전리층의 전파 및 지진 예측

전리층의 전파

요약
전리층은 전파에 대해 전파 영향은 무선 통신, 라디오 방송, 무선 항법, 레이더 위치 확인 등 인류 활동과 밀접하게 관련되어 있습니다. 전리층의 영향을 받는 주파수는 극저주파(ELF)에서 극저주파(VHF)까지이지만, 가장 큰 영향은 중파와 단파입니다. 전리층은 전파 매질로서 전파가 굴절, 반사, 산란되고 흡수되어 전파 매질에서 에너지의 일부를 손실하게 됩니다. 3~30메가헤르츠는 짧은 주파수 대역으로 전리층 원거리 통신과 방송을 위한 가장 적합한 주파수 대역이며, 정상적인 전리층 상태에서는 최소 가용 주파수와 최고 가용 주파수 사이에 대응합니다. 하지만 다중경로 효과로 인해 신호 감퇴가 심하고, 전리층 폭풍과 갑작스런 전리층 괴롭힘은 전리층 통신과 방송에 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 심지어 신호도 끊길 수 있습니다. 300kHz에서 3kHz까지는 중파 대역으로 근거리 통신과 방송에 널리 사용됩니다.

무선
백 년 전, 세 번은 짧은 소리로 외쳤습니다. 그리고 희미한 신호로 무전기의 탄생을 세계에 알렸습니다. 1990년, 시그널힐(SignalHill)에서 대기하고 있던 이탈리아의 과학자 마르코니는 마침내 잉글랜드로부터 대서양을 건너는 무선 전신호를 받았습니다. 이 실험은 무전기가 더 이상 실험실에 한정된 새로운 기이한 것이 아니라 실용적인 통신 매개체임을 증명해 줍니다. 이후 단파는 전 세계적인 국제 통신 매체로 발달하기 시작했습니다.

과학잡지 '지구'에 의하면 물리학연감(Annales Geophysicae)이 발표한 한 연구에 따르면 제2차 세계대전 중 발생한 대규모 연합군의 폭격 공격으로 인한 충격파는 지구 전리층의 전자농도를 낮추기에 충분합니다. 이런 약화는 폭격 지점 위에서 최대 1000㎞까지 발생합니다. 이런 영향은 일시적인 것으로 위험하지는 않지만 전리층을 약화시켜 전쟁 중 저주파 무선 송신을 방해할 수 있습니다. 

 

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지진 예측 

요약
지진 다발 지역에서, 그 위에 있습니다. 빈 전리층은 항상 이상합니다. 이는 러시아와 일본의 학자들로 구성된 연구팀이 다년간 전리층 전자의 농도를 관측한 결과, 인류의 지진 형성 및 지진 전기예보 연구에 도움이 될 것으로 결론내렸습니다. 옛 소련에서 발사한 위성 한 대가 5년 반 동안 전리층 관측에 대한 데이터와 전 세계 지진 발생 기록을 분석해 비교했습니다. 전리층 교란은 마치 물이 바닥에 놓여 있는 것처럼 바람이 불지 않아도 자신의 내부에 거품이 끼면서 수면이 불안정해지기 때문에 대기 전리층 전자의 농도 변화를 추적해 지진의 발생을 예측하고, 지진에 따른 인명피해와 재산피해를 최소화할 수 있습니다. 비교적 공인된 지진이 전리층에 영향을 준다는 이론은 지진 지역에서 발생한 내중력파가 전리층에 미치는 영향과 지진 지역의 이상 수직 전기장이 전리층으로 들어가기 때문입니다. 전리층 소동을 일으킵니다.

연구발견
공동 연구 사업에 참여하고 있습니다. 일본 우주개발사업단 및 러시아 과학아카데미 항공우주감시과학센터는 다년간 연구를 통해 지진 직전 진앙 상공에서 대기 전리층 전자의 농도가 급격히 변하고 있음을 밝혀냈습니다. 과거에는 지진과 전리층 변화 사이에 연관성이 있다는 과학자들의 지적과 지진 발생 전후에 지자기파의 존재와 전리층 변화 등이 관측된 기록이 있지만 '지상의 전자파가 전리층에 영향을 미치는 것 아니냐'는 회의론이 지배적입니다. 이번에 과학자들이 1970~1979년의 기록 데이터를 분석한 결과, 일본을 포함한 태평양 서부 지진 다발 지역에서 모두 150회 이상의 리히터 규모 5 이상의 대지진이 발생했는데, 이 지역의 상공 전리층의 전자 밀도 또한 평상 밀도보다 훨씬 높았습니다. 지진이 거의 발생하지 않는 지역은 전리층의 전자가 상대적으로 낮습니다.

모니터링 방법
전리층의 전자 농도의변화가 복잡한 만큼 연구 작업에 참여한 일본 전문가 다마 데쓰야는 "전리층 관측 위성을 늘린다면 정확한 지진 예보는 더 이상 빈말이 아닐 것"이라고 지적했습니다. 하지만 미국의 GPS와 러시아의 글로나스 글로벌 위성시스템 덕분에 전리층 상태 변화를 모니터링할 수 있습니다. 대기 전리층 전자의 농도 변화는 주기적으로 측정해야 한다는 조건에서 단기 지진을 예측하는 데 가치가 있습니다. 러시아 연구진은 주기적으로 대기 전리층의 상태를 관측하기 위해 무선 신호를 사용했는데, 위성이 방출하는 이중 주파수 무선 신호를 지상국에서 받을 수 있었습니다. 위성위치확인시스템 이중주파 신호를 기초로 연구자들은 신호 파라미터 변화를 계산하는 알고리즘을 고안하고 컴퓨터 프로그램을 작성했습니다.

2009년 3월 대기 전리층 변화에 따라 지진을 감시하는 최초의 탐지시험소가 랴오청 지진 수화시험소에 세워졌습니다.

 

검증
연구자들은 미행이라고 지적했습니다. 대기 전리층 전자의 농도 변화를 통해 지진을 예측하는 이 방법은 2004년 9월 16~22일 러시아 칼리닌그라드 지진 사건에서 검증됐습니다. 같은 곳에서 2.5시간 간격으로 발생한 이번 지진으로 지상 위성 수신소는 진앙지에서 260㎞에서 320㎞입니다. 관측자료에 따르면 지진 전 3~5주야간 전리층 전자의 농도는 증가했지만, 진앙 전 2주야간 전자의 농도는 최대치가 크게 떨어졌고, 전리층 전자의 농도는 진앙 근처에서만 발생했으며, 진앙에 있는 1100㎞의 지상 기기에서 기록된 신호에는 변함이 없습니다. 따라서 전리층 전자의 급격한 농도 감소는 지진 효과에 의한 것으로 볼 수 있는데, 전리층의 이런 상태는 지진이 일어날 조짐입니다. 이전의 연구 결과, 5급 이상의 땅에 대해서는지진 부근에 있습니다. 일반적으로 전리층 소동이 발생하는데, 확률은 약 74.1%입니다.