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성층권은 구름도 없는 매우 조용한 곳이야. 그런데 다른 위성들에게 물어보니 최근 몇 년 전부터 성층권이 북적이기 시작했대. 과학자들의 관심을 받고 있는 것 같더라고. 심지어 지상에 만든 인조 성층권이 있다는 소문도 있던데, 정체가 뭐지?

지구의 대기를 박스 안에 재현하다!

지난 2월 한국표준연구원 김용규 책임연구원이 이끈 고층기상연구팀은 고도 10~50km에 위치한 성층권을 지상에서 재현할 수 있는 ‘고층기상모사시스템(UAS)’을 개발했습니다. 일종의 인조 성층권이죠. 이는 폭과 깊이가 1.5m, 높이가 2m인 온도 조절이 가능한 박스형 챔버로, 밖에 연결된 다양한 장치들로 고층 대기 환경을 만들어요. 우선, 제논(Xe) 램프로 자연 빛에 가장 가까운 빛을 쏴 챔버 안에 태양빛을 만들어요. 그리고 습도 발생 장치와 일정한 속도로 공기를 흘려보내는 ‘소닉 노즐’로 챔버 안에 원하는 온도와 습도, 풍속을 만들죠. 그 결과 온도는 영하 70℃~20℃, 기압은 5~500hPa, 빛은 1000W/㎡까지, 최대 고도 35km의 대기 환경을 만들 수 있어요. 

그런데 왜 이런 인조 성층권을 만든 걸까요? 성층권은 과학자들에게 특별한 공간이에요. 성층권에 있는 이산화탄소와 오존, 메탄 같은 물질들이 태양에너지를 흡수하거나 방출해 지구의 기후에 직접적인 영향을 미쳐요. 또 성층권은 우리가 살고 있는 대류권과 달리 고도가 높아질수록 온도가 높아져, 공기가 위아래로 잘 섞이지 않아요. 이렇게 안정적인 상태를 유지하는 덕분에 기후변화의 신호를 뚜렷이 관측할 수 있지요. 

그래서 과학자들은 기후변화를 감시하기 위해 기상을 관측하는 기기인 ‘라디오존데’를 성층권에 띄워 기온과 습도, 기압 등을 측정해 왔습니다. 하지만 태양빛에 의해 온도계가 뜨거워지거나, 바람 등으로 인해 측정값이 변하기 일쑤였어요. 측정값을 보정하더라도 지상에서 성층권에 대한 정확한 수치를 알기엔 한계가 있었지요. 

이럴 때 고층기상모사시스템(UAS)이 빛을 발하는 거예요. UAS에 라디오존데를 넣어 사전 실험을 한 뒤, 직접 성층권으로 올려보내 관측하면 보다 정확한 수치를 얻을 수 있지요. 연구팀은 올해 초 UAS를 업그레이드한 뒤, 3월 중 UAS에서 테스트한 라디오존데 장비들을 성층권으로 올려보낼 예정이에요. 김용규 책임연구원은 “UAS를 사용해 전 세계에서 사용하는 라디오존데를 국제 표준에 맞춰 평가할 수 있게 되었다”면서 “앞으로는 UAS로 테스트한 라디오존데의 측정 기능이 얼마나 정확한지 증명하는 연구를 진행할 예정”이라고 말했답니다.