지금 떠 있는 인공위성

무엇을 보고 있나요

맑은 날 해가 지고 한 시간쯤 뒤 하늘을 몇 분 동안 올려다보세요. 언젠가 희미한 별 하나가 깜박이지도 않고 미끄러지듯 하늘을 건너가다가 중간쯤에서 스르르 사라집니다. 그것이 인공위성입니다. 저 위에는 위성이 몇 대나 있을까요? 그리고 왜 어떤 것은 보이고 어떤 것은 보이지 않을까요?

이 전시는 공개 궤도 목록에 올라 있는 활동 위성을 모두 그립니다. 위성마다 저마다의 궤도를 따라 햇빛 받는 지구 둘레를 돕니다. 2026년 10월 20일 06시 32분(UTC) 기준으로 이 목록의 활동 위성은 16,768대였습니다. 무대는 시계에 맞춰 위성을 움직이므로, 국제우주정거장이 한 시간 반 남짓에 지구를 한 바퀴 도는 모습, 막 발사된 스타링크 위성들이 줄지어 함께 가는 모습을 볼 수 있습니다. 카메라를 지구와 함께 돌리면 정지궤도 위성들이 적도 위에 고리처럼 멈춰 섭니다.

무대 위쪽에는 장면 여섯 개가 있습니다. 「지금」은 위성 전체를 보여 줍니다. 「내 하늘」은 내가 고른 곳의 땅 위에 나를 세우고, 지금 지평선 위에 어떤 위성이 있고 그중 맨눈으로 볼 수 있는 것이 무엇인지 보여 줍니다. 「높이」에는 시험 위성이 하나 있습니다. 궤도를 160 km에서 달 너머까지 올려 보며 높이가 한 바퀴 시간을 어떻게 정하는지 느낄 수 있습니다. 「궤도 종류」는 같은 위성들을 궤도 종류별 색으로 칠합니다. 「우주 쓰레기」는 네 번의 파괴 사건에서 나온 파편과, 레이더로 잡기에는 너무 작은 조각의 추정치를 보여 줍니다. 「1957년부터」는 지금까지 목록에 오른 모든 위성을 스푸트니크 1호부터 해마다 다시 보여 줍니다.

무대 아래에는 과제 11개, 46가지 항목의 위성 도감, 숨은 볼거리 20개, 흔한 오해를 바로잡는 카드, 출처를 단 숫자표, 그리고 지금 우리 동네 위에 있는 위성 목록이 있습니다.

처음 10초

전시는 지구 가장자리 가까이에서 시작합니다. 밝은 점은 햇빛을 받는 위성이고, 흐린 점은 지구 그림자 안에 들어간 위성입니다. 화면 가운데쯤 조금 크게 그린 점들이 짧게 줄지어 함께 움직입니다. 스냅숏에서 가장 최근에 발사된 스타링크입니다. 2026년 10월 13일, 자료를 받기 일주일 전에 로켓 하나에서 함께 풀려난 위성 27대입니다. 몇 초 뒤 카메라가 뒤로 물러나면 그 줄은 수천 개의 점 사이로 섞여 들어갑니다.

시계는 ×120으로 시작합니다. 화면의 1초가 궤도에서는 2분입니다. 실제 빠르기로 두면 500 km 높이의 위성은 초속 7 km 넘게 달리는데도, 이 거리에서는 너무 느려서 움직이는 것이 눈에 잘 띄지 않습니다. 아래쪽 버튼으로 실제 빠르기, ×120, ×1000을 고를 수 있고, 시간 배속 조작으로는 약 4천 배까지 올릴 수 있습니다.

위치는 어디서 오나요

그 많은 위성을 한꺼번에 볼 수 있는 사람은 없습니다. 대신 목록이 있습니다. 미국 우주군이 레이더와 망원경으로 궤도 위 물체를 추적하고, 그 궤도를 요소 세트로 펴냅니다. 요소 세트는 궤도를 나타내는 숫자 여섯 개와 궤도가 어떻게 바뀌는지 나타내는 숫자 몇 개로 되어 있습니다. 1985년부터 T. S. 켈소가 운영하는 CelesTrak은 이 요소 세트를 여러 형식으로 다시 공개하고, 활동 위성, 우주정거장, GPS, 사건별 파편처럼 묶음으로 나눠 둡니다.

이 전시는 2026년 10월 20일 06시 32분(UTC)에 CelesTrak에서 활동 위성 묶음, 파편 묶음 네 개, 위성 몇 대를 한 번 내려받아 페이지와 함께 저장했습니다. 페이지는 어디에도 실시간으로 요청을 보내지 않습니다. 그래서 무대 구석에 날짜가 찍혀 있습니다. 위치는 이 스냅숏을 바탕으로 내 브라우저에서 계산합니다. 하루이틀 안에는 대부분의 위성이 몇 km 안으로 맞습니다. 한두 주가 지나면 위성 하나하나는 스냅숏이 말하는 자리에서 벗어납니다. 엔진을 쓰거나, 높은 하늘의 공기가 달라지거나, 해와 달이 조금씩 끌어당기는 일처럼 요소 세트가 미리 알 수 없는 일이 실제 궤도를 바꾸기 때문입니다. 페이지를 열었을 때 스냅숏이 사흘 넘게 지났다면, 무대는 스냅숏 날짜의 같은 시각을 보여 주고 그렇다고 알려 줍니다.

목록에는 SATCAT이라는 두 번째 파일도 있습니다. 지금까지 목록에 오른 모든 물체가 한 줄씩 들어 있고, 이름, 소유자, 발사일, 떨어졌다면 떨어진 날, 마지막으로 알려진 근지점과 원지점 높이, 궤도 기울기가 적혀 있습니다. 스냅숏 날 이 파일은 71,088줄이었고, 그중 35,047개가 아직 지구 궤도에 있었습니다. 「1957년부터」 장면과 무대 아래 숫자 대부분이 이 파일에서 나옵니다.

요소 세트가 말해 주는 것

요소 세트는 우주에 놓인 타원 하나와 한 순간을 짧게 적어 둔 것입니다. 숫자 여섯 개가 궤도를 정합니다. 평균 운동은 하루에 몇 바퀴 도는지입니다. 스냅숏 날 ISS는 15.489바퀴였습니다. 이심률은 타원이 얼마나 길쭉한지로, 원이면 0이고 아주 긴 타원일수록 1에 가까워집니다. 궤도 경사는 적도에 대해 궤도가 기운 각도로, ISS는 51.6°, 두 극 가까이를 지나는 위성은 약 98°입니다. 승교점 적경은 궤도가 북쪽으로 올라가며 적도를 지나는 곳이 별들 사이 어디인지 알려 줍니다. 근지점 인수는 궤도에서 가장 낮은 점이 어디인지입니다. 평균 근점 이각은 요소 세트가 가리키는 순간(기원 시각)에 위성이 궤도 어디쯤 있었는지입니다.

낮은 위성에는 숫자 둘이 더 중요합니다. B*라고 부르는 항력 항은 옅은 공기가 위성을 얼마나 세게 붙잡는지 나타냅니다. 기원 시각은 시간 도장입니다. 이 스냅숏의 ISS 요소 세트는 10월 19일 18시 10분 54초(UTC)가 기원 시각으로, 내려받기 약 12시간 전이었습니다.

SGP4: 숫자 여섯 개를 위치로 바꾸기

어느 순간의 위치를 알려면 전파기가 필요합니다. 기원 시각에서 궤도를 앞으로 옮겨 주는 공식 묶음입니다. 목록의 요소 세트는 SGP4라는 전파기에 맞춰 만들어집니다. SGP4는 1980년 펠릭스 후츠와 로널드 로리히가 「스페이스트랙 보고서 3호」로 펴냈고, 2006년 데이비드 발라도, 폴 크로퍼드, 리처드 허잭, T. S. 켈소가 오류를 고치고 설명을 붙인 판을 시험 사례와 함께 내놓았습니다. SGP4를 구현했다면 누구든 이 시험 사례를 똑같이 재현해야 합니다.

SGP4는 위성에 작용하는 힘을 모두 흉내 내는 시뮬레이션이 아닙니다. 지구가 납작한 데서 오는 효과, 대기의 저항, 그리고 한 바퀴가 225분보다 긴 궤도에서는 해와 달의 인력까지, 큰 효과를 닫힌 공식으로 계산하는 해석 모형입니다. 요소 세트를 바로 이 모형으로 맞춰 만들기 때문에, SGP4로 읽어야 요소 세트가 줄 수 있는 가장 좋은 위치가 나옵니다. 다른 전파기를 쓰면 더 정교한 것이라도 오히려 결과가 나빠집니다.

구석의 ISS 위치, 점을 누르면 열리는 정보 카드, 우리 동네 위 위성 목록처럼 이 전시에 찍히는 숫자는 모두 SGP4로 계산합니다. 코드는 MIT 라이선스로 공개된 자바스크립트 판 satellite.js 7.1.0입니다. 이 코드를 발라도 연구진이 공개한 시험 사례로 돌려 보았습니다. 그 가운데 목록 번호 5번, 뱅가드 1호도 있습니다. 결과는 10만분의 1 km 안에서 일치합니다.

두 번째 확인으로, 스냅숏 순간의 ISS 위치를 자기 요소 세트와 자기 코드를 쓰는 다른 공개 추적 서비스의 위치와 비교했습니다. 두 위치는 남위 6.53°, 서경 90.81°, 높이 약 420 km로 0.91 km 떨어져 있었습니다.

무대가 위성 1만 대를 그리는 방법

위성 1만 대에 대해 1초에 60번씩 SGP4를 돌리면 휴대폰 계산 시간의 상당 부분을 써 버립니다. 그래서 무대의 점은 더 싼 방법으로 움직입니다. 점마다 자기 궤도를 그래픽 칩에 가지고 갑니다. 타원의 크기와 모양, 기울기, 승교점, 근지점, 그리고 기준 시각에 궤도 위 어디 있었는지입니다. 칩 위의 작은 프로그램이 화면을 그릴 때마다 모든 점에 대해 케플러 방정식을 풉니다. 궤도가 낡지 않도록, 지구 적도의 불룩한 부분이 모든 궤도에 주는 느린 회전도 함께 넣었습니다. 대부분의 궤도는 승교점이 서쪽으로 조금씩 밀리는데, ISS는 하루에 약 4.9°입니다. 근지점도 궤도면 안에서 돌아갑니다.

이것은 단순화이고, 그 대가를 재 보았습니다. ISS의 점은 스냅숏 순간 SGP4 위치에서 11.4 km, 하루 뒤 18.0 km, 사흘 뒤 50.7 km 떨어집니다. 318개를 표본으로 재면 하루 뒤 차이의 중앙값은 13.7 km입니다. 지름 12,742 km인 지구 그림에서는 대부분의 배율에서 한 화소도 되지 않습니다. 정확도가 중요한 곳, 예를 들어 머리 위 위성 목록에서는 다시 SGP4를 씁니다.

위성은 몇 대나 있나요

무엇을 세는지, 누구의 집계를 쓰는지에 따라 답이 달라지고, 출처끼리 두 배 넘게 차이가 납니다.

이 스냅숏의 CelesTrak 활동 목록에는 16,768대가 있습니다. 행동과 공개 정보로 보아 아직 일하는 위성을 담으려는 목록입니다. 같은 날 전체 목록인 SATCAT에는 작동 여부와 상관없이 지구 궤도의 위성이 20,157대 있었고, 여기에 로켓 몸체 2,295개, 목록에 오른 파편 12,540개, 종류를 모르는 물체 55개가 더 있었습니다.

유럽우주국(ESA) 우주 쓰레기 연구소도 따로 집계합니다. 2026년 7월 31일 기준으로 지금까지 궤도에 올린 위성 약 27,490대 가운데 약 18,850대가 아직 우주에 있고, 그중 약 15,900대가 작동하며, 감시망이 꾸준히 추적하는 물체는 약 47,140개라고 밝혔습니다.

미국 참여과학자모임(UCS)은 오랫동안 작동 위성 데이터베이스를 운영했습니다. 마지막 갱신은 2023년 5월 1일까지의 자료로 7,560대였습니다. 그 뒤 갱신을 멈췄으므로 이 숫자는 그 날짜의 값이고, 지금 숫자와 견주면 안 됩니다.

어느 숫자도 틀린 것이 아닙니다. 날짜가 다르고, 작동한다고 보는 기준이 다르고, 목록에 완전히 오르기 전의 물체를 세는지도 다릅니다. 무대 아래 숫자표에 출처마다 줄을 따로 두었습니다.

셋 중 둘: 스타링크

활동 위성 16,768대 가운데 11,150대가 스페이스X의 인터넷 위성망 스타링크입니다. 셋 중 둘입니다. 그다음 무리는 훨씬 작습니다. 원웹 651대, 아마존 카이퍼 391대, 그리고 중국의 첸판 257대와 궈왕 234대입니다.

무대의 스타링크 버튼을 누르면 이 위성들만 남습니다. 대부분 약 460~480 km 높이의 껍질을 이루며, 적도에 대해 43°, 53°, 70°, 97° 안팎으로 기운 궤도면에 퍼져 있어 사람이 사는 곳 대부분을 덮습니다. 궤도면은 금색 점들이 휘어진 띠로 보이고, 시계를 빠르게 하면 궤도면 하나하나가 선이 됩니다.

페이지를 가볍게 하려고 무대는 스타링크 3대 중 1대, 원웹 2대 중 1대만 그립니다. 목록 번호 순서로 골라서 어느 껍질도 더 많이 뽑히지 않게 했습니다. 가장 최근 스타링크 발사 세 번은 빠짐없이 그렸습니다. 무대에 찍히는 수는 언제나 전체 수이고, 점만 솎았습니다. 그린 활동 위성은 모두 9,063개로, 16,768대를 대신합니다.

새 스타링크가 기차처럼 보이는 까닭

팰컨 9 로켓은 스타링크 위성 여러 대를 한꺼번에, 약 280~350 km의 낮은 곳에 풀어 놓습니다. 풀려난 직후 위성들은 같은 궤도면에서 앞뒤로 줄지어 아주 천천히 벌어집니다. 어두운 하늘에서 땅에서 보면 구슬 꿰미가 하늘을 건너가는 것처럼 보이고, 발사 뒤마다 이상한 빛을 봤다는 이야기가 나옵니다. 천문학자 조너선 맥다월은 2020년 스타링크 위성 집단을 다룬 연구에서 이 모습을 설명했습니다. 위성들은 며칠 동안 줄을 이루다가, 엔진으로 일하는 높이까지 몇 주에 걸쳐 올라가고, 저마다 일정이 달라 줄이 흩어집니다.

이 스냅숏에서 10월 13일에 발사된 가장 새 무리는 아직 약 290~310 km에 있었고, 두 덩어리로 나뉘어 있었습니다. 전시의 첫 장면은 큰 덩어리를 가운데 둡니다. 9월 20일과 28일에 발사된 두 무리는 각각 약 360 km와 345 km로 더 높고, 이미 궤도를 따라 퍼져 있었습니다.

국제우주정거장

ISS는 궤도 위에서 가장 큰 구조물로, 끝에서 끝까지 약 109 m입니다. 2000년 11월부터 사람이 쉬지 않고 머물고 있습니다. 스냅숏에서 ISS는 51.6° 기운 궤도로 415~424 km 높이를 돌았고, 한 바퀴에 92.97분, 초속 7.66 km였습니다.

이 기울기가 ISS를 볼 수 있는 곳을 정합니다. 51.6° 기운 궤도는 적도에서 남북으로 51.6°까지만 갑니다. 북위 37.6°인 서울에서는 ISS가 머리 바로 위를 지날 수 있습니다. NASA의 「정거장 찾기」 안내에 따르면 북위 약 52°보다 북쪽, 예를 들어 스코틀랜드 북부나 알래스카에서는 ISS가 머리 위를 지나지 않고 남쪽 하늘 낮은 곳에 보입니다.

ISS는 파편을 피하기도 합니다. 추적 중인 물체가 몇 km 안으로 다가오고 충돌 확률이 1만분의 1을 넘을 것으로 예측되면 보통 엔진을 켭니다. NASA 궤도 쓰레기 연구소의 자주 묻는 질문은 1999년부터 이런 회피 기동을 41번 했다고 셉니다. 예를 들어 2025년 4월 30일에는 프로그레스 화물선이 3분 33초 동안 엔진을 켜서, 2005년에 발사된 중국 로켓의 파편에서 정거장을 떼어 놓았습니다.

정거장과 함께 나는 물체도 있습니다. 크루 드래건, 소유즈, 프로그레스처럼 도킹한 우주선은 목록 번호가 따로 있고 정거장과 함께 움직입니다. 「지금」 장면에서는 ISS 점과 겹쳐 보입니다.

톈궁과 다른 유인 우주선

중국 우주정거장 톈궁에는 2021년부터 사람이 머뭅니다. 스냅숏에서 톈궁은 384~386 km로 ISS보다 조금 낮았고, 궤도 경사가 41.5°라서 북유럽 위도까지는 올라가지 않습니다. 한 바퀴는 92.25분이었습니다. 선저우 유인 우주선과 톈저우 화물선이 도킹해 있었습니다.

무대의 「유인」 버튼은 정거장과 그 우주선만 보여 줍니다. 15개뿐이라, 두 정거장이 높이는 얼마나 가깝고 기울기는 얼마나 다른지 보기 좋습니다.

높이가 한 바퀴 시간을 정합니다

ISS는 한 시간 반에 한 바퀴를 도는데, 적도 위 기상위성은 왜 꼬박 하루가 걸릴까요? 1619년 요하네스 케플러는 행성의 공전 주기의 제곱이 태양까지 거리의 세제곱에 비례한다는 것을 알아냈습니다. 뒤에 아이작 뉴턴이 그 까닭을 밝혔고, 같은 규칙이 지구를 도는 모든 것에도 들어맞습니다.

T = 2π √(a³ / GM)

a는 궤도의 긴반지름으로, 원 궤도라면 지구 반지름에 높이를 더한 값입니다. GM은 지구의 중력 상수로, 국제지구자전기준좌표국(IERS) 규약의 398,600.4418 km³/s²입니다. ISS로 계산해 보겠습니다. 높이 420 km에 적도 반지름 6,378.137 km를 더하면 a = 6,798.137 km입니다. a³ = 3.1417 × 10¹¹ km³이고, a³/GM = 788,190 s², 그 제곱근은 887.8초, 여기에 2π를 곱하면 5,578초, 다시 말해 92.97분입니다. 목록에 적힌 ISS의 평균 운동으로도 똑같습니다. 1,440분을 15.489바퀴로 나누면 92.97분입니다.

「높이」 장면에서는 시험 위성을 160 km에서 달 너머까지 옮길 수 있습니다. 한 바퀴 시간이 구석과 위성 이름표에 찍히고, 속도, 하루에 도는 횟수, 한 바퀴 가운데 지구 그림자에서 보낼 수 있는 가장 긴 비율도 함께 나옵니다. 몇 가지 높이를 넣어 보세요.

• 420 km: 92.97분, 하루 15.4바퀴.
• 20,200 km: 약 12시간, 하루 두 바퀴. GPS 위성이 나는 높이입니다.
• 35,786 km: 23시간 56분 4초, 지구가 한 번 돌 때 한 바퀴.
• 377,900 km(달까지 평균 거리에서 지구 반지름을 뺀 값): 27.45일.

마지막 값은 일부러 조금 어긋나게 두었습니다. 별을 기준으로 잰 달의 실제 공전 주기는 27.32일입니다. 위 공식은 달을 무게 없는 것으로 다루지만, 달의 질량은 지구의 1.23%이고 두 천체가 서로 끌어당깁니다. GM에 두 질량의 합을 넣으면 27.29일이 나와 실제 값에 가까워집니다.

높을수록 느립니다

멀리 있는 위성일수록 거기 머물려면 더 빨라야 할 것 같지만, 실제는 반대입니다. 원 궤도의 속도는 √(GM/r)이라서 멀수록 느립니다. ISS는 초속 7.66 km, GPS 위성은 3.87 km, 정지궤도 위성은 3.07 km, 달은 약 1 km로 움직입니다.

높은 궤도는 느리고 둘레도 길어서, 한 바퀴 시간은 거리보다 빨리 늘어납니다. 지구 중심에서 거리가 두 배가 되면 한 바퀴는 2.8배 길어집니다. 2³ = 8이고 √8 = 2.8이기 때문입니다.

지구 둘레로 떨어지기

위성이 떠 있는 것은 중력이 다해서가 아닙니다. ISS 높이에서도 중력은 땅에서의 약 88%입니다. 지구 평균 반지름이 6,371 km이므로 (6,371 / 6,791)²을 계산하면 0.88입니다. 정거장은 쉬지 않고 떨어지고 있습니다. 동시에 옆으로 초속 7.66 km로 움직이고, 이 빠르기에서는 정거장이 떨어지는 만큼 땅이 둥글게 멀어집니다. 승무원이 무게를 느끼지 못하는 것은 정거장과 함께 떨어지고 있기 때문입니다.

뉴턴은 이것을 산꼭대기의 대포로 그렸습니다. 포탄을 점점 빠르게 쏘면 점점 멀리 떨어지다가, 알맞은 빠르기에서는 포탄이 떨어지는 만큼 땅이 아래로 멀어져서 끝내 땅에 닿지 않습니다. 그 빠르기는 높이에 따라 달라지고, 그래서 다시 위의 공식으로 돌아옵니다.

낮은 궤도와 가장 붐비는 층

활동 위성 16,768대 가운데 15,955대, 95%가 낮은 지구 궤도에 있습니다. 이 전시는 한 바퀴가 128분보다 짧은 궤도, 대략 2,000 km 아래를 낮은 궤도로 봅니다. 낮은 궤도는 올라가기 싸고, 작은 카메라로도 땅을 찍을 수 있을 만큼 가깝고, 전파도 빨리 오갑니다. 깨끗하다는 장점도 있습니다. 옅은 공기가 죽은 위성을 몇 년 안에 끌어내리기 때문입니다.

「높이」 장면의 그래프는 높이 100 km마다 활동 위성을 셉니다. 한 칸이 압도적으로 큽니다. 활동 위성의 3분의 2 가까운 10,590대가 400500 km 사이에 있고, 대부분 스타링크입니다. 그다음은 500600 km의 1,681대, 원웹이 나는 1,100~1,200 km의 544대입니다.

ESA의 2025년 우주 환경 보고서도 같은 흐름을 짚었습니다. 위성망 위성 가운데 500 km 아래를 나는 비율이 늘고 있고, 그 높이에서는 고장 난 위성이 공기 저항으로 더 빨리 치워집니다. 보고서에 따르면 550 km 근처에서는 위협이 되는 파편 수가 이제 활동 위성 수와 같은 자릿수입니다.

해의 시간표를 지키는 궤도

지구를 관측하는 위성 가운데 많은 수가 약 98°로, 두 극 위를 살짝 거꾸로 기울어 납니다. 스냅숏의 랜드샛 9호는 702 km 높이에서 98.22° 기운 궤도를 돌았습니다. 이 기울기는 꼼꼼히 고른 값입니다. 지구의 불룩한 부분은 모든 궤도면을 천천히 돌리고, 90°를 조금 넘게 기운 궤도에서는 그 회전이 동쪽으로 향합니다. 알맞은 기울기에서는 하루 0.9856°, 1년에 꼭 한 바퀴가 되어 궤도가 해와 발맞춥니다. 이런 위성은 날마다 같은 위도를 같은 지방 태양시에 지나므로, 사진의 빛과 그림자가 늘 비슷합니다.

전시의 궤도 코드는 점을 움직일 때 쓰는 바로 그 불룩함 항으로 이 기울기를 계산할 수 있습니다. 700 km 궤도에서는 98.19°가 나오고, 랜드샛 9호의 값과 100분의 몇 도 안으로 맞습니다.

중간 궤도: 항법 위성

낮은 궤도와 정지궤도 띠 사이에는 넓은 공간이 있지만 위성은 드뭅니다. 활동 위성 중 186대뿐이고, 대부분 항법 위성입니다. GPS.gov는 미국의 GPS를 약 20,200 km 높이에서 하루 두 바퀴 도는 위성들로, 궤도면 여섯 개에 나뉘어 있으며 2023년 7월 기준 작동 위성이 31대라고 설명합니다(스냅숏의 활동 목록에는 예비 위성까지 NAVSTAR라는 이름이 40개 있었습니다). 러시아의 글로나스는 조금 낮은 약 19,100 km(스냅숏 기준), 유럽의 갈릴레오는 조금 높은 곳을 날고, 중국의 베이더우는 중간 궤도, 정지궤도, 기울어진 24시간 궤도를 섞어 씁니다.

무대에서 지나치기 쉬운 것이 하나 있습니다. 「궤도 종류」 장면에서 이 위성들의 초록 점은 낮은 궤도의 촘촘한 파란 안개 훨씬 바깥에 듬성듬성한 껍질을 이룹니다. 휴대폰이 위성 네 대를 한꺼번에 보려면 위성망이 이렇게 퍼져 있어야 합니다. 지구의 넓은 부분을 내려다볼 만큼 높고, 궤도면이 여럿이라 언제나 몇 대는 떠 있어야 하기 때문입니다.

정지궤도 띠

적도 위 35,786 km에서는 한 바퀴가 지구가 별을 기준으로 한 번 도는 시간과 꼭 같습니다. 23시간 56분 4초입니다. ESA는 이렇게 설명합니다. 이 높이에서 적도 위를 서쪽에서 동쪽으로 나는 위성은 지구 자전과 발맞추므로 한 지점 위에 멈춰 있는 것처럼 보입니다. 땅의 안테나는 한 번 맞춰 두면 다시 움직일 필요가 없습니다.

「궤도 종류」 장면에서 활동 목록의 정지궤도 위성 575대는 가는 고리를 이룹니다. 「지구와 함께 돌기」를 누르면 카메라가 지구와 함께 돌기 시작합니다. 고리는 멈추고 나머지는 그 곁을 달려갑니다. 그렇다고 위성이 쉬는 것은 아닙니다. 둘레 26만 5천 km인 원을 저마다 초속 약 3.07 km로 돌고 있습니다.

그 고리에서 한국의 기상위성도 찾을 수 있습니다. 천리안 2A호(GEO-KOMPSAT-2A)는 스냅숏에서 동경 128.27°, 위도 0.00°에 있었습니다. 이 위치는 동경 128.2° 자리에서 0.15° 안에 있습니다.

긴 타원 궤도

북쪽 먼 지방에서는 정지궤도 위성이 지평선에 너무 낮게 걸려 건물이나 산에 가립니다. 1960년대 몰니야 통신위성을 만든 소련 기술자들은 다른 궤도를 골랐습니다. 63.4° 기운 긴 타원으로, 한 바퀴가 반나절입니다. NASA의 궤도 목록은 이 궤도의 이심률을 0.722로 적습니다. 위성은 남반구 위의 가장 낮은 점을 빠르게 지나고, 한 바퀴의 3분의 2쯤을 북쪽 하늘 높은 곳에서 천천히 움직이며 보냅니다. 높은 위도용 정지궤도 위성과 비슷한 노릇을 합니다.

63.4°는 아무렇게나 고른 값이 아닙니다. 대부분의 기울기에서는 지구의 불룩한 부분이 타원을 궤도면 안에서 천천히 돌려, 가장 높은 점이 남쪽으로 옮겨 갑니다. 63.4°에서만 그 회전이 멈춥니다. 키더와 폰더 하르는 1990년 몰니야 궤도를 기상 관측에 쓰는 방법을 다룬 글에서 주기를 717.74분, 원지점 높이를 약 39,750 km로 적었습니다.

스냅숏의 러시아 통신위성 메리디안 7호가 이런 궤도를 돕니다. 한 바퀴 717.83분, 기울기 63.45°, 높이 2,635~37,722 km입니다. 「궤도 종류」 장면에서 분홍 선으로 그렸고, 「지구와 함께 돌기」로 보면 북쪽 하늘에 머무는 모습을 볼 수 있습니다.

아주 먼 위성들

몇몇 위성은 훨씬 멀리 갑니다. NASA의 행성 탐색 망원경 TESS는 약 119,000~364,000 km 사이를 오가며, 거의 달까지 거리만큼 나갑니다. 한 바퀴를 달 공전의 절반인 13.7일로 설계해서, 달의 인력이 궤도를 흔들어 떼어 내지 않고 오히려 안정시키게 했습니다. 리커 연구진이 2015년 이 설계를 설명했습니다. 스냅숏에서는 한 바퀴가 14.2일로 늘어나 있었습니다.

1999년에 올라간 찬드라 X선 관측선은 약 136,000 km, 달까지 거리의 3분의 1쯤까지 나갔다가 2.6일마다 12,600 km까지 돌아옵니다. 같은 해 올라간 ESA의 XMM-뉴턴은 한 바퀴가 이틀이 조금 안 됩니다. NASA의 MMS 우주선 네 대는 대형을 지어 171,000 km까지 나가며, 지구 자기장이 끊어졌다 다시 이어지는 현상을 연구합니다.

이 위성들을 보려면 「궤도 종류」 장면에서 아주 멀리 축소해 보세요. 분홍 타원이 정지궤도 고리를 작아 보이게 합니다.

내 하늘

「내 하늘」 장면은 내가 고른 곳의 땅 위에 얼굴 없는 매끈한 사람을 세우고, 그 위에 하늘을 돔으로 그립니다. 무대는 위성마다 어디에 보일지 계산합니다. 북쪽에서 동쪽으로 잰 방위각, 그리고 지평선에서 잰 고도각입니다.

계산은 세 단계입니다. 먼저 땅 위의 장소를 WGS 84 지구 모양을 써서 우주 공간의 한 점으로 바꿉니다. 다음으로 시계에 맞는 항성시만큼 지구를 돌려, 그 장소가 위성들 사이에서 실제 있는 자리에 오게 합니다. 마지막으로 나에게서 위성으로 가는 선을 동쪽, 북쪽, 위쪽 성분으로 나누면 두 각도가 나옵니다.

돔은 실제 비율이 아닙니다. 420 km 위의 위성과 35,786 km 떨어진 위성이 같은 돔 위에 그려지고, 방향만 실제입니다. 거리는 무대 아래 목록에 나옵니다.

도시를 고르거나, 위도와 경도를 넣거나, 브라우저가 내 위치를 알려 주게 할 수 있습니다. 어느 것도 페이지 밖으로 나가지 않고, 이 브라우저에만 저장됩니다.

위성이 보이는 때

위성에는 땅에서 보일 만큼 밝은 등이 없습니다. 달처럼 햇빛을 반사해서 보입니다. 그래서 두 가지가 동시에 맞아야 합니다. 내 하늘이 어두워야 하고, 이 전시는 해가 지평선 아래 6° 넘게 내려간 때로 봅니다. 그리고 위성은 아직 지구 그림자 밖에서 햇빛을 받고 있어야 합니다.

해가 진 직후에는 이 조합이 흔합니다. 땅은 그림자 속이지만, 몇백 km 위의 위성은 지평선 너머의 해를 아직 봅니다. 밤이 깊어질수록 지구 그림자가 하늘로 차오르고, 한밤이 되면 낮은 위성 대부분이 그 안에 들어갑니다. NASA의 「정거장 찾기」 안내는 간단히 말합니다. ISS가 보이는 때는 모두 해 뜨기 전이나 해 진 뒤 몇 시간 안입니다.

「내 하늘」 장면에서 「해 진 뒤로」를 누르면 시계가 그곳의 저녁 어스름으로 옮겨 갑니다. 햇빛 받는 점들이 어두운 하늘에서 빛나고, 숫자판이 그 수를 셉니다. 그렇다고 모두 실제로 보이는 것은 아닙니다. 밝기는 크기, 햇빛이 비치는 각도, 거리에 따라 달라지고, 작은 위성 대부분은 맨눈으로 보기에 너무 어둡습니다. 목록은 높이 10° 넘게, 거리 2,000 km 안, 햇빛 속에, 어두운 하늘이라는 기하 조건을 채운 위성에 표시를 하고, 밝기 문제는 열어 둡니다. 항법 위성과 정지궤도 위성은 밤새 햇빛을 받기도 하지만, 수만 km 떨어져 있어 맨눈으로 보기에는 너무 어둡습니다.

지구 그림자, 한 바퀴씩

「지금」 장면에서 지구 그림자를 켜면 그림자 안의 위성이 모두 어두워집니다. 전시는 그림자를 해 반대쪽으로 뻗은, 지구만큼 굵은 원기둥으로 다룹니다. 낮은 궤도에서는 그림자에 들어가고 나오는 순간이 몇 초 안으로 맞습니다.

낮은 위성은 어둠 속에서 얼마나 보낼까요? 해가 반지름 r인 원 궤도의 궤도면 안에 있을 때, 어두운 호의 각도는 2 × arcsin(R/r)입니다. r = 6,798 km인 ISS에서는 2 × arcsin(0.938) = 139.5°로, 한 바퀴의 38.8%, 92.97분 가운데 36분입니다. 해가 궤도면에서 멀리 벗어나면 어두운 비율이 줄고, 어떤 계절에는 ISS가 며칠 동안 햇빛 속에만 있습니다. 높은 궤도일수록 그림자 속 시간이 짧습니다. 정지궤도 위성은 춘분과 추분 무렵에만 그림자를 지나고, 같은 공식에 r = 42,164 km를 넣으면 하루 최대 약 70분입니다.

추적되는 것

우주 쓰레기는 궤도에서 더는 쓸모가 없는 모든 것입니다. 죽은 위성, 다 쓴 로켓 단, 폭발과 충돌에서 나온 파편입니다. 스냅숏 날 공개 목록에는 지구 궤도에 목록에 오른 파편 12,540개와 로켓 몸체 2,295개가 있었습니다. ESA는 감시망이 꾸준히 추적하는 물체를 약 47,140개로 세고, 1957년 뒤로 깨짐, 폭발, 충돌 같은 파편 사건이 660번 넘게 있었다고 추정합니다.

파편을 위험하게 만드는 것은 빠르기입니다. NASA 궤도 쓰레기 연구소는 낮은 궤도의 속도를 초속 7~8 km, 두 물체가 부딪치는 평균 속도를 초속 약 10 km, 많게는 15 km로 봅니다. 이런 빠르기에서는 1 cm 남짓한 조각도 위성을 망가뜨릴 수 있습니다.

「우주 쓰레기」 장면은 목록의 파편 묶음에서 가져온 네 사건의 파편을 사건별 색으로 보여 주고, 활동 위성은 뒤로 흐리게 둡니다.

펑윈 1C, 2007년

2007년 1월 11일 중국의 미사일이 낡은 기상위성 펑윈 1C를 맞혔습니다. 이 위성은 845×865 km 높이에서 98.6° 기운 극궤도를 돌고 있었습니다. NASA의 「궤도 쓰레기 계간 소식」은 이를 50년 동안 낮은 궤도를 가장 심하게 더럽힌 단일 사건이라고 했습니다. 파편 구름은 200 km에서 4,000 km 넘게까지 퍼졌고, 대부분이 수십 년에서 수백 년 동안 남는 궤도로 흩어졌습니다. NASA는 1 cm 이상 조각이 3만 5천 개에 이를 수 있다고 추정했습니다.

공개 목록에는 펑윈 1C에서 나온 파편이 3,534개 올라 있고, 거의 20년 뒤인 스냅숏 날에도 2,314개가 궤도에 있었습니다. 「우주 쓰레기」 장면의 빨간 점은 그중 최신 요소 세트가 있는 1,978개입니다.

이리듐 33과 코스모스 2251, 2009년

2009년 2월, 온전한 위성 두 대가 처음으로 사고로 부딪쳤습니다. 작동 중이던 통신위성 이리듐 33과 고장 난 러시아 위성 코스모스 2251입니다. NASA 궤도 쓰레기 연구소에 따르면 파편은 통신위성과 지구 관측 위성이 많이 나는 800 km 근처에 몰려 있었지만, 구름은 200~1,700 km까지 퍼졌습니다. 코스모스 2251에서 나온 파편이 이리듐 33의 두 배쯤으로, 두 위성의 질량 비와 비슷했습니다.

목록에는 코스모스 2251 파편 1,716개, 이리듐 33 파편 656개가 올라 있습니다. 스냅숏에서 그중 각각 610개와 115개가 아직 궤도에 있었습니다.

코스모스 1408, 2021년

2021년 11월 15일 러시아는 자기 나라의 고장 난 위성 코스모스 1408을 미사일로 부쉈습니다. 이 위성은 약 480 km를 돌고 있어서 파편이 ISS와 비슷한 높이에서 출발했고, 정거장은 그 구름을 피해야 했습니다. NASA 궤도 쓰레기 연구소는 2022년 3월 소식지에서 이 사건을 다뤘습니다.

목록에 오른 파편은 1,806개입니다. 스냅숏 날 남은 것은 4개뿐이었습니다. 480 km에서는 높은 하늘의 공기가 대부분의 파편을 몇 년 안에 끌어내릴 만큼 짙습니다. 「우주 쓰레기」 장면의 보라 점은 거의 다 사라졌습니다. 낮은 궤도는 스스로 청소됩니다.

아무도 추적하지 못하는 조각

레이더와 망원경은 낮은 궤도에서 약 10 cm까지의 물체를 잡습니다. 더 작은 조각은 지구로 돌아온 장비에 남은 충돌 자국, 특별한 레이더 관측, 파괴 시뮬레이션으로 만든 통계 모형으로 셉니다. ESA의 MASTER-8 모형은 2026년 2월 기준 인구로, 10 cm보다 큰 물체 약 68,450개, 110 cm 조각 약 150만 개, 1 mm1 cm 조각 약 2억 3천만 개를 추정합니다.

「우주 쓰레기」 장면의 「추적 못 하는 작은 조각」 버튼은 무대에 회색 구름을 더합니다. 모형이고, 전시도 모형이라고 표시합니다. 회색 점 하나가 150만 개 가운데 100개를 나타냅니다. 궤도는 낮은 궤도에서 추적되는 물체의 궤도를 본떠 방향과 위치만 무작위로 바꿨으므로, 높이 분포는 추적되는 물체와 같습니다. 조각들이 실제로 어디 있는지는 아무도 모릅니다.

파편은 얼마나 오래 남나요

높이가 정합니다. NASA 궤도 쓰레기 연구소는 600 km 아래 파편은 보통 몇 년 안에 지구로 떨어진다고 설명합니다. 800 km에서는 수백 년, 1,000 km 위에서는 천 년 넘게 걸리기도 합니다. 정지궤도 띠에는 공기가 전혀 없어서, 죽은 위성은 옮기지 않는 한 영영 남습니다. 그래서 운영자들은 수명이 다한 정지궤도 위성을 몇백 km 더 높은 「무덤 궤도」로 올립니다.

규칙도 엄격해졌습니다. 미국 연방통신위원회(FCC)는 2022년, 자기가 허가한 낮은 궤도 위성은 임무가 끝난 뒤 25년이 아니라 5년 안에 궤도를 떠나야 한다는 규칙을 정했습니다. ESA의 2026년 보고서는 그 결과를 이렇게 적습니다. 날마다 물체 약 10개가 발사되고 온전한 물체가 하루 3개 넘게 대기로 들어오며, 수명을 다한 뒤 일부러 내려오는 위성이 늘었습니다.

케슬러 신드롬

1978년 NASA의 도널드 케슬러와 버턴 쿠르팔레는 위성이 늘어나면 어떻게 될지 물었습니다. 답은 이랬습니다. 언젠가는 충돌이 공기 저항이 치우는 것보다 빨리 파편을 만들고, 그 파편이 또 충돌을 일으킵니다. 지구 둘레에 저절로 커지는 파편 띠가 생깁니다.

ESA의 2025년 보고서는 어떤 영역에서는 이미 그 선을 넘었다는 것이 과학계의 공통된 견해라고 밝힙니다. 더 발사하지 않더라도 파편 사건이 대기로 떨어지는 것보다 빨리 파편을 보탠다는 뜻입니다. 보고서는 파편을 적극적으로 치워야 증가를 멈출 수 있다고 결론짓습니다. 이 연쇄가 궤도를 얼마나 빨리 못 쓰게 만들지는 의견이 갈립니다. 앞으로 얼마나 많이 발사하고 운영자들이 규칙을 얼마나 잘 지키는지에 따라 모형의 결과가 달라지기 때문입니다.

1957년부터

1957년 10월 4일 소련이 스푸트니크 1호를 쏘아 올렸습니다. 지름 58 cm, 무게 83.6 kg의 반짝이는 공으로, 약 98분에 한 바퀴를 돌았습니다. 석 달 뒤에 떨어졌습니다. 1957년 말 궤도에는 위성이 두 대 있었습니다. 11월에 스푸트니크 2호가 합류했기 때문입니다.

「1957년부터」 장면은 공개 목록에서 지구 궤도를 돈 적이 있고 근지점과 원지점이 알려진 위성 27,561대를 모두 보여 줍니다. 연도 슬라이더는 그해 말에 궤도에 있던 위성을 보여 줍니다. 목록은 궤도의 크기, 모양, 기울기는 알려 주지만 위성이 어디 있었는지는 알려 주지 않으므로, 궤도면의 방향과 궤도 위 위치는 무작위입니다. 구름의 모양은 실제이고, 점 하나하나는 그렇지 않습니다.

옆의 그래프는 궤도 위 위성 수를 정확히 보여 줍니다.

• 1970년: 457대
• 1990년: 1,943대
• 2000년: 3,215대
• 2010년: 3,882대
• 2019년: 5,526대
• 2020년: 6,645대
• 2023년: 12,464대
• 2025년: 17,552대
• 2026년 10월 20일: 20,303대

60년 동안 이 수는 해마다 대략 100대씩 늘었습니다. 그러다 갑자기 뛰었습니다. 2019년에 발사된 위성은 453대, 2020년 1,235대, 2025년 4,492대였고 대부분 스타링크였습니다. 2019년 말부터 스냅숏 날까지 궤도 위 위성은 3.7배가 되었습니다.

지금도 떠 있는 가장 오래된 위성은 스푸트니크가 아닙니다. 1958년 3월 17일에 올라간 뱅가드 1호로, NASA는 지구를 도는 가장 오래된 인공 물체라고 부릅니다. 햇빛으로 전기를 만든 첫 위성이기도 합니다. 스냅숏에서 651~3,819 km를 돌았고, 가장 낮을 때도 공기가 거의 닿지 않을 만큼 높습니다.

내 생일

실험 칸에 생일을 넣으면, 전시는 같은 목록에서 그달 1일에 궤도에 있던 위성 수를 찾아 줍니다. 태어난 해에 발사된 위성 수와 지금은 몇 배인지도 알려 줍니다. 1990년 1월에 태어난 사람은 머리 위에 위성 약 1,800대를 두고 삶을 시작했습니다. 2020년 1월에 태어난 사람은 6천 대가 채 안 되었습니다. 지금은 2만 대가 넘습니다.

천문학자와 밝은 위성

위성이 늘면 망원경으로 오래 찍은 사진에 줄이 더 많이 그어집니다. 유럽남방천문대의 에노와 윌리엄스는 2020년, 대형 위성망이 유럽남방천문대 망원경의 사진을 얼마나 자주 가로지를지 추정했고, 낮은 위성은 햇빛을 받고 하늘은 어두운 어스름 무렵에 영향이 가장 크다는 것을 알아냈습니다. 「내 하늘」 장면이 보여 주는 바로 그 조건입니다. 타이슨 연구진은 며칠마다 남쪽 하늘 전체를 찍는 루빈 천문대에 대해 같은 문제를 모형으로 계산했고, 위성을 어둡게 하고 관측 일정을 잘 짜면 피해가 줄지만 없어지지는 않는다고 보았습니다. 2020년 미국 국립과학재단 산하 NOIRLab과 미국천문학회가 연 워크숍 SATCON1은 운영자와 천문대를 위한 권고를 모았습니다.

우주 날씨

해는 위성을 떨어뜨릴 수도 있습니다. 2022년 2월 3일 스페이스X는 스타링크 49대를 근지점 약 210 km의 낮은 처음 궤도로 쏘아 올렸습니다. 2월 3일과 4일의 중간 세기 지자기 폭풍이 높은 하늘의 공기를 데우고 부풀려 저항을 키웠습니다. 49대 가운데 38대가 일하는 높이까지 올라가지 못하고 며칠 만에 대기로 떨어졌습니다. 당 연구진은 태양 플레어와 코로나 질량 방출에서 대기까지 이 사건의 과정을 따라갔고, 미국 해양대기청 우주기상예보센터의 팡 연구진은 위성들이 지나간 길의 공기 밀도가 얼마나 늘었는지 추정했습니다.

무대에서도 이 교훈이 보입니다. 가장 새 스타링크 기차처럼 가장 낮은 위성이 공기에 가장 크게 휘둘립니다.

궤도 위의 한국

공개 목록에는 한국 소유 위성이 96대 올라 있고, 스냅숏 날 작동 여부와 상관없이 85대가 아직 궤도에 있었습니다. 첫 위성은 1992년 8월 10일에 올라간 우리별 1호(KITSAT-1)입니다. 「지금」 장면의 「한국」 버튼은 활동 목록에 있는 한국 위성을 밝게 표시합니다. 정지궤도 기상위성 천리안 2A호, 바다와 대기 환경을 보는 쌍둥이 천리안 2B호, 무궁화 방송통신위성, 아리랑 지구 관측 위성, 초소형위성 NEONSAT 등이 있습니다.

실제와 다른 점

무대에는 단순하게 만든 부분이 있고, 어디를 그랬는지 밝혀 둡니다.

• 점은 SGP4 전체가 아니라 케플러 법칙과 불룩함 항으로 움직입니다. 그 차이는 위에서 쟀습니다. 하루 뒤 위성 절반이 약 14 km 안입니다.
• 스타링크는 3대 중 1대, 원웹은 2대 중 1대만 그렸습니다. 가장 최근 스타링크 발사 세 번과 그 밖의 위성은 모두 그렸습니다.
• 스냅숏은 한 순간입니다. 그 뒤에 궤도를 바꾼 위성은 지금 자리가 아니라 스냅숏에 적힌 자리에 그려집니다.
• 지구 그림자는 원기둥입니다. 실제 그림자에는 흐릿한 가장자리(반그림자)가 있고 대기가 햇빛을 그 안으로 굽히므로, 들어가고 나오는 것이 서서히 일어납니다.
• 「보일 수 있음」은 기하 조건입니다. 밝기는 크기, 모양, 반사율, 각도에 달렸고, 목록은 이를 알려 주지 않습니다.
• 회색 파편 구름은 ESA 모형의 추정치를 본뜬 궤도에 흩뿌린 것입니다.
• 「1957년부터」에서는 궤도 위 위치가 무작위입니다.
• 위성은 몇 화소 크기의 점으로 그렸습니다. 무대의 축척이라면 폭 109 m인 ISS는 1천분의 1 화소도 되지 않습니다.
• 지구 지도는 공개된 거친 육지 윤곽을 부드럽게 다듬은 것이고, 구름은 지어낸 것입니다.

순서대로 보기와 실험 칸

패널의 「순서대로 보기」는 14단계입니다. 스타링크 기차에서 시작해 ISS, 그림자, 내 하늘, 세 높이의 케플러 법칙, 궤도 종류와 멈춘 정지궤도 띠를 거쳐 파편 구름과 1957년부터 다시 보기까지 갑니다. 단계마다 무대를 맞춰 주고, 언제든 멈춰서 둘러볼 수 있습니다.

무대 아래 실험 칸에는 장소와 생일 입력, SGP4로 계산한 우리 동네 위 위성 목록, 과제 11개, 숫자표, 8갈래 46가지 항목의 위성 도감, 숨은 볼거리, 흔한 오해를 바로잡는 카드가 있습니다. 별표, 찾은 것, 도감은 이 브라우저에 남습니다.