밤하늘을 올려다보면 수많은 별 사이로 천천히 움직이는 작은 점 하나를 발견할 수 있습니다.
그 정체는 바로 인공위성입니다.
스마트폰 지도, 위성 방송, 기상 예보, GPS 등 우리가 매일 사용하는 기술 대부분은 이 인공위성 덕분에 가능해요.
그런데 한 가지 궁금증이 생깁니다.
“위성은 왜 떨어지지 않을까?”
“높은 하늘에 떠 있다면 언젠가 지구로 떨어지는 거 아닐까?”
“비행기는 힘이 있어야 떠있는데, 위성은 왜 계속 도는 거지?”
이 질문은 많은 사람들이 오해하는 부분이기도 합니다.
위성은 ‘떠 있는 것’이 아니라, 사실은 끊임없이 떨어지고 있는 중입니다.
다만 떨어지면서 앞으로 나아가는 속도가 너무 빨라 지구에 부딪히지 않고 계속 빙글빙글 돌 뿐이죠.
오늘은 이 개념을 초등학생도 이해할 수 있게 아주 쉬운 비유로 정리해 드릴게요.
목차
🌍 1. 위성은 왜 떨어지지 않을까?
먼저 기본 개념부터 잡아봅시다.
✔ 중력(Gravity)
지구는 무게가 큰 행성이기 때문에 자기 주변의 물체를 끌어당기는 힘이 있습니다. 이게 바로 중력입니다.
위성도 지구 근처에 있기 때문에 중력에 의해 “아래로 떨어지려고” 합니다.
✔ 그런데 위성은 앞으로도 엄청 빠르게 가고 있다
위성은 지구에 올려진 후, 로켓이 매우 강한 힘으로 밀어 올려 매우 빠른 속도를 얻게 됩니다.
이 속도를 공전 속도(Orbital Velocity)라고 하며, 저궤도 위성이라면 시속 약 28,000km(초속 7.8km) 정도로 움직입니다.
이 속도가 너무 빠르기 때문에 아래로 떨어지면서도 지구의 둥근 형태 때문에 계속 지구 표면을 “비껴가며” 돌게 됩니다.
🎯 2. 가장 쉬운 비유: ‘공을 던지는 실험’
바로 이 개념을 설명한 사람이 뉴턴입니다. 뉴턴은 이런 예를 들었어요.
✔ 공을 약하게 던지면?
→ 조금 가다가 땅에 떨어집니다.
✔ 더 세게 던지면?
→ 멀리 날아가다가 결국 떨어집니다.
✔ 초강력으로, 산 위에서 지구 곡률에 맞춰 던지면?
→ 공이 떨어지지 않고 지구를 한 바퀴 돌기 시작합니다.
즉,
“공을 얼마나 빠르게 던지느냐에 따라
떨어지지 않고 계속 돌 수 있다 = 인공위성의 원리”
위성은 ‘계속해서 떨어지지만’, 앞으로 가는 속도가 그만큼 빠르기 때문에 지구에 닿지 않고 궤도를 유지합니다.
🌀 3. 중력(당김) vs 속도(도망침)의 싸움
위성의 움직임은 사실 단순한 형태입니다.
- 지구는 위성을 끌어당김
- 위성은 빠른 속도로 앞으로 달림
이 두 힘이 “절묘하게 균형”을 이루면 위성은 지구 주위를 돌게 됩니다.
- 중력이 더 강하면? → 위성은 떨어짐
- 속도가 더 빠르면? → 위성은 지구를 벗어남
- 정확히 균형? → 위성은 안정적으로 공전
이 균형을 “궤도 안정성”이라고 합니다.
🚀 4. 위성이 유지해야 하는 속도는 어느 정도일까?
고도에 따라 속도가 달라집니다.
| 위성 종류 | 고도 | 평균 공전 속도 | 용도/특징 |
|---|---|---|---|
| 저궤도 위성 (LEO) | 약 200~2,000km | 초속 약 7.8km (시속 28,000km) | 관측 위성, 기상 위성, 스타링크 등 |
| 중궤도 위성 (MEO) | 약 2,000~35,000km | 초속 약 3~5km | GPS·내비게이션 위성 |
| 정지궤도 위성 (GEO) | 약 36,000km | 초속 약 3km | TV 방송·기상 위성, 지구에서 보면 ‘정지’ |
높은 곳에 있을수록 지구 중력이 약해져
좀 더 느린 속도로 돌아도 됩니다.
🌕 5. 달도 같은 원리로 지구를 돈다
위성과 달의 원리는 같습니다.
- 달도 지구 중력에 끌려 아래로 떨어지는 중
- 그러나 달의 공전 속도가 충분히 빠르기 때문에
지구에 떨어지지 않고 공전함
지구와 달 사이의 평균 거리는 약 38만 km, 달은 초속 약 1km로 움직이며 한 바퀴 도는 데 약 27일이 걸립니다.
💫 6. 위성은 언제 떨어질까?
그렇다면 위성은 영원히 돌까요?
아니요.
특히 저궤도 위성(LEO)은 언젠가 떨어집니다.
그 이유는:
✔ 1) 아주 옅은 공기(대기층)에 계속 닿아서 속도가 느려짐
✔ 2) 속도가 줄어들면 중력이 이기게 되어 추락
✔ 3) 대부분 대기에서 타버리고 일부만 지상에 떨어짐
정지궤도처럼 높은 궤도에서는 잔여 대기가 거의 없기 때문에 수십 년~수백 년 동안 안정적으로 돌 수 있습니다.
🛰 7. 그럼 ISS(국제우주정거장)는?
ISS는 고도 약 400km에서도 빙글빙글 돌고 있는데, 이곳에는 여전히 약간의 공기가 존재합니다.
그래서 ISS는 계속 대기 저항 때문에 속도가 줄어들어요.
→ 속도가 줄어들면 추락하므로
→ 일정 기간마다 재부스터(속도 보충)를 합니다.
이 과정은 우주선이 ISS에 도킹할 때 함께 조정하기도 합니다.
📡 8. GPS가 정확한 이유도 ‘정해진 속도로 계속 도는 덕분’
GPS 위성은 지구에서 약 20,000km 떨어진 곳을 도는데, 속도가 일정해야 정확한 시간을 유지할 수 있습니다.
GPS 신호는 “시간”을 바탕으로 위치를 계산하기 때문에 속도의 안정성 = 위치 정확도와 직결됩니다.
이 모든 정밀함은 위성이 중력과 속도의 균형을 정확히 유지하며 공전하기 때문에 가능하죠.
🌠 9. 초등학생도 이해하는 초간단 결론
아래 세 줄이면 원리를 완벽하게 이해한 것입니다.
- 지구는 위성을 끌어당긴다.
- 위성은 앞으로 엄청 빠르게 달린다.
- 그래서 떨어지면서도 계속 지구 주위를 돈다.
즉,
위성은 떨어지지만, 떨어지지 않는다.
지구는 붙잡고, 위성은 도망친다.
두 힘이 균형을 이루면 위성은 저 하늘에서 영원히 돈다.
📌 10. 최종 정리
- 위성은 중력에 의해 계속 떨어지려고 한다.
- 하지만 속도가 너무 빨라서 지구에 닿기 전에 곡률을 따라 빙 돌게 된다.
- 이 두 힘의 균형이 ‘궤도’를 만든다.
- 높이에 따라 필요한 속도가 다르며, 저궤도는 공기 저항 때문에 떨어질 수 있다.
- 달 또한 같은 원리로 지구 주위를 돈다.
- GPS·기상위성 등 모든 우주 기술은 이 원리를 기반으로 한다.
결국,
위성은 ‘하늘에 떠 있는 물체’가 아니라
지구 주위를 계속 떨어지고 있는 물체다.
단지 그 속도가 너무 빨라 지구를 빙글빙글 돌고 있을 뿐이다.
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