천문 데이터 활용 인공위성 추적 및 궤도 분석

초록

본 연구는 불가피하게 천문 이미지에 나타나는 위성 잔광을 활용해 인공위성의 식별과 궤도 파라미터 추정을 시도한다. 불가리아 메시티사 천문대 2024년 전체 관측 데이터를 Tycho‑Tracker 소프트웨어로 자동 분석하고, 식별 결과를 N2YO·CelesTrak 등 공개 위성 데이터베이스와 교차 검증하였다. 강한 지자기 폭풍(Dst < ‑100 nT) 기간과 겹치는 5개의 사건을 중심으로 궤도 이심률·반장축 변화 여부를 탐색했으며, 단일 관측소만으로는 제한적인 활용 가능성을 확인하면서도 다점망 구축 시 보완적 데이터원으로서의 잠재력을 제시한다.

상세 분석

이 논문은 천문 관측에서 발생하는 위성 트레일을 ‘폐기 대상’이 아니라 ‘유용한 과학 데이터’로 전환하려는 시도를 체계적으로 전개한다. 먼저 2024년 한 해 동안 메시티사 천문대가 수집한 5 930장의 FITS 이미지 중 자동 스크립트를 이용해 위성 잔광이 포함된 593장을 선별하였다. 월별로는 1월·2월 5장씩, 3월 13장, 4월 96장, 5월 10장, 6월 91장, 7월 170장, 8월 97장, 9월 58장, 10월 28장, 11월 9장, 12월 11장으로, 계절·기상·관측 목표에 따라 큰 변동을 보였다.

다음 단계에서는 2024년 전 세계 강한 지자기 폭풍(Dst < ‑100 nT) 12건 중 5건(3월 3일, 4월 19일, 5월 11일, 8월 12일, 10월 11일)에서 위성 트레일이 관측되었으며, 총 18개의 이미지가 해당 폭풍과 겹쳤다. 이는 강풍이 발생하는 동안에도 밤하늘 관측이 가능하다는 점을 시사한다.

위성 식별은 Tycho‑Tracker 웹 툴을 이용해 트레일의 시작·끝 좌표를 수동 입력하고, 자동으로 궤도 요소와 후보 위성명을 도출하였다. 대표 사례인 2024‑08‑12의 트레일은 HJS‑4A(58691U)로 확인되었으며, N2YO와 CelesTrak 데이터베이스와 일치했다. 해당 위성은 2023년 12월 발사된 중국 Jiuquan 발사체이며, 궤도 고도(페리게이 ≈ 1110 km), 경사(≈ 50°) 등 기본 파라미터가 공개 데이터와 부합한다.

그러나 전체 18건 중 7건은 식별이 일치하지 않아 성공률이 약 61%에 머물렀으며, 대부분이 파편(debris)으로 추정된다. 파편은 궤도 정보가 불완전하거나 TLE 업데이트가 늦어 식별이 어려운 점이 드러난다. 또한, 강풍 기간 동안 이심률(eccentricity) 변동이 관측되었지만, 동일 기간 전후의 평온한 구간에서도 유사한 변동이 나타나 인과관계를 확정하기엔 데이터가 부족했다.

연구자는 추가적으로 Wu et al.(2025)에서 보고된 FENG YUN 3G의 급격한 궤도 저하 사례와 비교했으며, 강한 폭풍 시 반장축(semi‑major axis) 감소가 미세하게 포착된다는 점을 강조한다. 그러나 현재는 단일 관측소의 시야 제한, 기상에 의한 데이터 손실, 자동화된 식별 알고리즘의 미성숙 등으로 인해 정량적 분석이 제한적이다. 향후 다국적·다점망 관측 네트워크를 구축하고, 실시간 TLE와 연동한 자동 추적 파이프라인을 개발한다면, 위성 궤도 변동을 실시간으로 모니터링하고, 우주 기상 예보에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.