오로라 연출한 태양 폭풍, GPS '10m 오차' 만들었다

美 연구진, 지구물리 연구 레터스에 논문…"자율차·첨단 농업 위협" 경고

강력한 태양 플레어가 촉발시킨 지자기 폭풍으로 전 세계 위성항법시스템(GPS)에 대혼란을 초래했던 것으로 나타났다. 

IT매체 기즈모도는 미국 항공우주공사 우주물리학자 엔다워크 이젠가우가 이끄는 연구진이 당시 발생한 태양 폭풍의 영향을 분석한 연구 결과를 국제 학술지 ‘지구물리 연구 레터스’에 발표했다고 2일(현지시간) 보도했다.

이들이 연구한 것은 2025년 11월 11일 발생한 태양 플레어 현상이었다. 당시 이 현상으로 하늘에 아름다운 오로라가 등장해 멋진 구경 거리를 선사했다. 

하지만 당시 플레어는 일상에 필수적인 첨단 기술 시스템에 심각한 장애를 유발했던 것으로 밝혀졌다.

2024년 태양흑점 영역 3912에서 발생한 태양 폭풍 (출처=NOAA)

연구진은 지자기 폭풍이 전 세계 GPS에 초래한 교란 정도를 측정하는 데 성공했다. 측정 결과 미국 전역에서 정밀 농업과 자율주행 차량 운행에 직접적인 영향을 미칠 수준의 심각한 위치 오차가 발생한 것으로 확인됐다.

전리층 과부하로 GPS 신호 왜곡…美 전역서 10m 이상 오차

태양 폭풍이 발생하면 지구를 향해 강력한 방사선과 대전 입자를 쏟아낸다. 이 입자들은 지구 상층 대기인 ‘전리층’에 과부하를 일으키고 왜곡시킨다. 이 과정에서 전리층을 통과하는 GPS 무선 신호의 속도가 느려지거나 경로가 휘어지게 된다.

이러한 신호 왜곡 현상은 일반적으로 적도나 극지방 부근에서 더 강하게 나타나지만, 강력한 지자기 폭풍이 불 때는 중위도 지역까지 확장된다. 연구진은 2025년 11월 태양 폭풍의 여파를 관측하기 위해 북미 전역의 오로라 카메라 관측 자료와 지상 GPS 수신기 네트워크 데이터를 결합·분석했다.

2025년 강력한 G4 지자기 폭풍이 몰아쳤을 때, 드림라이너 조종사가 지표면을 장식한 오로라의 모습을 사진으로 촬영했다. (출처=매트 멜닉)

연구진은 폭풍 발생 중 전리층 내 고에너지 전자 밀도 변화와 신호 변동, 위치 오차를 지도에 나타냈다. 태양 폭풍이 심해짐에 따라 지구 자기장을 따라 강하한 전자들이 다양한 위도대의 대기 상층부 가스와 충돌하는 현상이 관측됐다.

그 결과 미국 서부에서 동부, 남쪽의 플로리다에 이르기까지 전역에서 강한 신호 변동이 관찰됐다. 이러한 불규칙한 교란으로 위성 신호가 수 시간 동안 불안정해졌으며, GPS 위치 오차는 약 10m 이상까지 벌어졌다.

정밀 농업 타격·자율주행 경로 이탈 위험…예측 도구 개발 시급

10m 수준의 위치 오차는 GPS 기반의 자율주행 트랙터 등 정밀 농기구 작동에 치명적이다. 앞서 2024년 5월 농번기에도 강력한 지자기 폭풍이 지구를 강타해 미국 중서부 농가에 5억 달러(약 6700억 원) 이상의 경제적 피해를 입힌 바 있다.

연구진은 "만약 11월에 발생한 초대형 태양 폭풍이 미국 농작물 재배 기간에 일어났다면 농업 분야에 막대한 경제적 손실을 불러왔을 것"이라고 설명했다. 아울러 위치 오차가 자율주행 차량의 주행 경로를 탈선시킬 정도로 위협적이었다고 지적했다.

과학자들은 11년 주기의 태양 활동 극대기에 폭발이 일어날 가능성은 예측할 수 있지만, 정확한 폭발 시점과 규모까지 맞히기는 여전히 어렵다고 입을 모은다. 현재 연구진은 태양 폭풍을 보다 빠르고 정확하게 예측할 수 있는 신규 도구 개발에 집중하고 있다.

연구진은 "이번 연구는 다양한 우주 기상 현상을 정확히 이해하는 것이 얼마나 중요한지 보여준다"며 "통합 관측과 물리학 기반 모델링을 통해 예측 능력을 향상시킴으로써, 우주 기상 이벤트 발생 시 무선 주파수 응용 프로그램의 중단 피해를 최소화해야 한다"고 강조했다.