인공위성은 왜 떨어지지 않을까? 궤도의 원리 쉽게 이해하기

계속 떨어지지만 땅에 닿지 않는다

공을 던지면 휘어져서 땅에 떨어집니다. 더 세게 던지면 더 멀리 떨어지죠. 초속 약 7.8km, 시속으로 2만 8천 km가 조금 넘는 속도가 되면 공이 떨어지는 만큼 지구 표면도 둥글게 멀어져서 결국 땅에 닿지 않습니다. 이것이 궤도, 즉 지구 주위로 끝없이 떨어지는 상태입니다.

국제우주정거장의 우주인이 둥둥 떠 있는 것도 그 높이에 중력이 없어서가 아닙니다(지상의 약 90%나 됩니다). 우주인과 정거장이 함께 떨어지고 있기 때문입니다.

높을수록 느리다

지구에서 멀어질수록 중력이 약해지니 필요한 속도도 줄어듭니다. 약 400km 높이의 ISS는 약 92분에 한 바퀴, 하루에 16바퀴쯤 돕니다. 약 2만 200km 높이의 GPS 위성은 한 바퀴에 약 12시간, 3만 5,786km 높이에서는 정확히 하루가 걸립니다. 그래서 정지궤도 위성은 한 자리에 멈춰 있는 것처럼 보입니다.

낮은 위성은 왜 떨어질까

400km 높이에도 아주 옅은 공기가 남아 있습니다. 이 공기가 매 바퀴 조금씩 위성을 붙잡아 궤도가 서서히 낮아집니다. ISS는 주기적으로 엔진을 켜서 다시 올라가고, 연료가 없는 위성은 조금씩 내려오다가 대기권에 다시 들어와 타 버립니다.

내려오는 속도는 태양 활동에 따라 달라집니다. 태양이 활발하면 대기 윗부분이 부풀어 저항이 커집니다. 약 800km보다 높이 있으면 수백 년을 버티기도 합니다.

궤도의 모양을 정하는 숫자

궤도는 숫자 6개로 완전히 정해집니다. 하늘을 보는 사람에게 중요한 것은 이 세 가지입니다.

• 고도: 얼마나 높이 나는지. 내 하늘을 지나가는 속도가 여기서 정해집니다.
• 궤도 경사각: 적도에 대해 기울어진 각도. ISS는 51.6°라서 북위·남위 약 52°보다 먼 곳 위로는 지나가지 않습니다.
• 이심률: 궤도가 얼마나 찌그러졌는지. 대부분의 위성은 거의 완벽한 원을 그립니다.