지구온난화로 해수면이 계속 상승하면서 해수면 높이를 측정하는 인공위성에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 유럽연합과 미국은 ‘센티넬(Sentinel) 6호’라는 두 자매위성을 순차적으로 띄워 해수면 관측에 나설 계획이다.
유럽연합은 지구 대기 및 해양 관측을 위한 ‘코페르니쿠스(Copernicus)’ 프로그램에 따라 센티넬 위성을 개발해왔다. 센티넬 6호는 미국과 함께 추진할 계획으로 11월 센티넬 6A호가 먼저 발사돼 약 5년간 임무를 수행하게 된다. 두 번째 위성인 센티넬6B호는 2026년 발사될 예정이다.
센티넬 6A호의 상상도.©ESA/ATG medialab
1992년부터 해수면 관측을 시작하여
1992년 발사된 TOPEX/포세이돈 위성은 최초의 본격적인 해수면 관측 위성이다. 미 항공우주국(NASA)과 프랑스 국립우주연구센터(CNES)가 공동 개발한 이 위성은 13년간 활동하며 예상보다 정확한 데이터를 얻을 수 있었다.
이후 NASA와 CNES는 포세이돈 위성의 후속으로 제이슨 위성 계획을 추진하기로 합의했다. 2001년 발사된 제이슨 1호는 그 계획의 첫 번째 위성이었다.2008년 발사된 제이슨 2호부터는 유럽기상위성개발기구(EUMETSAT)와 미 해양대기청(NOA)이 계획에 합류해 현재는 2016년 발사된 제이슨 3호만 남아 해수면 변화를 측정하고 있다.
지금까지 4대의 위성이 측정한 기록에 따르면 최근 수년간 해수면 상승률이 가속화되고 있다. 1990년대에 지구의 해수면은 매년 평균 3mm씩 상승했으나 최근에는 매년 3.4mm까지 증가했다. 이 같은 증가세를 관찰하기 위해서는 인공위성을 통한 지속적인 해수면 관측이 필수적이다.
작년 11월 독일에서 테스트 중인 센티넬 6A호. ©ESA, S.Corvaja
센티넬 6호의 정식 명칭은 센티넬-6/제이슨-CS(Sentinel-6/Jason-CS) 위성이다. 이는 센티넬 위성과 제이슨 위성의 임무를 통합하겠다는 뜻이 된다. 2009년 유럽연합은 지구온난화에 대처하기 위해 제이슨 위성계획을 코페르니쿠스-센티넬 프로그램으로 통합하기로 했다.
두 대의 위성은 유럽우주국(ESA)과 NASA가 협력해 개발한다. 위성체와 주요 탑재체 개발은 유럽연합이 주도하고 일부 탑재체와 발사체는 미국이 제공하는 방식이다. 현재 센티넬 6A호의 조립과 테스트를 독일에서 진행하고 있으며 미국 반덴버그 공군기지로 운반해 스페이스X의 팰컨9 로켓으로 발사하게 된다.
해수면 높이를 측정하려면 GPS와 지상 레이저 신호를 이용해 정확한 위치를 파악해야 한다. © NOAA
레이더 고도계에서 해수면 높이 측정 센터날 6A호와 6B호는 같은 임무를 가진 위성이다. 각 위성에 탑재된 레이더 고도계는 열흘 간격으로 극지방을 제외한 해양면적의 95%를 정밀 관측할 수 있다. 이를 통해 엘니뇨와 라니냐와 같은 해수 온도 변화 현상을 감시하고 해류와 풍속 및 파도 높이에 대한 측정이 가능하다.
이들 위성은 약 1300km 고도에서 지구 표면에 레이더 펄스를 보내 위성으로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정해 해수면 고도를 확인한다. 그런데 지구의 중력은 지역마다 조금씩 다르고 해수면 높이가 변화하므로 정확한 위치를 알아야 제대로 측정할 수 있다.
센티넬 6호는 ‘위성 통합 도플러 궤도 촬영 및 방사선 위치 측정(DORIS)’이라는 특수 네트워크와 함께 GPS, 지상 레이저를 이용해 정확한 위치를 찾는다. 이러한 통합 기술은 약 1인치 정확도로 해수면 높이를 측정할 수 있도록 돕는다.
우리 세대의 기후변화 기록 남기기 위한 목적
센티널 제이슨 프로젝트에 참여한 조시 월네스 제트추진연구소(NASAPJPL) 연구원은 “해수면 상승은 기후변화로 인해 발생한 파괴적인 영향 중 하나일 것”이라며 “우리 세대는 지구 해수면이 의미있는 수치만큼 변화하지는 않는다. 다만 몇 세대 뒤 자손을 위해 얼마나 해수면이 상승하고 있는지 도표로 그려보는 것에 불과하다고 말했다.
산업혁명 이후 광범위한 화석연료 사용으로 발생한 상당량의 이산화탄소와 다른 온실가스가 대기 중에 쌓여왔다. 이런 가스가 지구온난화의 주요 원인이다.바다는 과도한 온실가스로 인해 대기 중에 갇힌 열의 90% 이상을 흡수해 기후를 안정시키는데 도움을 준다. 그러나 기온이 따뜻해질수록 바닷물은 열팽창하고 빙하가 녹아 해수면이 점차 상승하고 있다. 그 결과 지난 25년간 해수면 상승 속도는 계속 증가했다.
월니스 연구원은 “전 세계 해수면은 인류가 기후를 어떻게 변화시키고 있는지를 보여주는 가장 완벽한 척도가 된다. 해수면 상승은 지구 표면의 70%가 점점 높아지고 있음을 의미한다. 우리는 그것을 측정하려고 한다고 연구 목적을 밝혔다.