엔트리연구원 | 이정호 수석전문위원
지난 호까지 단파통신의 품질을 결정하는 전리층과 태양활동 지수인 SFI, SSN, A Index, K Index에 대해 알아보았다. 이번 호에는 각 지수 간의 상관관계를 알아보는 시간을 가지도록 하겠다.
지금까지 살펴본 각 지표의 개요와 영향을 요약 정리해보면 다음과 같다.
첫째, Solar Flux Index(SFI)는 태양에서 방출되는 전파 에너지를 측정한 값으로, 주로 10.7cm(2800 MHz) 파장의 전파 망원경으로 측정된 것을 기준으로 한다. SFI는 이온층의 이온화 정도를 나타내며, 값이 높을수록 이온층의 전자 밀도가 증가하여 더 좋은 단파통신 조건을 제공한다.
둘째, Smoothed Sunspot Number(SSN)는 태양 흑점수를 장기적인 관점에서 평활화한 값으로, 태양활동의 장기적인 변동을 나타낸 값이다. SSN이 높을수록 태양활동이 활발하다는 것을 의미하며, 이온층의 상태가 좋아져 단파통신이 유리해진다.
셋째, A Index는 지구 자기장의 하루 평균 변동 정도를 나타내며, 자기 폭풍의 강도를 평가하는 데 사용된다. 이 값이 높을수록 지구 자기장이 불안정하며, 이온층이 교란되어 단파통신에 부정적인 영향을 미친다.
넷째, K Index는 지구 자기장의 3시간 단위 변동성을 나타내는 지표로, 자기폭풍의 발생 여부를 파악하는데 유용하다. K Index가 높으면 단파통신의 성능이 저하될 수 있다.
[표 1] 실시간 태양풍 관측 자료
그럼 위 내용을 바탕으로 오늘 살펴볼 지수 간의 상관관계를 알아보도록 하겠다.
첫째, SFI와 SSN의 직접적인 상관관계로는 SFI와 SSN은 모두 태양활동의 지표로, 둘 사이에는 밀접한 상관관계가 있다. SSN이 높을수록 태양활동이 활발하다는 것을 의미하며, 이에 따라 SFI도 높아진다. 높은 SSN과 SFI는 이온층의 전자 밀도를 증가시키고, 더 높은 주파수의 전파가 지구를 둘러싸는 이온층에 의해 반사되어 먼 거리까지 전파될 수 있게 한다. 이 때문에 SSN과 SFI가 모두 높을 때 단파통신 조건이 가장 좋다고 할 수 있다.
둘째, SFI와 A Index/K Index의 관계로는 SFI는 이온층의 이온화를 촉진하여 통신에 유리한 조건을 만들지만, A Index와 K Index는 지구 자기장의 불안정성을 나타내기 때문에, 높은 A Index와 K Index는 이온층의 교란을 초래하여 단파통신을 저해한다. 일반적으로, 태양에서 발생하는 강력한 플레어(Flare)나 코로나 물질 방출(CME) 상태는 SFI를 증가시키지만, 동시에 지구 자기장을 교란시켜 A Index와 K Index를 상승시킬 수 있다. 따라서 SFI가 높아도 A Index와 K Index가 높다면, 단파통신 상태가 악화될 수 있다.
[표 2] 태양 플레어 감지 도표
셋째, SSN과 A Index/K Index의 관계로는 SSN이 높다는 것은 일반적으로 태양활동이 활발하다는 의미이며, 이로 인해 SFI가 상승하고 이온층의 상태가 좋아지게 된다. 그러나 활발한 태양활동은 때로는 강력한 자기폭풍을 일으킬 수 있다. 이러한 경우 A Index와 K Index가 상승하게 되어, 단파통신에 부정적인 영향을 미친다. 즉, SSN이 높으면 장기적으로 통신 조건이 좋아질 가능성이 크지만, 단기적으로는 A Index와 K Index의 상승으로 인해 통신 장애가 발생할 수 있다.
넷째, A Index와 K Index의 상관관계는 A Index와 K Index는 모두 지구 자기장의 불안정성을 나타내지만, 측정 기간이 다르다. K Index는 3시간 단위의 변동성을 나타내며, A Index는 하루 동안의 평균 변동성을 나타낸다. K Index가 높은 경우, 이는 단기적으로 지구 자기장이 매우 불안정하다는 것을 의미하며, 이로 인해 A Index도 높아질 가능성이 크다. 따라서 두 지표는 서로 밀접하게 연관되어 있으며, 일반적으로 함께 상승하거나 하강하는 경향이 있다.
다음으로 통신 상태 예측에서의 적용을 고려한다면 ‘좋은 통신 상태’는 SFI와 SSN이 높고, A Index와 K Index가 낮을 때, 이온층은 안정적이고 고도로 이온화되어 있어, 장거리 HF 통신에 매우 유리한 조건이 된다.
‘불안정한 통신 상태’를 논하면 SFI와 SSN이 높지만, A Index와 K Index도 높은 경우, 이온층의 이온화가 활발해 통신 조건이 좋을 수 있지만, 지구 자기장의 불안정성으로 인해 신호 왜곡이나 통신 장애가 발생할 수 있다.
‘나쁜 통신 상태’를 가정하면 SFI와 SSN이 낮고, A Index와 K Index가 높은 경우, 이온층의 이온화가 약하고 지구 자기장이 불안정해 단파통신이 매우 어려워지는 경우라고 할 수 있겠다.
[표 3] 단파통신에서 중요한 요소를 나타내는 각종 지표
결론적으로 얘기한다면 Solar Flux Index, Smoothed Sunspot Number, A Index, K Index는 단파통신에서 서로 밀접하게 연관되어 있으며, 이들 지표를 종합적으로 분석함으로써 통신 상태를 예측할 수 있다. 높은 SFI와 SSN은 좋은 통신 조건을 의미하지만, 높은 A Index와 K Index는 이온층 교란으로 인한 통신 장애를 유발할 수 있으므로, 통신 계획을 세울 때 이들 지표를 모두 고려하는 것이 중요하다고 하겠다.
지금까지 4회에 걸쳐 태양활동과 전리층이 단파통신에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 단파통신은 전리층 없이는 원거리 통신이 불가하고, 전리층은 태양활동의 직접적인 영향을 받기에 이들의 상관관계는 매우 중요하며 서로 직접적 관계에 놓여있다고 하여도 과언이 아니다. 단파통신의 매력은 아주 적은 RF 출력으로 지구 반대편 까지도 통신이 가능하기에 항공기나 선박, 군통신, 재난 시 및 비상시에 유용한 통신방식임을 알 수 있다.
다음 호에서는 위 지표를 관측하거나 예보하는 국내·외 기관들을 알아보고, 본 연재의 글을 마무리하도록 하겠다.
