가족과 함께 만드는 미니 전파탐지기, 하늘의 신호를 듣는 방법

태양에서 날아온 전자기 신호는 지구의 공기 속에서도 울린다.
가정에서도 아두이노·라즈베리파이로 간단한 전파탐지기를 만들어
하늘의 전파를 ‘듣는’ 가족 과학놀이를 즐겨보자.
우주기상과 전파의 세계가, 이제 거실 책상 위에서 열린다.

 

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1. 하늘의 목소리를 듣는 실험, 전파탐지기의 첫걸음

 

우리는 매일 와이파이, 블루투스, 스마트폰 신호 속에서 산다.
보이지 않지만 전파는 언제나 머리 위를 흐른다.
그런데 그 전파 중에는 태양이 보내는 신호도 섞여 있다.
태양폭풍이 일어나면 고주파 대역이 흔들리고,
전리층이 요동치며 지상의 라디오와 통신망이 미세하게 떨린다.
이 미세한 변화를 직접 감지하는 작은 장치를 만든다면 어떨까?

미니 전파탐지기는 그 시작이다.
핵심은 간단하다 — 전파의 세기 변화를 센서로 읽고,
그 데이터를 시각화하거나 소리로 변환하는 것이다.
예전에는 수십만 원짜리 장비가 필요했지만
이제는 아두이노 UNO 보드(약 2만 원) 하나면 충분하다.

아이와 함께 만드는 방법은 이렇다.

1. 아두이노 보드, RF 모듈, LED, 브레드보드, 점퍼선을 준비한다.
2. RF 모듈의 OUT 핀을 A0 입력으로 연결한다.
3. LED를 13번 핀에 물려 수신 세기에 따라 깜박이도록 코드에 조건문을 넣는다.
4. analogRead(A0) 값이 100 을 넘으면 LED ON, 그 이하면 OFF.
   이렇게만 해도 집 안 전파의 흐름을 시각적으로 볼 수 있다.

가장 흥미로운 건 이 탐지기가 단순한 ‘전자놀이’가 아니라는 점이다.
태양활동이 강한 날엔 RF 신호 잡음이 평소보다 뚜렷이 증가한다.
즉, 하늘의 상태를 거실에서 감지하는 작은 “우주 안테나” 가 되는 셈이다.

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2. 태양의 신호를 코드로 읽다 — 아두이노와 라즈베리파이의 역할

 

태양 플레어나 자기폭풍이 발생하면 X선·감마선이 전리층을 따뜻하게 만든다.
그 결과, 단파 전파 반사율이 변하고 일부 주파수 대역에서 수신 강도가 급변한다.
이를 전문 장비 없이 측정하려면, 저주파 감지기(VLF Receiver) 를 직접 조립하면 된다.

라즈베리파이 Pi Zero 또는 Pi 4 보드와 사운드카드를 이용해
VLF 대역(3 ~ 30 kHz) 신호를 녹음하면,
태양폭풍 시 전리층 반사음이 노이즈처럼 ‘우웅—’ 하며 증폭되는 걸 들을 수 있다.
파이썬으로 numpy 와 matplotlib 를 이용해
FFT(푸리에 변환) 그래프를 그려보면 더 흥미롭다.

코드 예시는 이렇다:

import numpy as np, matplotlib.pyplot as plt

signal = np.fromfile('vlf_signal.raw', dtype=np.int16)

fft = np.abs(np.fft.rfft(signal))

plt.plot(fft)

plt.xlabel('Frequency (Hz)')

plt.ylabel('Amplitude')

plt.show()

이 그래프에 특정 주파수 대역이 튀어 오르면, 그게 바로 “하늘의 소리”다.
아이들과 함께 “태양이 오늘은 조용할까?” 하며 그래프를 읽는 시간은
그 자체로 STEAM 교육의 정수다 — 과학·기술·공학·예술·수학이 모두 담긴 놀이.

NASA의 공공 데이터 ‘DSCOVR 플랫폼’ 과 연동해
실시간 태양풍 속도와 자기장 Bz 값을 불러오면,
가정에서 만든 탐지기 데이터와 비교 그래프를 그릴 수 있다.
이 순간, 아이의 컴퓨터 화면은 그저 모니터가 아니라
우주기상을 직접 해석하는 “작은 관측소”가 된다.

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3. 우리 집 천문대, 데이터로 보는 하늘 패턴

 

탐지기를 만들었다면 이제 ‘기록’을 남길 시간이다.
전파 세기를 하루 단위로 로그 파일에 저장해보자.
엑셀 또는 구글시트에 시간별 데이터를 누적하면,
밤과 낮의 패턴이 보인다.
해가 뜨는 아침 7시 무렵엔 전리층이 빠르게 가열되며
신호가 불안정해지고, 저녁 엔 안정된다.

이런 데이터를 일주일, 한 달 쌓다 보면
태양활동 패턴이 보이기 시작한다.
NASA의 ‘흑점 수(Sunspot Number)’ 그래프와 나란히 놓고 비교하면,
우리 집 탐지기와 태양의 맥박이 함께 움직인다는 사실을 확인할 수 있다.

한국천문연구원(KASI) 은 국내 학교 및 가정 STEAM 교육을 위해
‘KSWN Mini Monitor’ 오픈소스를 제공한다.
아두이노 + 자기장 센서 + 간단한 LED 표시장치를 활용해
실시간으로 태양풍 영향 지수를 표시할 수 있다.
이 프로젝트는 가족 단위 과학 체험으로도 널리 활용된다.

하늘의 데이터를 읽는 일은 ‘거창한 관측’이 아니다.
부모와 아이 둘이서 노트북 앞에 앉아
LED 불빛의 깜빡임에 귀를 기울이는 순간,
그 집 거실이 하늘과 직결된 천문대가 된다.

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4. 가족 STEAM 프로젝트의 미래, 우주기상 을 가정으로

 

가족이 함께 만드는 전파탐지기는 단순한 놀이를 넘어 교육 플랫폼이다.
아두이노 코드를 짠 아이, 배선을 도운 부모, 그래프를 분석한 형제자매 —
모두가 ‘작은 연구팀’이 된다.
이 경험은 단순한 과학 학습이 아닌,
협업·데이터 해석·논리 적 사고의 훈련이기도 하다.

또한 이런 DIY 탐지기 네트워크가 전국에 퍼진다면,
‘시민 우주기상 관측망(Citizen Space Weather Network)’ 이 된다.
실제로 미국 NASA 와 MIT 는
학생 프로젝트 기반의 ‘HamSCI Program’을 운영하며
전세계 아마추어 라디오 수신기를 연결해 전리층 데이터를 공유한다.
한국에서도 ‘K-Space Weather Citizen’ 프로젝트가 진행 중이며,
가정용 탐지기 데이터를 클라우드로 업로드해
태양폭풍 예보 모델 정확도를 향상시키는 시도가 이뤄지고 있다.

미래의 STEAM 교육은 교과서가 아닌 ‘실시간 하늘’로부터 배운다.
우리 아이의 아두이노 탐지기가 태양 활동 데이터의 한 점을 보태고,
그 데이터가 AI 모델을 정교하게 만든다.
즉, 가정의 놀이가 우주 연구의 토대가 되는 것이다.

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마무리 한마디

 

하늘의 신호는 멀리 있지 않다.
우리가 만든 작은 탐지기 안에, 태양의 숨결이 흐른다.
LED 하나, 그래프 한 줄이 우주와 소통하는 창이 된다.

아이의 손끝에서 빛나는 전선 하나가,
태양과 지구를 이어주는 새로운 언어가 된다면 —
그것이야말로 미래 세대가 배워야 할 진짜 과학이다.