초록 ▼

태양으로부터 날아오는 유해한 태양풍의 여러 입자들을 차단해주는 지구자기장은 인류 생존에 없어서는 안 될 중요한 지구환경이며 이를 관찰·연구하는 지구자기(geomagnetism)학은 다양한 지구자기의 변화관측을 통해 이루어지고 있다. 최근 위성기술의 발달로 빠르고 일정한 오차를 유지하는 자기관측전문위성들이 여러 나라에서 발사되어 이를 통한 연구가 이루어지고 있으며, 지상 지자기관측망의 자료 역시 시계열 변화 연구에 많은 도움이 되고 있다.
본 연구주제는 거의 모든 위성에서 자세제어를 위해 장착된 삼축자력계에서 관측된 지구자기장

태양으로부터 날아오는 유해한 태양풍의 여러 입자들을 차단해주는 지구자기장은 인류 생존에 없어서는 안 될 중요한 지구환경이며 이를 관찰·연구하는 지구자기(geomagnetism)학은 다양한 지구자기의 변화관측을 통해 이루어지고 있다. 최근 위성기술의 발달로 빠르고 일정한 오차를 유지하는 자기관측전문위성들이 여러 나라에서 발사되어 이를 통한 연구가 이루어지고 있으며, 지상 지자기관측망의 자료 역시 시계열 변화 연구에 많은 도움이 되고 있다.
본 연구주제는 거의 모든 위성에서 자세제어를 위해 장착된 삼축자력계에서 관측된 지구자기장 자료를 통해 전지구자기장의 모델을 제작하고 또한 여러 다른 자료들을 함께 활용하여 동아시아지역의 지역자기장의 변화연구에 있다. 이를 위해 라플라스방정식의 일반해의 한 형태인 구면조화함수(Spherical harmonics function)를 사용하여 지구자기장을 수학적으로 표현하여 주어진 아리랑위성(KOMPSAT) 2호에 장착된 삼축자력계의 자료를 처리하였다. 항공우주연구원에 제공받은 KOMPSAT-II 위성의 자세 보정용 자력계 자료는 2007년 11월 29일부터 12월 31일까지 32일간의 자력계의 X, Y 그리고 Z 성분의 자료와 측정 시간 및 측정 위치에 대한 정보이며, 여기의 좌표들은 ECEF(earth-centered, earth-fixed) 좌표계로 이를 자료처리에 사용하기 위해서는 측지(geographic) 좌표계 또는 지심(geocentric) 좌표계로 변환해 줘야 한다. 시간정보 역시 하나의 시간열로 표시하기 위해 실수계를 사용하는 줄리아(Julian) 시간대의 형식으로 표현할 필요가 있다. 또한 단순히 위성위치에 대한 좌표계변환뿐만 아니라 측정값이 그 위치에서의 벡터성분으로 표현되므로 이 것 또한 지심 좌표계에서의 측정 벡터값들로 변환해 줘야 한다. 또한 가능한 외부자기장의 영향을 최소화하기 위해 여러 필터링 기법을 이용하여 제거해 준다.
도출된 구면조화함수의 계수(coefficients)값들과 세계의 지구자기장 표준모델인 IGRF11(11th generation of International Geomagnetic Reference Field)과 비교하였다. 계수값의 차수가 10보다 큰 값들에서 두 모델의 차이를 보이며 이는 주어진 KOMPSAT-II의 자력자료의 정확도(accuracy)와 연관이 있으며, 이에 대한 자세한 내용은 발표한 국내논문에 기술하였다.
지역자기장의 모델링 경우 새로이 제시된 Slepian 함수를 구면조화함수에 적용시킨 방법으로 자기장과 유사한 중력장의 모델링에서도 이미 시도되었으며 아직까지 자기장 모델링에서는 연구자의 논문이 처음으로 실질적인 자료를 이용하여 발표한 것이 처음이다. 이 방법은 기존의 전지구(global)로 밖에 적절하게 표현할 수 있는 구면조화함수방법을 구면캡(spherical cap)지역으로 제한시켜 표현하는 방법이다. 구면캡분석(spherical cap analysis)과 유사하나 Slepian 방법은 구면 캡에서만 적용되는 새로운 구면조화함수와 경계조건들을 사용하지 않고, 기존의 전지구적으로 표현한 구면조화함수를 활용하여 이를 수학적으로 선형 재조합(linear combination)시켜 놓은 것으로 해석할 수 있다. 이 방법을 통한 지역자기장의 변화를 관찰할 때 한반도를 중심으로 한 구면캡을 활용하여 지상관측소의 자료들을 이용하여 측정자료의 시간대에서의 자기장의 변화추이를 볼 수 있다. 이에 대한 연구결과는 현재 준비중이며 곧 논문으로 발표할 계획이다.
최근 과거와 달리 빠르게 약화되고 있는 지구자기장의 변화는 이러한 지구환경의 변화를 지시해주며 지난 수십억년의 지구의 역사에서 수없이 발생한 지자기 역전(geomagnetic reversal)의 가능성을 예견케 할 수 있겠다. 따라서 지속적인 지구자기장의 변화관측은 이루어져야 하며 위성을 통한 관측은 매우 효율적이면서 신뢰성있는 결과들을 제공해 줄 것이라 믿는다. 또한, 아직까지 정식으로 국제자기관측소전산망(INTERMAGNET)에 가입된 상시관측소가 없는 우리나라인 만큼 세계기준에 적합한 지자기관측소의 설비를 앞두고, 이러한 지자기관련 연구를 통해 그 결과물들을 세계 학술대회나 관련 세미나에 발표함으로써 우리나라 과학기술을 알리고, 지자기 관련된 지식 수준향상을 가속화함으로써 국력신장에도 기여하는 효과를 기대하겠다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8