태양풍으로부터 인간을 지켜라!
―지구 밖에서 벌어지는 우주날씨를 쉽게 이야기해주는 책

그런데 우주에도 날씨가 있을까? 있다! 눈이나 비, 바람처럼 친숙한 날씨는 아니지만, 지구 바깥도 태양 때문에 계속 환경이 바뀐다. 태양은 언뜻 평온해 보이지만 사실은 쉼 없이 폭발하면서 엄청나게 많은 물질을 주위로 뿜어내고 있다. 이를 태양풍이라고 하는데, 빠른 속도로 지구로 향하는 고에너지 입자들과 온갖 전자기파가 지금 이 순간도 지구를 때리고 있다. 이렇게 태양으로 인해 나타나는 이러한 환경 변화를 우주날씨(또는 우주환경, 우주기상)라고 한다.
태양이 지구에 미치는 영향이 매섭기는 하지만, 모든 게 다 무시무시한 것은 아니라서 오로라 같은 아름다운 광경을 보여주기도 한다. 오로라는 우리가 지구에서 맨눈으로 볼 수 있는 대표적인 우주날씨다.
《우주날씨 이야기》는 우주날씨가 무엇인지, 우주날씨가 지구에 사는 우리에게 어떤 영향을 미치는지를 이야기한다. 이를 위해 태양의 폭발과 흑점, 태양풍, 우주방사선, 지구 자기장, 전리층, 오로라, 밴앨런대, 플라스마 같은 우주날씨의 다양한 요소들과 인공위성 이야기를 펼친다.
눈이나 비 같은 날씨 현상은 지표면으로부터 10킬로미터 이내에서 발생한다. 하지만 기술이 발전하여 전기를 사용하고 무선통신을 하고 GPS를 쓰고 인공위성을 쏘아 올리고 우주를 탐사하는 지금은 지표에서 100킬로미터 위쪽(보통 연구자들은 100킬로미터 아래는 기상청이 관할하고, 100킬로미터 위쪽은 한국천문연구원이 관할한다고 말하곤 한다)은 물론이고 먼 우주의 날씨까지 모두 중요하다.
우주날씨의 변화는 지상에 있는 우리가 보통 잘 느끼지 못한다. 지구의 자기장이 훌륭한 방패막이 역할을 하고 있기 때문이다(지구뿐 아니라 행성의 자기장은 너무나 중요해서 그 행성에 생명체가 살 수 있느냐 없느냐의 중요한 기준이 되기도 한다). 하지만 때로는 큰 재난으로 다가온다. 유난히 큰 규모의 태양폭발 등 예기치 않은 태양의 변화가 지구 자기장을 교란시키면 태양에서 날아오는 방사선 입자들(고에너지 입자)이 그대로 대기권에 들어올 수도 있고, 교란된 자기장으로 인해 전리층처럼 전기를 띤 대기층에 비정상적인 전류(유도전류)가 흘러 무선통신에 영향을 미치기도 하고, 거대한 전류가 직접 지상에 있는 전력시설이나 통신시설을 파괴할 수도 있다.
평소에는 잘 느끼지 못하지만 한 번 크게 발생하면 치명적인 영향을 주는 것이 우주날씨다. 특히 대부분의 나라와 도시 사람들이 최첨단 기기에 둘러싸여 사는 현대 사회에서는 태양의 강렬한 활동 한 번에 시스템이 크게 무너질 수도 있다.
사정이 이러니 하늘에서 맨몸으로 태양의 영향을 그대로 받아야 하는 인공위성이나 우주선, 우주비행사에게 태양 활동의 변화는 항상 주시해야 할 중요한 문제다. 태양풍의 영향으로 인공위성이 고장 나는 일도 드물지 않게 일어나며, 만약 우주비행사가 태양풍과 정면으로 마주친다면 후쿠시마 원자력발전소 근처에서 1,140년 동안 받게 될 우주방사선을 한 번에 받게 될 수도 있다.
이처럼 현대문명을 지탱하는 시스템을 태양으로부터 지키기 위해서는 태양의 활동을 예측하고 우주날씨를 예보하며 연구하는 것이 필수적이다.

인공위성 만드는 물리학자 황정아가 들려주는 우주날씨 이야기
―그리고 실제 제작자로서 들려주는 인공위성들의 활약과 임무들

《우주날씨 이야기》의 지은이 황정아 박사는 카이스트 물리학과 대학원 시절부터 인공위성을 만들었으며, SBS 드라마 <카이스트>에 등장한 사차원 소녀의 실제 모델로도 유명하다. 2013년 ‘올해의 멘토’로 미래창조과학부 장관 표창을 받았고, 2016년에는 ‘한국을 빛낼 젊은 과학자 30인’에 선정되었다. 지은이는 우주방사선과 오로라로 대표되는 우주날씨를 연구하고 우리나라의 인공위성 제작에 직접 참여하는 한편 비행기를 타고 다니며 북극항공로의 우주방사선 안전기준 및 관리정책을 연구하여 관련 법의 초안을 마련했다. 현재는 한국천문연구원에 재직하며 새로운 인공위성을 제작하고 있다.
얼마 전 일론 머스크가 세운 스페이스엑스가 세계 최초로 1단 추진 로켓을 발사에 재사용한 뒤 착륙시키는 데 성공하여 화제가 되었다. 스페이스엑스는 앞으로 수많은 인공위성을 발사하는 한편 화성여행을 실현하겠다는 계획을 발표했다. 2018년 우리나라에서도 전남 고흥의 나로우주센터에서 누리호 엔진시험발사체를 성공적으로 발사하면서 우주탐사에 대한 기대가 점점 커지고 있다. 세계 각국이 우주를 연구하고 우주를 탐험하고 싶어 하며 우주개발에 노력을 다하고 있다. 우리나라 역시 우주 연구와 탐사에 적극적으로 나서고 있으며, 그 과정에서 황정아 박사 같은 젊은 과학자들이 큰 역할을 하고 있다.
지은이는 태양폭발과 우주방사선, 오로라 외에도 우리나라의 우주탐사 계획과 인공위성 개발에 관한 이야기, 우리 선조가 이미 900년 전에 오로라와 태양 흑점의 관측 기록을 남겼다는 이야기, 냉전시대에 시작된 인공위성 개발 경쟁에 얽힌 비화, 점점 늘어나는 우주쓰레기 때문에 앞으로 우주탐사는커녕 인공위성도 띄우지 못할지도 모른다는 걱정 그리고 작은 크기의 인공위성인 큐브샛 같은 차세대 인공위성 개발에 관한 이야기를 폭넓게 들려준다.
《우주날씨 이야기》는 직접 몸으로 부딪치고 밤을 새우며 인공위성 제작에 헌신한 실제 개발자의 경험담을 생생히 들을 수 있는 좋은 기회를 선사한다. 더불어 과학으로 인류의 미래를 책임지고 세상을 더 안전하게 만들고자 하는 지은이의 관심과 헌신을 느낄 수 있다.

태양계의 끝, 어디까지 가봤니?
―‘지구인’들에게 중요한 ‘미션’은 자연에 대한 호기심과 겸손임을 가르쳐주는 책

2019년은 인류가 달에 첫발을 내디딘 지 50년이 되는 해다. 우주를 향한 인류의 위대한 도약으로 평가되는 달 착륙 50주년은 우주탐사에 대한 우리의 현 상황을 짚어보고 다음 50년을 준비하기에 적절한 시점이다. 우주를 향한 인류의 호기심은 수많은 인공위성을 우주로 올려 보내게 했고, 보이저 쌍둥이는 이제 막 태양권을 벗어나 본격적으로 먼 우주를 탐사하기 시작했다. 이제는 우주여행도 그리 먼 미래의 일이 아니다. 본격적으로 눈앞에 다가온 우주시대를 맞이한 지금, 인공위성과 우주선이 나가고 인간이 살게 될 우주의 환경을 제대로 이해하는 일의 중요성은 새삼 강조할 필요가 없다.
《우주날씨 이야기》를 읽으면 인류의 삶이 우주환경의 변화, 즉 우주날씨와 밀접하다는 사실을 충분히 이해하게 될 것이다. 우리는 지구에 발을 딛고 사는 지구인이지만, 이미 우주의 날씨와 떼려야 뗄 수 없는 우주인으로 살고 있다. 태양폭발 때문에 발생할 수 있는 우주재난에 대비해야 한다는 실용적인 측면에서도 우주날씨에 대한 정확한 이해가 필요하다. 또한 태양계의 일원인 지구에 살고 있는 지구인으로서, 우리 주변 환경을 이해하고자 하는 순수한 과학적 목적에서도 우주날씨는 매우 중요하다.
《우주날씨 이야기》를 읽고 나서 우리가 배울 수 있는 것은 자연의 경이와 미래에 대한 긍정적인 시선과 우주에 관한 과학적 호기심의 중요성이다. 이것이 이 책을 그저 흥미로운 우주과학 교양서에 머무르지 않게 해준다. 《우주날씨 이야기》는 우주날씨와 인공위성에 관한 과학적 지식을 전달하는 것은 물론 미래 인간의 생존을 다시 생각하게 만드는 재미있는 과학 입문서다.

들어가기

1장 우주날씨의 시작, 태양
우리의 어머니별, 태양
태양은 얼마나 크고 얼마나 뜨거울까
태양에서는 무슨 일이 일어날까
개기일식, 태양을 관측할 절호의 기회
망원경, 태양을 관측하는 커다란 눈
태양의 까만 점은 그저 점일까
태양이 뿜어내는 바람
태양의 일생

2장 지구를 지켜주는 자기장
지구를 지키는 쉴드
지구를 둘러싼 자기장
본격적인 우주시대의 시작을 알린 밴앨런대
지구 자기권의 대혼돈, 지자기폭풍
지자기폭풍이 만드는 아름다운 오로라

3장 전기로 가득 찬 하늘과 오로라
지구의 대기권
전리층이 없으면 통신도 없다
전자는 전리층의 키맨
맨눈으로 볼 수 있는 우주날씨, 오로라
우주날씨의 세 가지 요소
우주날씨 예보, 어떻게 하나
전 세계의 우주날씨 예보
참고 | 우주날씨 3요소의 등급

4장 폭발하는 태양으로부터 인공위성을 구하라!
드라마 주인공이 된 대학원생
내 첫 인공위성, 과학기술위성 1호
우주날씨에 민감한 인공위성
인공위성은 무슨 일을 할까
새 세대 인공위성, 큐브샛
로켓 나로호
참고 | 할로윈 폭풍으로 피해를 입은 인공위성들과 사후 조치

5장 생명을 위협하는 우주방사선
극지방에 쏟아지는 우주방사선
우주방사선을 피할 수 없는 사람들
다시마와 미역만으로 우주방사선을 막을 수 있을까
우주방사선은 생명체에 어떤 영향을 미칠까
우주방사선을 예보한다
인공위성도 무서워하는 우주방사선
참고 | 생활주변방사선 안전관리법과 그 시행령

6장 지구 바깥에 쓰레기가 돌고 있다
인공위성을 위협하는 인공 우주물체
하늘에서 인공위성이 쏟아져내려
우주쓰레기를 치우자!
우주물체 감시는 전 인류의 일

7장 먼 우주의 우주날씨
얇은 자기권으로 겨우 버티는 행성
기체로 된 거대 행성의 우주날씨
태양계 행성의 지위는 잃었지만 깊은 우주의 시작이 된 행성의 날씨
인공위성의 고향에서 만난 지구인의 유서
먼 우주로 향하는 보이저 탐사선
태양계와 태양권
태양권의 끝, 태양권계면
태양권 바깥은 미지의 세계

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참고자료

우주방사능을 막아라!
―북극항로를 지나는 비행기를 타면 방사선에 노출될 수 있다?

2018년, 국내 항공사에서 근무하다 퇴사한 승무원이 백혈병으로 산업재해 신청을 한 일이 화제가 되었다. 국내 항공사들이 미주 노선에서 북극항로를 운항하고 있는데, 이 항로를 지나는 비행기를 타는 동안 받는 저선량의 방사선이 시간이 흐른 후 암, 백혈병, 수명 단축, 유전적 결함을 일으킬 가능성이 있다. 이러한 방사선 피폭 위험은 승무원들만의 문제가 아니라 승객들의 건강과도 직결되어 있다.
북극은 지구의 자기력선이 열려 있어서 태양에서 오는 물질들이 지구 대기로 곧장 들어올 수 있는 통로다. 따라서 북극에서는 지구의 자기력선과 함께 대기로 침투해 들어온 태양의 고에너지 입자들 때문에 적도나 다른 지역보다 더 많은 방사선에 피폭될 수 있다. 이처럼 비행기 운항과 우주방사선은 인간의 건강과 생명에 직결된다.
더욱이 우주방사선은 생명체가 아닌 기계에도 큰 영향을 미친다. 인공위성이 우주방사선에 피폭되면 수명이 줄거나 고장 나는데, 인공위성은 학술 연구용이나 군사용은 물론이고 통신용이나 GPS 측정용 등으로도 쓰이므로 현대인들의 일상에 반드시 필요하다.
우주의 날씨가 급격히 변화할 때 생기는 이러한 피해는 앞으로 더욱 심각해질 것이다. 이 사례들은 우리의 생활과 우주날씨가, 사실은 얼마나 밀접한지를 보여준다.

한국천문연구원에서 지구방사선대와 우주환경을 연구하고, 인공위성을 만든다. 과학기술연합대학원대학교UST 천문우주캠퍼스 캠퍼스대표교수이기도 하다. 한국과학기술원KAIST 물리학과에서 플라스마 물리학으로 박사학위를 받았다. 학위과정 동안 과학기술위성 1호의 우주물리 탑재체 개발에 참여하면서 인공위성과의 인연이 시작되었다. 현재는 4기의 6유닛U 큐브샛 미션인 스나이프SNIPE 프로젝트의 시스템 엔지니어를 맡고 있다.
언젠가는 우리나라도 태양계 탐사뿐 아니라 태양권계면을 벗어나 새로운 지평선을 여는 인공위성을 개발할 것이고, 이 계획에 주도적으로 참여하고 싶다는 소망을 갖고 있다. 2018년부터 국가우주위원으로, 2019년부터 정지궤도복합위성개발사업 추진위원회와 방위사업청의 425 정찰위성사업의 자문위원으로 활동하며 이 꿈을 향해 한 걸음 한 걸음 나아가고 있다.
20여 년간 인공위성 개발과 우주과학을 연구해온 과학자로서, 세금을 내는 국민들에게 우리나라 과학 현장의 생생한 모습을 전달하는 일이 매우 중요하다고 생각하여 대중과 소통하는 강연과 저술 등을 꾸준히 해오고 있다. 이런 노력의 일환으로 한국과학창의재단의 이사로도 활동하고 있다. 또한 이공계 여학생과 여성 과학자의 처우 개선에도 관심이 많아 여성가족부에서 진행하는 청년여성 멘토링 사업의 이공계 분야 대표멘토로도 활동하고 있다.
아이들에게 조금이라도 더 나은 세상을 물려주고 싶은 황정아 박사는 세 아이의 엄마이기도 하다. 황정아 박사는 과학적 사고를 가진 사회, 그래서 합리적으로 생각하고 문제를 해결할 수 있는 사회, 결과적으로 보다 정의로운 사회를 만들기 위해 노력하고 있고, 그런 사회에서 우리의 아이들이 살아가기를 바란다. 지은 책으로 《우주날씨를 말씀드리겠습니다》와 《과학자를 울린 과학책》(공저)이 있다.