로빈 윙 독일 라이프니츠 대기물리학연구소(IAP) 연구원팀은 지난해 독일 베를린 상공 상층 대기에서 포착된 리튬 농도 급증 현상의 원인으로 팰컨9 로켓 상단부의 대기권 재진입 사건을 지목했다. 연구결과는 19일(현지시간) 국제학술지 '커뮤니케이션즈 지구 & 환경'에 공개됐다.
수명을 다한 위성이나 우주발사체 잔해는 보통 대기권으로 재진입하면서 지상에 도달하기 전에 모두 분해되도록 설계된다. 물체의 크기가 크고 제어할 수 있는 경우 사람이 살지 않는 바다에 떨어지도록 유도한다.
위성이나 우주발사체 잔해에 대한 기존 연구 대다수는 우주쓰레기 잔해가 지상에 도달할 가능성에 초점을 두고 있다. 우주쓰레기가 분해되면서 지구 대기권에 미치는 영향은 거의 밝혀진 바 없다.
2025년 2월 20일(현지시간) 독일 상공에서 리튬 원자 농도가 평소의 10배로 급증하는 현상이 포착됐다. 독일 북부에 있는 라이다(Lidar) 장비가 고도 85~120km에 해당하는 하부 열권의 리튬 원자 농도를 측정한 결과다. 라이다는 레이저를 활용해 대기 중 화학물질 변화를 감시할 수 있는 감시 장비다. 리튬 농도 급증은 고도 94~97km 범위에서 약 27분간 관측됐다.
연구팀은 지역 기상 데이터와 바람 모델을 활용해 리튬 원자들의 이동 경로를 계산해 발생 장소를 역추적했다. 분석 결과 베를린 상공에서 리튬 급증 현상이 발생하기 20시간 전 아일랜드 서부 대서양 상공에서 통제 불능 상태로 대기권에 재진입한 팰컨9 로켓 상단부가 원인으로 지목됐다. 재진입 당시 연료 탱크를 포함한 팰컨9 잔해 일부는 지상까지 도달해 폴란드에서 회수됐다.
재진입 지점과 관측 지점 사이의 거리는 약 1600km다. 자연 상태에서 대기 중 리튬 농도가 10배 증가할 가능성은 매우 희박하다는 설명이다.
단일 우주쓰레기가 유발한 오염을 측정한 사례 연구는 이번이 처음이다. 또 우주쓰레기의 연소 과정이 100km 고도에서 시작된다는 첫 관측 증거를 제시한다.
우주쓰레기가 분해되면서 방출되는 모든 물질을 이번 연구처럼 측정할 수는 없다. 연구팀은 "우주쓰레기 재진입이 장기적으로 대기에 어떤 영향을 미칠지 파악하려면 추가 관측과 대기 화학 모형 연구가 필요하다"면서도 "지난 10년간 발사 건수가 크게 증가했기 떄문에 상층 대기 오염량이 증가할 가능성이 높다"고 밝혔다.
스페이스X가 계획 중인 스타링크 위성 4만개의 총질량은 1만 톤을 넘을 것으로 예상된다. 위성 발사와 재진입 증가가 대기와 기후에 누적 효과를 초래할 수 있다는 우려가 나온다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s43247-025-03154-8