우주에서 지구 기후 추적

Rick Laezman
2022년 8월 17일
5분 분량

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/tracking-earth-climate-from-space

60년 이상 전, 최초의 위성 발사가 전 세계의 주목을 끌었습니다. 그 뒤를 이어 우주인이 뒤따랐고, 우주 탐사라는 개념이 공상 과학에서 현실로 도약했습니다.

새로운 천년기로 빨리 넘어가보자. 우주 여행과 더 중요한 것은 위성 기술이 그 초기 시절부터 진화했다. 동시에, 세계는 해결해야 할 완전히 새로운 문제들을 안고 있다.

©NASA TV

미국 정부의 국가 항공 우주국(NASA)은 하늘 탐사에서 세계적으로 주도적인 역할을 계속하고 있습니다. 캘리포니아주 라 캐나다 플린트리지에 있는 제트 추진 연구소(JPL)는 여러 시설 중에서 위성 기술 분야에서 최고의 시설로 돋보입니다. JPL은 다양한 주제에 대한 귀중한 정보를 수집하는 많은 위성 프로젝트를 보유하고 있습니다. 이러한 프로젝트가 모두 펄서나 블랙홀과 같은 멀리 떨어진 지구 외 현상을 조사하는 것은 아니라는 사실은 놀랍습니다. 많은 프로젝트가 지구에서 바로 문제를 연구하는 데 필수적인 데이터를 수집하고 있습니다. 이 중에서 기후 변화만큼 시급한 것은 없습니다.

열의 섬 렌더링

지구 온난화는 다양한 방식으로 나타났습니다.

예를 들어, 지구 온난화로 인한 기온 상승의 강조된 효과는 도시 환경에서 문서화되었습니다. 건물, 도로 및 기타 인프라는 도시에 고유한 특성과 상징적 모습을 부여하지만, 이러한 인공 구조물은 숲과 수역과 같은 자연 경관보다 훨씬 더 많은 정도로 태양열을 흡수하고 재방출합니다.

©NASA-JPL

미국 환경보호청(EPA) 에 따르면미국 환경보호청(EPA) 에 따르면 에 따르면 , 미국에서 열섬 효과로 인해 도시 지역의 주간 기온이 외곽 지역보다 약 1~7°F 높고 야간 기온이 약 2~5°F 더 높은 것으로 나타났습니다. 온실 가스의 영향으로 이미 상승하고 있는 기온과 결합하면 이는 전 세계 인구의 절반 이상(56%)이 거주하는 도시 거주자의 문제를 더욱 심화시킬 뿐입니다 . 연구와 데이터에 따르면 미국에서 열섬 효과로 인해 도시 지역의 주간 기온이 외곽 지역보다 약 1~7°F 높고 야간 기온이 약 2~5°F 더 높습니다. 온실 가스의 영향으로 인해 이미 상승하고 있는 기온과 결합하면 이는 전 세계 인구의 절반 이상(56%)이 거주하는 도시 거주자의 문제를 더욱 심화시킬 뿐입니다 .

열섬을 측정하는 데이터는 JPL ECOSTRESS 미션 의 산물 중 하나입니다 . 이 장치는 2018년 SpaceX Dragon에 탑재되어 발사된 이후 국제 우주 정거장(ISS)에 배치되었습니다. 지구 표면에서 방출되는 복사선을 측정하는 열 복사계로 구성되어 있습니다. 복사계는 스캐닝 거울과 망원경으로 구성되어 지구의 작은 지점에서 에너지를 매우 민감한 적외선 감지기로 집중시킵니다. ECOSTRESS는 4일 이내에 미국 본토의 90%를 지도화할 수 있습니다.

JPL의 ECOSTRESS 프로젝트 수석 연구원인 Simon Hook은 계측기의 정교함에 대해 설명합니다. 그는 "우리는 지구 표면 온도를 수십 분의 1도 이내로 측정할 수 있습니다."라고 설명합니다. "측정은 마이크로초 단위로 이루어질 수 있습니다."

이 임무의 목적은 식물이 물 부족에 어떻게 반응하는지 나타내기 위해 지면 온도의 변화를 측정하는 것입니다. 이는 가뭄과 물 사용이 농업 관행에 미치는 영향을 연구하는 사람들에게 중요한 정보를 제공할 것입니다.

이 정보는 열섬 조사에도 유용한 것으로 입증되었습니다. JPL 라디오미터는 도시 환경에서 극심한 열의 영향을 렌더링하는 여러 이미지를 생성했습니다. 예를 들어, 미션 웹사이트에 게시된 이미지는 올해 6월 라스베이거스 에서 발생한 열파의 역학을 보여줍니다. 기온은 화씨 109도에 도달했지만 도시 거리의 표면 온도는 훨씬 더 높았습니다. 열이 다양한 붉은색 음영으로 렌더링되는 JPL 이미지는 온도가 화씨 120도를 초과한 도시 거리를 반영하는 격자 패턴을 보여줍니다.

열섬은 도시 거주자에게 에너지 소비와 건강과 관련된 많은 문제를 안겨줍니다. 어떤 경우에는 그 영향이 열파로 인한 사망률을 높이는 데 기여할 수 있습니다. 열섬을 고려하면 그 영향을 줄이는 해결책을 찾을 수 있습니다. ECOSTRESS가 제공하는 데이터는 해당 해결책의 개발과 평가에 도움이 될 수 있습니다.

예를 들어, 로스앤젤레스 시는 ECOSTRESS를 사용하여 포장된 표면의 온도를 낮추는 테스트 프로젝트 의 영향을 측정했습니다 . 도시의 도로 서비스국은 도시 주변의 특정 테스트 지점에 냉각용 흰색 "페인트" 층을 적용했습니다. 적용 후 시는 효과를 측정했습니다. 시는 ECOSTRESS의 데이터를 사용하여 페인트 적용으로 인해 페인트가 칠해진 동일한 동네의 도로 표면과 페인트가 칠해지지 않은 동네의 도로 표면 사이에 13°F의 온도 차이가 발생했음을 확인했습니다.

먼지의 역학 측정

JPL 위성 기술은 지구 온난화의 영향을 연구하기 위한 다른 프로젝트에서도 사용되고 있습니다. 지구 표면 미네랄 먼지 출처 조사(EMIT)는 건조한 지역에서 대기를 통해 운반되는 먼지를 분석하여 지구에 어떤 영향을 미치는지 알아봅니다.

왜 먼지인가? 타당한 질문입니다. 결국, 그냥 먼지일 뿐이니까요.

모래와 먼지로 이루어진 공중의 구름이 미치는 영향은 개별 입자의 작은 크기가 암시하는 것보다 훨씬 더 큽니다.

전 세계적으로 강풍은 거대한 규모에 달하는 농도의 먼지 구름을 운반합니다. NASA에 따르면, 매년 강풍은 10,000대의 항공모함과 같은 무게의 10억 톤 이상의 미네랄 먼지를 운반합니다. 이 구름은 지구의 사막과 다른 건조한 지역에서 대기를 통해 이동합니다.

과학자들은 먼지가 환경과 기후에 영향을 미친다는 것을 알고 있지만, 그러한 영향이 무엇인지 또는 미래에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 자세히 판단할 만큼의 데이터가 충분하지 않습니다. EMIT는 그들이 찾고 있는 데이터를 제공할 수 있습니다.

최첨단 분광기는 JPL에서 개발되어 올해 6월 국제 우주 정거장으로 발사되었습니다. 이 기기는 1년 동안 전 세계적으로 10억 개 이상의 먼지-원-구성 측정값을 수집할 것입니다.

JPL의 프로젝트 수석 연구원인 로버트 그린은 각 먼지 입자가 어떻게 고유한지 설명합니다. "그것들은 우리에게 지문과 같은 서명을 줍니다." 이 기기는 이러한 고유한 특성을 감지할 수 있습니다. 그는 "이 종류의 기기의 품질에 대한 새로운 벤치마크를 설정하고 있습니다."라고 설명합니다.

EMIT가 수집한 정보는 다섯 가지 독특한 방식으로 대기 먼지 구름에 대한 과학적 이해에 기여할 것입니다.

첫째, 지구의 외딴 사막 지역에서 나온 광물 먼지의 구성을 식별합니다. EMIT는 전 세계적으로 먼지 출처의 색상과 구성에 대한 정보를 제공합니다. 이 데이터는 과학자들이 특정 지역에서 어떤 종류의 먼지가 우세한지 이해하는 데 도움이 될 것이며, 먼지가 기후와 지구 시스템에 미치는 영향에 대한 이해를 높일 것입니다.

둘째, EMIT 데이터는 미네랄 먼지가 지구를 가열하는지 냉각하는지 명확히 할 것입니다 . 현재 과학자들은 먼지의 가열 및 냉각 특성에 대해 확신하지 못합니다. 입자는 색상에 따라 다른 특성을 가지고 있기 때문입니다. 이는 열을 흡수하는지 반사하는지를 결정합니다. EMIT는 어두운 미네랄과 밝은 미네랄에서 얼마나 많은 먼지가 나오는지에 대한 자세한 그림을 제공합니다.

셋째, EMIT는 과학자들이 먼지가 다양한 지구 과정에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 미네랄 먼지 입자는 철, 방해석 또는 녹니석과 같은 다양한 물질로 만들어졌기 때문에 색상이 다양하며 이러한 물질은 지구 시스템에 다양한 방식으로 영향을 미칠 수 있는 다양한 특성을 가지고 있습니다.

©NASA

예를 들어, 미네랄 먼지는 구름 형성과 대기 화학에 역할을 합니다. 미네랄 먼지가 바다나 숲에 쌓이면 비료처럼 작용하여 성장에 필요한 영양분을 제공할 수 있습니다. 눈이나 얼음 위에 떨어지면 먼지가 녹는 속도가 빨라져 물이 더 많이 흘러내립니다. 그리고 인간의 경우 미네랄 먼지는 흡입 시 건강에 해로울 수 있습니다.

넷째, EMIT는 기후 모델의 정확도를 개선할 것입니다 . 이 프로젝트의 장비에서 제공하는 데이터를 통해 과학자들은 대기 먼지의 색상과 구성을 보다 정확하게 렌더링할 수 있으며, 따라서 이 먼지가 기후에 미칠 수 있는 영향과 그 기후가 먼지에 미칠 수 있는 영향을 이해할 수 있습니다.

다섯째이자 마지막으로, EMIT는 과학자들이 미래의 기후 시나리오가 대기 중의 먼지 유형과 양에 어떤 영향을 미칠지 보다 정확하게 예측하는 데 도움이 될 것입니다. 지구 온도가 상승함에 따라 건조 지역은 더욱 건조해질 수 있으며, 이로 인해 먼지가 더 많은 더 큰 사막이 생길 수 있습니다. EMIT의 도움으로 과학자들은 이러한 복합 효과와 기후 자체에 미칠 수 있는 "피드백 루프"에 대한 더 나은 이해를 얻을 수 있습니다.

하늘에서 지구 온난화 이해하기

JPL과 NASA는 우리 하늘의 끝없는 미스터리를 분석하는 다른 많은 위성 프로젝트를 진행하고 있습니다. 화성의 "마법의 바위"와 먼 세계의 생명체가 헤드라인을 장식하고 국내 시청자의 상상력을 자극할 수 있지만, 지구 현상에 대한 연구는 똑같이 중요합니다. 기후 변화에 대한 연구가 더욱 진지해짐에 따라 이러한 프로젝트의 데이터는 더 큰 의미를 갖게 되며 인류가 직면한 엄청난 변화를 개선하고 대처하는 데 도움이 되는 솔루션으로 이어질 수 있습니다.

*Rick Laezman is a freelance writer in Los Angeles, California, US. He has a passion for energy efficiency and innovation. He has been covering renewable power and other related subjects for more than ten years.