해저 선박 잔해의 자기장 영상화와 해석 방법

초록

본 논문은 선박 잔해가 해저에 남긴 강자성 물질이 지구 자기장을 변형시키는 현상을 이용해, 지표면에서 프로톤 자기계로 측정한 데이터를 기반으로 잔해의 위치·형태·방향을 추정하는 방법을 제시한다. 모델링 절차, 역산 알고리즘, 그리고 YSTROOM·BOUBOULINA(전 COLONEL LAMB) 선박 사례 분석을 통해 실용적 적용 가능성을 검증한다.

상세 분석

이 연구는 해저에 침몰한 선박이 포함하고 있는 철제 구조물(용골, 갑판, 엔진 등)의 강자성 특성이 주변 지구 자기장을 국소적으로 왜곡한다는 물리적 전제를 바탕으로 한다. 저자는 먼저 단순한 점자석, 선형 전류루프, 그리고 실제 선박 형태를 근사한 다중 직육면체 모델을 구축하여, 각 모델에 대한 자기장 퍼텐셜과 그라디언트를 정밀히 계산한다. 특히, 해수의 전도성에 의한 감쇠와 깊이에 따른 거리 감쇠 법칙을 포함한 3‑D 유한요소 해석(FEM)을 적용해, 표면에서 측정 가능한 수직 성분(ΔBz)의 공간 분포를 예측한다.

데이터 처리 단계에서는 고해상도 프로톤 자기계로 수집된 ΔBz 맵을 먼저 배경 지구 자기장과 지역 잡음(자기 폭풍, 인공 전자기 간섭 등)을 제거하기 위해 고차원 다항식 보정과 주파수 대역 필터링을 수행한다. 이후, 잔해의 중심 좌표와 깊이를 추정하기 위해 비선형 최소제곱 최적화(Levenberg‑Marquardt)를 적용하고, 잔해의 장축 방향과 회전 각도는 2‑D 푸리에 변환을 통한 주파수 스펙트럼 분석으로 도출한다.

YSTROOM 사례에서는 잔해가 약 30 m 길이의 직사각형 형태로, 깊이 12 m, 남북 방향으로 약 15° 기울어져 있음을 확인했다. BOUBOULINA는 복합적인 구조(선체와 엔진 블록)로 구성되어, 두 개의 주요 자기 신호 피크가 서로 8 m 간격으로 나타났으며, 이는 선체와 엔진이 서로 다른 깊이에 위치함을 의미한다. 두 사례 모두 모델 기반 시뮬레이션과 실제 측정값 간의 상관계수가 0.92 이상으로, 제안된 방법의 정밀도가 높음을 입증한다.

마지막으로 저자는 현재 모델이 강자성 물질의 비균질성(녹, 부식 등)과 해저 토양의 비등방성(자기 감쇠율 차이) 등을 충분히 반영하지 못한다는 한계를 인정하고, 향후 다중 주파수 자기계와 인공신경망 기반 역산 알고리즘을 결합한 연구 방향을 제시한다.