실시간 관측자료를 사용하여 현재상태를 진단하고 이후의 변화를 예보하는 것은 우주환경 모니터링 시스템의 필수적인 요소라 할 수 있다. 본 연구에서는 ION(IDL On the Net)을 이용하여 웹 기반의 우주환경모니터링 시스템을 구축하였다(http://sun.kao.re.kr). 이 웹 페이지에서는 현재의 태양 및 지자기 데이터를 보여주고 위성, 통신, 지상 전력시스템에 줄 수 있는 영향을 예측하여 제시하고 있다. 그리고 NOAA/SEC에서 매일 제시하는 태양 X선 플레어, 프로톤 현상, 지자기 폭풍의 예보결과를 표시한다. 또한 행성간 태양 충격파와 CME(Coronal Mass Ejection; 코로나 물질 방출)의 지구도달 시간을 예측하기 위해 두 가지의 예측모델이 웹에서 구동되도록 하였다. 현재 우리는 여러가지 태양 및 지자기 활동과 관련된 각종데이터를 IDL과 FTP 프로그램을 사용하여 실시간으로 다운받아 우주환경 데이터베이스를 확장하고 있다. 본 논문에서는 한국천문연구원의 우주환경모니터링시스템 개발에 관하여 자세히 기술한다.
실시간 관측자료를 사용하여 현재상태를 진단하고 이후의 변화를 예보하는 것은 우주환경 모니터링 시스템의 필수적인 요소라 할 수 있다. 본 연구에서는 ION(IDL On the Net)을 이용하여 웹 기반의 우주환경모니터링 시스템을 구축하였다(http://sun.kao.re.kr). 이 웹 페이지에서는 현재의 태양 및 지자기 데이터를 보여주고 위성, 통신, 지상 전력시스템에 줄 수 있는 영향을 예측하여 제시하고 있다. 그리고 NOAA/SEC에서 매일 제시하는 태양 X선 플레어, 프로톤 현상, 지자기 폭풍의 예보결과를 표시한다. 또한 행성간 태양 충격파와 CME(Coronal Mass Ejection; 코로나 물질 방출)의 지구도달 시간을 예측하기 위해 두 가지의 예측모델이 웹에서 구동되도록 하였다. 현재 우리는 여러가지 태양 및 지자기 활동과 관련된 각종데이터를 IDL과 FTP 프로그램을 사용하여 실시간으로 다운받아 우주환경 데이터베이스를 확장하고 있다. 본 논문에서는 한국천문연구원의 우주환경모니터링시스템 개발에 관하여 자세히 기술한다.
Nowcast and forecast based on realtime data are quite essential for space weather monitoring. We have developed the web pages (http://sun.kao.re.kr) of the KAO Space Weather Monitoring system by using ION (IDL on the Net). They display latest solar and geomagnetic data, and present their expected ef...
Nowcast and forecast based on realtime data are quite essential for space weather monitoring. We have developed the web pages (http://sun.kao.re.kr) of the KAO Space Weather Monitoring system by using ION (IDL on the Net). They display latest solar and geomagnetic data, and present their expected effects on satellite, communications and ground power system. In addition, daily NOAA/SEC prediction reports on the probability of solar X-ray flares, proton events and geomagnetic storms are provided. To predict the arrival times of interplanetary shocks and CMEs, two different types of prediction models are also implemented. A work is in progress to develop web-based database of several solar and geomagnetic activities. These data are automatically downloaded to our data server in every minute, or every day using IDL and FTP programs. In this paper, we will introduce more details on the development of the KAO Space Weather Monitoring system.
Nowcast and forecast based on realtime data are quite essential for space weather monitoring. We have developed the web pages (http://sun.kao.re.kr) of the KAO Space Weather Monitoring system by using ION (IDL on the Net). They display latest solar and geomagnetic data, and present their expected effects on satellite, communications and ground power system. In addition, daily NOAA/SEC prediction reports on the probability of solar X-ray flares, proton events and geomagnetic storms are provided. To predict the arrival times of interplanetary shocks and CMEs, two different types of prediction models are also implemented. A work is in progress to develop web-based database of several solar and geomagnetic activities. These data are automatically downloaded to our data server in every minute, or every day using IDL and FTP programs. In this paper, we will introduce more details on the development of the KAO Space Weather Monitoring system.
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문제 정의
즉 천문연구원의 태양 플레어망원경으로 관측한 Ha 태양전면 영상, 코로나그래프 그리고 향후 구축 예정인 태양 전파 관측자료 등을 추가할 예정이다. 그리고 해양연구원의 전천카메라 영상, 지질자원연구원의 지자기 관측자료, 천문연구원의 GPS 그룹의 TEC 자료를 비롯하여 국내위성에서 관측된'플라즈마 및 자기장 데이터를 포함하고자 한다. 우리가 제작한 이 시스템이 우주환경 연구자들과 한국 사용자들에게 모두 유용하게 사용되기 바란 다.
본 논문에서는 태양 및 지자기 데이터의 실시간 모니터링, 우주환경 변화에 의해 예상되는 위성 및 통신의 영향 정보 제공, CME와 태양 충격파의 지구 전달 모델 등을 구현할 수 있는 우주환경 모니터링 시스템 개발에 관해 기술하고자 한다. 대표적인 선진국(미국 NOAA/SEC, 호주전파청, 그리고 일본 통신 총합연구소 등)의 우주환경 웹 서비스는 광범위한 실시간 자료, 예상되는 영향, 예보 모형, 자료검색들이 분산되어 있는데 반하여, 우리 우주환경 모니터링 시스템은 이들 대부분의 핵심 정보가 첫 페이지에 통합되어 있는 특징이 있다.
본 연구에서는 앞에서 설명한 R, S, G를 기준으로 태양 및 지자기 활동의 실시간 데이터에 기초한 한국천문연구원 우주환경 모니터링 시스템을 개발하였다.
제안 방법
그래서 머분 받아야 하는 X-선, 5분마다 다운받는 프로톤 플럭스, 그 이상의 시간이 소요되어도 무관한 Kp 지수와 3 day Prediction 자료 세 부분으로 나누어 다운받도록 하였다. 그 후 이러한 데이터들을 실시간으로 IDL로 표현하도록 ION으로 제작하였다. ION(IDL On the Net) script는 웹 기반에서 IDL을 구동 시킬 수 있는 프로그램이다(박형민 등 2004).
초기에는 데이터의 용이한 다운로드를 위해 모든 데이터를 IDL 한 프로시져에서 데이터를 요구하고 다운로드를 하려고 하였지만 파일의 용량이 크고 전송속도가 그만큼 빠르지 못해 데이터 전송 마비가 발생하였다. 그래서 머분 받아야 하는 X-선, 5분마다 다운받는 프로톤 플럭스, 그 이상의 시간이 소요되어도 무관한 Kp 지수와 3 day Prediction 자료 세 부분으로 나누어 다운받도록 하였다. 그 후 이러한 데이터들을 실시간으로 IDL로 표현하도록 ION으로 제작하였다.
오른쪽에 보이는 Rl, S2, G5의 아이콘들은 그 시 각의 우주환경 등급을 보여주는 것이다. 그리고 그 옆에는 각 등급의 우주환경 상태에 따라 예상되는 전파통신과 위성운영, 전력 시스템의 영향을 NOAA/SEC의 우주환경기준에 따라 자동적으로 결정하여 표시되게끔 제작하였다. 이때는 지자기 활동이 활발한 시기여서 지가기 활동에 영향을 가장 많이 받는 통신, 위성궤도, 전력시스템에 피해를 줄 수 있는 것으로 예상되었다.
실시간 모니터링에서는 태양의 활동상태를 보여주는 GOES위성의 SXI(Solar X-ray Imager)에서 관측한 태양 X-선 이미지, SOHO 위성의 EIT(Extreme Ultraviolet Imaging Telescope)에서 관측한 태양 EUVQ95A)이미지, SOHO 위성의 LASCO의 C3이미지를 실시간으로 제공한다. 그리고 태양 X-선, 프로톤 입자, 그리고 지자기장의 변화를 모니터하기 위해 그 플럭스 값 및 Kp 지수를 그래프상에서 보여주게끔 하였다. R의 개념으로 GOES-10의 0.
그림 3은 Gopalswamy et aL(2001)을 기초로 하여 개발한 CME 진행모델의 웹 페이지다. 그림에서 보듯이 이 모델은 CME의 초기속도와 발생시각을 입력 파라메터로 하여 CME의 지구도착 시간을 예측한다. 즉 LASCO 영상에서 CME가 처음 보인 시간과 CME speed를 안다면 CME의 지구도 달 시간을 예측할 수 있다.
또한 태양 충격파와 CME 진행모델을 웹 기반에서 구현되도록 하여 이들이 지구에 도달하여 영향을 줄 수 있는 시각을 예보할 수 있게 하였다. 더불어 우 주환경의 보다 심화된 연구를 위해 데이터 검색 웹페이지를 제작하였다. 이 시스템은 향후 국내 관측 데이터의 보완을 통해 지속적으로 개선할 예정이다.
0A의 X-선 플럭스 값의 1분 동안의 변화를, S의 개념으로 GOES-M의 프로톤 플럭스를 5분 평균한 값을, G의 개념으로 SEC에서 제공하는 3시간 평균 Kp 지수 변화량을 보였다. 또한 각각의 값에 따라 서론에서 제시한 등급으로 구분하여 각 위험도를 NOAA/SEC의 우주환경예보 기준에 따라 아이콘으로써 표시하였으며 그때 발생할 수 있는 우주환경 피해 예상현상을 제시하였다. 마지막으로 NOAA/SEC에서는 매일 일정시간에 태양 X-선 플레어와, 프로톤 이벤트, 지자기폭풍이 발생할 가능성을 향후 3일 가량 예보하는 레포트를 제공하는데 이것 역시 표현하도록 만들어졌다.
그 목록들은 X-선, 프로톤, kp 지수, Hp 지수, Dst 지수, ACE(Advanced Composition Explorer) 위성 데이터(태양풍), NASA/SEC에서 제공하는 여러 태양 및 우주환경 레포트들과 같은 외국의 자료들로서 매분마다 수집하였다. 또한 천문연구원에서 자체적으로 관측하는 태양 흑점수, 플레어 리스트를 추가하여 위의 데이터들과 함께 검색할 수 있는 웹 페이지를 제작하였다. 각각의 데이터들은 사용자가 검색을 요구하는 웹 페이지(http://sun.
그리고 HF 전파통신, 위성 등에 예상되는 우주환경 영향을 제시하였으며 NOAA/SEC에서 발령하는 3일 예보 레포트를 참고하여 태양 X-선 플레어, 태양 프로톤 현상, 지자기폭풍의 발생 가능성을 예측 제공하고 있다. 또한 태양 충격파와 CME 진행모델을 웹 기반에서 구현되도록 하여 이들이 지구에 도달하여 영향을 줄 수 있는 시각을 예보할 수 있게 하였다. 더불어 우 주환경의 보다 심화된 연구를 위해 데이터 검색 웹페이지를 제작하였다.
본 연구에서는 태양 충격파진행모델과 CME 진행모델을 웹기반에서 사용할 수 있도록 ION script와 JAVA script를 이용하여 각각 개발하였다. 이것은 태양 표면에서 플레어나 CME와 같은 폭발현상이 발생할 경우 그 영향이 지구에 언제 도달할 지를 미리 예측하기 위함이다.
실시간 모니터링 데이터와 관련된 X-선 플럭스와, 프로톤 플럭스, Kp 지수를 제외한 나머지 데이터들은 일정시간에 매일 다운받도록 제작하였다. 위의 데이터 중 일정한 기간 이내의 자료만 제공되는 Dst와 천문연구원에서 자체 관측하여 기록한 흑점수와 플레어 리스트는 매일 업데이트 하는 것이 아니라 일정 기간이 될 경우 따로 저장하도록 하였다.
따라서 자료의 매분 다운로드는 모니터링에 있어 가장 중요한 부분이다. 이를 위해 IDL과 FTP를 통해 매분마다 각 데이터 제공지에서 데이터를 받아 우리의 데이터 서버로 다운받도록 제작하였다(박형민 등 2004). IDL의 Widget 프로그램을 사용하여 일정한 시간이 되면 unix상에서의 shellscript를 불러들이게 하였다.
태양폭발 등 태양활동으로 인해 발생하는 우주환경의 급격한 변화를 감지하고 그 영향정보를 예측 제공하기 위해 우리는 KAO 태양 및 우주환경 모니터링 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 NOAA/SEC에서 제시한 우주환경기준 R, S, G와 실시간 데이터에 기초하여 ION script 기반하에 운용되고 있다.
대상 데이터
위와같은 이유로 본 연구에서 자료검색 시스템을 구축하였다. 그 목록들은 X-선, 프로톤, kp 지수, Hp 지수, Dst 지수, ACE(Advanced Composition Explorer) 위성 데이터(태양풍), NASA/SEC에서 제공하는 여러 태양 및 우주환경 레포트들과 같은 외국의 자료들로서 매분마다 수집하였다. 또한 천문연구원에서 자체적으로 관측하는 태양 흑점수, 플레어 리스트를 추가하여 위의 데이터들과 함께 검색할 수 있는 웹 페이지를 제작하였다.
성능/효과
그리고 태양 X-선, 프로톤 입자, 그리고 지자기장의 변화를 모니터하기 위해 그 플럭스 값 및 Kp 지수를 그래프상에서 보여주게끔 하였다. R의 개념으로 GOES-10의 0.5 ~ 4.0A과 1.0 ~ 8.0A의 X-선 플럭스 값의 1분 동안의 변화를, S의 개념으로 GOES-M의 프로톤 플럭스를 5분 평균한 값을, G의 개념으로 SEC에서 제공하는 3시간 평균 Kp 지수 변화량을 보였다. 또한 각각의 값에 따라 서론에서 제시한 등급으로 구분하여 각 위험도를 NOAA/SEC의 우주환경예보 기준에 따라 아이콘으로써 표시하였으며 그때 발생할 수 있는 우주환경 피해 예상현상을 제시하였다.
(2003)은 CME와 type II radio burst가 동시에 발생한 38쌍의 이벤트에 대해 CME와 태양코로나, 태양충 격파의 지구도달 시각예측의 정확도를 태양충 격파 진행모델과 CME 진행 모델에 대해 각각 조사하였다. 그 결과 위 두 종류의 모델들은 예측률에 있어 큰 차이를 발견하지 못했고 예측시각의 정확도도 서로 상응함을 알아냈다. 그러나 CME 진행모델은 지구에 도달하더라도 CME를 구분할 수 없다는 것 그리고 지구에 도달하는 CME의 규모가 어느 정도인지를 알 수 없다는 단점이 있다.
또한 각각의 값에 따라 서론에서 제시한 등급으로 구분하여 각 위험도를 NOAA/SEC의 우주환경예보 기준에 따라 아이콘으로써 표시하였으며 그때 발생할 수 있는 우주환경 피해 예상현상을 제시하였다. 마지막으로 NOAA/SEC에서는 매일 일정시간에 태양 X-선 플레어와, 프로톤 이벤트, 지자기폭풍이 발생할 가능성을 향후 3일 가량 예보하는 레포트를 제공하는데 이것 역시 표현하도록 만들어졌다.
후속연구
태양 폭발 후 그것이 우주환경변화에 영향을 미친다는 것은 많이 알려진 사실이다. 우주환경을 연구하고 종합적으로 진단하기위해서는 태양의 X-선 플럭스 데이터, 프로톤 플럭스, Kp 지수, Dst 지수, 태양풍 자료같은 태양 및 우주환경자료를 체계적으로 통합하는 것이 필요하다. 현재까지는 우주환경연구를 위한 데이터를 각각 원하는 사이트에 가서 찾아야 하는 불편이 있었다.
더불어 우 주환경의 보다 심화된 연구를 위해 데이터 검색 웹페이지를 제작하였다. 이 시스템은 향후 국내 관측 데이터의 보완을 통해 지속적으로 개선할 예정이다. 즉 천문연구원의 태양 플레어망원경으로 관측한 Ha 태양전면 영상, 코로나그래프 그리고 향후 구축 예정인 태양 전파 관측자료 등을 추가할 예정이다.
이 시스템은 향후 국내 관측 데이터의 보완을 통해 지속적으로 개선할 예정이다. 즉 천문연구원의 태양 플레어망원경으로 관측한 Ha 태양전면 영상, 코로나그래프 그리고 향후 구축 예정인 태양 전파 관측자료 등을 추가할 예정이다. 그리고 해양연구원의 전천카메라 영상, 지질자원연구원의 지자기 관측자료, 천문연구원의 GPS 그룹의 TEC 자료를 비롯하여 국내위성에서 관측된'플라즈마 및 자기장 데이터를 포함하고자 한다.
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