는 단일한 큰 폭발음이 관측됐으나, 이후에는 여러 개의 작은 폭발음이 연속적으로 나타나는 패턴을 확인했다. 이는 지상 관측에서 보고된 물체의 파편화 현상과도 부합한다는 설명이다. 이번 연구는 우주 쓰레기를 지진 관측소를 통해 정확하게 추적할 수 있음을 보여준 사례로 평가된다. 이 같은 방식은 완전히 연소되지 않고 지상으로 낙하하는 잔해의 추락 지역을 보다 빠르게 특정하는 데도 도움이 될 수 있을 것으로 보인다. 연구진은 “이런 물체들은 초음속으로 대기권에 재진입하기 때문에 가장 큰 파편이 지면에 충돌할 경우, 소닉 붐이 감지되기 전에 이미 충돌이 발생할 수 있다”며 “지진음향학적 방법은 다른 방식보다 더 빠르고 정확하게 낙하한 파편의 위치를 파악할 수 있다”고 밝혔다.