‘대기권 재진입’ 스페이스X 로켓, 오염 물질 방출…실시간 관측 성공 [우주로 간다]

과학자들이 사상 처음으로 지구 대기권에서 우주 쓰레기가 타면서 생성되는 대기 오염 물질을 실시간으로 관측하는 데 성공했다고 스페이스닷컴 등 외신들이 19일(현지시간) 보도했다.

해당 연구 결과는 이날 네이처 자매지 ‘커뮤니케이션즈 어스 앤 인베스트먼트’에 실렸다.

2025년 2월 19일 독일 베를린 상공에서 스페이스X 팰컨 9 상단부가 대기권으로 재진입하는 모습 (사진=Gerd Baumgarten)

이번 연구는 대기권 재진입 과정에서 발생하는 유독성 물질이 대기 중에서 어떤 화학 반응을 일으키는지 규명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 연구진은 이러한 오염 물질이 지구 대기와 기후에 잠재적으로 심각한 영향을 미칠 수 있다고 지적했다.

독일 연구진, 작년 2월 스페이스X 로켓 재진입 관찰

연구의 계기는 2025년 2월 19일 스페이스X의 팰컨9 로켓 상단부가 유럽 상공으로 재진입한 사건이다. 당시 로켓 잔해는 폴란드 전역에서 발견됐다. 독일 라이프니츠 대기물리학 연구소 연구팀은 빛의 주파수에 따라 특정 화학 원소를 감지할 수 있는 레이저 펄스 레이더(LIDAR)를 활용해 해당 현상을 관측했다.

논문 공동저자인 로빈 윙 라이프니츠 대기물리학 연구소 연구원은 “데이터 분석 결과, 특정 고도와 시간대에서 리튬 밀도가 10배 증가한 강력한 신호를 확인했다”며 “로켓의 대부분은 아일랜드 해안 상공 약 96㎞ 고도에서 증발한 것으로 보인다”고 설명했다.

2025년 2월 19일 독일 잉거슬레벤 상공에서 스페이스X 팰컨 9 로켓 잔해가 불타오르고 있는 모습 (이미지=Bennett Theile)

연구진에 따르면 이후 형성된 오염 물질 기둥은 바람을 타고 서유럽을 가로질러 독일까지 이동하는 데 약 20시간이 걸렸다. 반면 잔해 조각은 아일랜드에서 폴란드 서부까지 약 1500㎞를 2분 30초 만에 횡단한 것으로 분석됐다.

연구팀은 해당 연기가 실제로 팰컨9 로켓 재진입에서 비롯된 것인지 확인하기 위해 유럽중기기상예보센터(ECMWF)의 지구 대기순환 모델을 활용해 역산 분석을 실시했다. 그 결과, 오염 물질 기둥의 위치와 시점이 로켓 재진입 잔해 궤적과 정확히 일치하는 것으로 나타났다.

연구진은 특히 대기 중에 극미량으로 존재하는 리튬에 주목했다. 윙 연구원은 “리튬은 인공위성 재진입을 추적하는 데 유용한 지표가 될 수 있다”며 “자연 운석에 포함된 리튬은 전 세계적으로 하루 약 80g 수준으로 추정되지만, 팰컨9 로켓 한 기에는 알루미늄-리튬 합금 동체와 리튬 배터리 등을 포함해 약 30㎏의 리튬이 사용된다”고 밝혔다.

우주쓰레기, 대기 오염 가능성 ↑

최근 몇 년간 우주 쓰레기의 대기권 재진입은 점차 심각한 문제로 부상하고 있다. 지난 10년 사이 궤도에 배치된 인공위성이 급증하면서 지구 대기권으로 유입되는 우주 쓰레기 역시 크게 늘었다. 유럽우주국(ESA)은 노후 인공위성, 사용이 끝난 로켓 추진체, 각종 파편 등 우주 쓰레기가 하루 평균 3개 이상 지구로 재진입하는 것으로 추산하고 있다.

매년 수백 톤에 달하는 우주 쓰레기가 대기권에서 연소되면서 자연적으로 존재하지 않는 화학 물질이 방출된다. 그 양은 자연 운석에 비하면 적지만, 인공 물질이 연소되며 생성되는 오염 물질은 오존층을 손상시키고 대기의 열 균형을 교란할 가능성이 있다는 점에서 우려가 제기된다.

특히 알루미늄은 재진입 과정에서 산소와 반응해 산화알루미늄 또는 알루미나를 형성하는데, 이는 오존층 파괴를 가속화하고 대기 반사율을 변화시켜 지구 온도에 영향을 미칠 수 있는 물질로 알려져 있다. 다만 리튬이 대기 화학 과정에 미치는 영향에 대해서는 아직 연구가 충분히 이뤄지지 않았다고 연구진은 설명했다.

앞서 2023년 고고도 항공기 관측을 기반으로 한 연구에서는 지구 성층권 에어로졸 입자의 약 10%가 소각된 위성에서 기원한 금속 입자를 포함하고 있다는 사실이 확인된 바 있다. 이번 연구는 특정 재진입 사건과 가시적인 대기 오염 물질 기둥을 직접적으로 연결 지은 첫 사례라는 점에서 의미가 크다.