제주도에 구축된 국내 유일 구름 실험실, 인공강우 핵심은 '입자 크기'

제주도 국립기상과학원에는 실내에서 직접 구름을 만드는 특별한 연구실이 있다. 대한민국 기상청 영상에 따르면, 이곳은 국내 유일의 '구름물리실험챔버'를 갖춘 실험실로 구름을 직접 생성하고 관측할 수 있다. 챔버를 구축하고 연구를 이끄는 사람은 슬로바키아 출신 밀로 박사다. 영상은 가뭄 해소와 미세먼지 저감을 위한 미래 기상 기술인 인공증우 실험 방법부터 챔버 속에서 빙정(눈 결정)이 피어나는 관측 순간까지 소개했다.

이중 구조로 설계된 '구름 공장'

공장이냐는 제작진의 질문에 밀로 박사는 어떻게 보면 공장으로도 생각할 수 있다고 답했다. 챔버는 2021년 설계와 구축을 시작해 2022년 구축이 완성됐고, 2024년 첫 성공적인 구름 실험을 수행했다. 밀로 박사는 설계 단계부터 구축, 응용까지 맡아 왔으며 보통 일이 아니었고 많이 힘들었다고 돌아봤다. 이런 실험실은 세계적으로 10개 이내 정도 있다고 한다.

챔버는 챔버 안에 또 챔버가 있는 구조다. 외부 챔버의 역할은 기압 조절이다. 외부 챔버만 있으면 열기 때문에 조절이 잘 되지 않아 내부에 작은 챔버를 따로 설치했고, 이 작은 챔버에는 냉매를 흘려 환경을 균질하게 유지한다.

인공강우 연구의 핵심은 구름 입자 크기

밀로 박사는 챔버의 전체 목적이 인공강우라고 설명했다. 인공강우 시딩 물질을 테스트하고 인공강우뿐 아니라 자연 현상도 연구하는데, 그중 제일 중요한 것이 구름 입자의 크기라는 것이다. 구름 입자를 성장시키기 위해 전기장을 만들면 그 안에서 입자들이 서로 더 잘 달라붙어 큰 구름 입자를 만들 수 있고 강수도 일어날 수 있다. 다만 강수를 효율적으로 만들려면 큰 규모로 해야 하는데 아직 개발이 잘 안 돼 있어, 이론적으로는 가능하지만 아직 그 단계는 아니라고 했다.

그는 지금도 인공강우는 구름이 없는 상태에서 강수를 만들기가 힘들고 구름이 있어야 한다고 설명했다. 비가 내리지 않는 구름에 시딩을 하는 방식이라는 것이다. 밀로 박사는 인공강우가 가뭄이나 미세먼지 때문에 강수를 더 많이 내릴 수 있도록 한국뿐 아니라 세계적으로 발전하고 있는 기술이라고 소개했다.

연소탄 점화와 에어로졸 입자 주입

인공강우를 할 때는 비행기 날개에 설치된 연소탄을 사용한다. 연소탄 안의 물질이 타면서 나오는 연기 속 입자를 구름에 주입하면 구름 생성을 더 발전시킬 수 있다. 밀로 박사는 요즘은 비행기보다 드론을 이용한 시딩에 희망이 있다며, 드론의 속도인 초속 20m에 맞춰 실험을 진행했다.

연소탄은 약 5분 동안 타오르며 입자를 발생시키는데, 3cm³에 4만 개의 입자가 들어갈 만큼 아주 높은 농도다. 밀로 박사는 한곳에서 모두 조절할 수 있게 개선하고 있지만 아직 자동화가 안 된 부분이 많아 오가며 해야 할 일이 많다고 말했다. 이날도 원래 한곳에서 조절해야 할 장비가 작동하지 않아 수동으로 멈춰야 했고, 고치려 해도 잘 되지 않아 제조사에 문의하겠다고 했다.

밀로 박사는 챔버 안의 조건을 실시간으로 모니터링했다. 에어로졸 챔버에서 입자를 주입해 농도가 500개 정도에 이르러야 실험을 성공적으로 진행할 수 있다는 것이 그의 설명이다. 그는 수동 밸브를 손으로 열어 농도를 확인하고, 안정화가 조금 되면 다시 여는 방식으로 입자를 주입했다. 또 실험 전날 준비를 다 마치지 못하면 저녁에 다시 나와 준비하는 등 시간이 모자라 가끔 밤에도 챔버에 나온다고 말했다.

영하 5도에서 피어난 빙정

레이저로 챔버 안을 비추자 초록색 작은 점들이 움직이는 모습이 보였다. 온도가 영하 5도로 내려가면서 빙정 입자가 점점 관측됐고, 입자 모양은 상대 습도와 온도에 따라 달라진다. 밀로 박사는 눈송이 같은 모양의 입자까지 생기면 아주 성공한 실험이라고 설명했다. 그는 자연에 있는 에어로졸을 사용하면 보통 영하 20도까지 내려가야 작동이 시작되지만, 인공 입자는 자연 에어로졸보다 훨씬 더 쉽게 구름 입자를 생성한다고 덧붙였다. 첫 성공적인 실험을 했을 때는 정말 감동을 느꼈다며, 발사가 성공하면 모두 박수를 치듯 연구실에서도 박수를 많이 쳤다고 돌아봤다.

한국에 온 지 19년, 기상청에서 근무한 지 10년이 된 밀로 박사는 인터뷰에서 "구름 챔버는 제 인생입니다"라고 말했다. 그는 구름 챔버가 아주 큰 미션이자 도전이라며, 아직 완성되지 않은 상태지만 세계적으로 높은 수준의 표준까지 발전시키고 구름 실험실 자료가 다른 곳에서도 잘 활용되기를 바란다고 밝혔다. 함께 일하는 동료는 밀로 박사를 두고 배울 점이 많은 스승 같은 존재라고 말했다.