고정돼 반짝이는 별 중 인공위성은 없어 / ‘지구정지궤도’는 적도 상공에만 존재

오는 7월 14일 러시아는 밤하늘에 가장 밝은 별을 쏘아 올릴 예정이다. 정확하게는 별이 아니라 인공위성이다. 러시아 말로 등대, 신호등을 의미하는 마약(Mayak)이라는 이름의 이 인공위성은 금속막으로 된 넉 장의 삼각형 거울로 이뤄진 사면체 모양이다. 각 면의 면적은 4㎡로 햇빛을 반사하면 최대  -10등급까지 밝아진다. 우리가 밤하늘에서 맨눈으로 볼 수 있는 가장 밝은 별이 1등급이고, 가장 어두운 별이 6등급이다. 1등급은 6등급에 비해 약 100배 밝다. -10등급이면 초승달보다도 밝은 밝기이다.

사람들은 막연하게 밤하늘에 빛나는 별 중에 상당수가 인공위성일 것이라고 생각한다. 하지만 밤하늘에 고정돼 반짝이는 별 중에 인공위성은 없다. 인공위성은 한자리에 가만히 머무를 수 없기 때문이다. 만약 인공위성이 별처럼 한 곳에 고정돼 있다면 지구의 중력으로 인해 땅으로 추락해 버릴 것이다.

지구 주위를 도는 인공위성이 햇빛을 받으면 마치 움직이는 별처럼 보인다. 인공위성의 밝기는 표면 재질이나 태양과의 각도, 관측자와의 거리에 따라 다르다. 국제우주정거장의 경우는 금성 정도의 밝기인 -4등급까지 밝아진다. 저궤도를 도는 이리듐 통신위성은 태양과의 각도에 따라 이보다 수십 배 밝게 빛날 때도 있다. 하지만 그렇게 볼 수 있는 시간은 1분 내외로 짧아서 보이는 시각을 정확히 알아야만 볼 수 있다.

인공위성이 밤하늘에서 움직이는 속도는 고도에 따라 다르다. 고도가 낮을수록 지구의 중력이 세기 때문에 더 빠른 속도로 돈다. 고도가 400km 정도인 국제우주정거장의 경우 지구를 한 바퀴 도는 데 1시간 반 정도가 걸린다. 지평선 한쪽에서 나타나 반대쪽으로 사라질 때까지 몇 분 걸리지 않는 속도다.

고도 1000km인 저궤도 위성은 그보다 두 배 정도 느린 속도로 돈다. 지상 약 3만6000km의 적도 위에 있는 위성은 지구의 자전과 같은 속도로 공전한다. 이 궤도를 지구정지궤도라고 부른다. 실제로 위성이 정지해 있는 것이 아니라 하루에 한 바퀴 지구를 돌기 때문에 지상에서 보면 마치 정지해 있는 것처럼 보이기에 붙여진 이름이다. 지구정지궤도는 적도 상공에만 존재한다. 아파트나 주택에 설치된 위성 안테나가 남쪽을 가리키는 이유는 바로 이들 방송 위성이 그 방향에 있기 때문이다. 지구정지궤도 위성은 저궤도 위성에 비해 거리가 수십 배 멀리 있어 어둡고, 별 사이를 이동하는 속도도 매우 느리기 때문에 찾기 쉽지 않다.

위성을 궤도에 올릴 때는 로켓을 이용한다. 위성의 궤도가 지구에서 멀수록 더 큰 힘으로 로켓을 날려야 한다. 이에 지구정지궤도까지 위성을 올리려면 더 많은 연료가 필요하다.

달도 지구를 도는 위성이다. 인공위성에 비해 훨씬 크고 밝지만 빛나는 원리는 같다. 달의 공전주기가 한 달 정도인 것은 인공위성보다 훨씬 멀리 있기 때문이다. 지구에서 멀어질수록 중력이 약해지고, 공전주기는 길어진다. 하지만 위성이 지구를 도는 한 결코 별처럼 하늘에 고정되어 빛날 수는 없다. 별은 별이고 위성은 위성일 뿐이다.

이태형 한국우주환경과학연구소장