위성(衛星, satellite)은 어떤 천체의 주위를 공전하는 물체를 통틀어 이르는 용어이다. 이는 자연적으로 형성된 자연위성과 인간이 제작하여 우주로 발사한 인공위성으로 크게 구분된다. 위성이라는 단어는 일상적으로 인공위성을 지칭할 때 자주 사용되지만, 학술적으로는 자연위성과 인공위성 모두를 포괄하는 개념이다.
1. 자연위성
자연위성은 행성, 소행성 등의 더 큰 천체 주위를 공전하는 천연 천체를 말한다. 대표적인 예로 지구 주위를 공전하는 달(Moon)이 있으며, 목성의 갈릴레이 위성(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토), 토성의 타이탄과 엔셀라두스, 화성의 포보스와 데이모스 등이 태양계 내의 잘 알려진 자연위성이다.
자연위성은 주로 암석과 얼음으로 구성되며, 일부는 대기를 보유한다(예: 토성의 타이탄). 이들은 자체적으로 빛을 내지 않고 태양광을 반사하여 관측된다. 자연위성의 크기와 궤도는 매우 다양하며, 대체로 행성과 함께 형성되었거나 중력 상호작용을 통해 포획된 것으로 간주된다. 많은 자연위성은 모행성에 대해 한 면만 보여주는 조석 고정 현상을 보인다.
궤도 특성에 따라 자연위성은 규칙 위성과 불규칙 위성으로 나뉜다. 규칙 위성은 모행성의 공전 방향과 일치하는 궤도를 가지며, 불규칙 위성은 타원형 궤도나 큰 궤도 경사각을 가지는 경우가 많고 중력 포획으로 형성된 것으로 추정된다.
2. 인공위성
인공위성은 인간이 특정 목적을 수행하기 위해 설계, 제작하여 로켓으로 궤도에 진입시킨 인공 물체이다. 최초의 인공위성은 1957년 소련이 발사한 스푸트니크 1호(Sputnik 1)로 기록된다.
인공위성은 목적에 따라 여러 종류로 구분된다.
- 통신위성: 텔레비전, 인터넷, 전화 신호의 중계
- 기상위성: 날씨 관측과 예보
- 지구관측위성: 환경 변화, 재해 관리, 자원 탐사
- 항법위성: GPS, GLONASS 등 위치 확인 시스템
- 군사위성: 정찰, 감시, 미사일 탐지
- 우주탐사위성: 행성 및 심우주 탐사
- 천문위성: 허블 우주망원경 등 우주 관측
인공위성은 일반적으로 본체, 태양전지판, 추진장치, 안테나, 임무 장비(카메라, 센서 등)로 구성된다. 전력은 주로 태양전지판을 통해 공급된다.
3. 궤도 유형
인공위성이 사용하는 궤도는 고도에 따라 구분된다.
- 저궤도(LEO): 고도 약 180~2,000km로, 국제우주정거장(ISS)과 지구관측위성 등이 여기에 속한다.
- 중궤도(MEO): 고도 약 2,000~35,786km로, GPS 위성이 대표적이다.
- 정지궤도(GEO): 고도 약 35,786km로, 지구 자전 속도와 동일하게 공전하여 지상에서 고정된 것처럼 보인다. 통신·기상 관측에 주로 사용된다.
- 극궤도(Polar Orbit): 지구의 극을 지나며 전체 표면을 관측한다.
- 타원궤도: 근지점과 원지점의 거리가 뚜렷하게 다른 궤도이다.
4. 위성의 역할과 의의
자연위성은 모행성의 자전축 안정에 기여하며(예: 달은 지구의 자전축을 안정시켜 계절 변화를 일정하게 유지), 밀물과 썰물 등 조석 현상에 영향을 준다. 또한 태양계의 형성과 진화 역사를 연구하는 데 중요한 단서를 제공한다.
인공위성은 현대 사회에서 통신, 기상 예보, 위치 확인, 지구 환경 감시, 국방 및 과학 탐사 등 다방면에서 핵심적인 역할을 수행한다. 스타링크(Starlink)와 같은 위성 인터넷 프로젝트는 전 세계적인 인터넷 커버리지 제공을 목표로 하고 있다.
한편, 인공위성의 급증으로 인해 지구 궤도에 잔존하는 우주 쓰레기(우주 파편) 문제가 대두되고 있으며, 충돌 방지 및 회수 기술 개발이 과제로 논의되고 있다.
