우주는 인간의 끝없는 호기심과 탐구심을 자극하는 대상입니다. 우리는 우주가 어떻게 탄생하고 진화했는지, 우주에는 어떤 구조와 은하가 있는지, 우리가 살고 있는 지구와 다른 행성들은 어떻게 다른지 알고 싶습니다. 하지만 우주는 너무나 광대하고 복잡해서, 인간의 눈으로는 그 모든 것을 볼 수 없습니다. 그래서 우리는 우주를 관측하기 위한 다양한 도구를 만들어왔습니다. 그중 하나가 바로 우주망원경입니다. 우주망원경은 지구상에서는 관측할 수 없는 우주의 다양한 영역을 촬영하고 분석하는 장치입니다. 우주망원경은 빛의 종류에 따라 여러 가지로 나뉩니다. 가장 잘 알려진 것이 허블우주망원경인데요, 이 망원경은 자외선부터 근적외선까지의 영역에서 지금까지 30년 넘게 관측을 하고 있습니다. 하지만 허블우주망원경보다 더 넓은 영역을 관측할 수 있는 망원경이 2024년에 발사될 예정입니다. 그것이 바로 스피어엑스입니다. 스피어엑스는 미국 NASA가 개발 중인 우주 망원경이며, 한국천문연구원과 공동으로 제작하고 있습니다. 스피어엑스는 102개의 적외선 스펙트럼을 통해 전천을 촬영하는 우주 망원경으로, 우주의 기원과 진화를 연구하는데 도움이 될 것입니다. 이 포스팅에서는 스피어엑스의 개요와 목적, 구조와 기능, 발사와 임무에 대해 알아보겠습니다. 또한 스피어엑스가 연구할 우주의 기원과 진화에 대해 간단히 소개하고, 한국천문연구원과 공동 제작되게 된 이유와 향후 계획에 대해 알아보겠습니다.
본론
1. 스피어엑스란 무엇인가?
1.1 개요와 목적
스피어엑스(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer)는 미국 NASA가 개발중인 소형 탐사 계획(Small Explorer program, SMEX)의 일환으로 2019년에 채택된 우주 망원경입니다. 스피어엑스의 목적은 다음과 같습니다.
- 우주의 초기 역사를 밝히기 위해 빅뱅 이후 약 4억년 후부터 현재까지의 은하들을 관측하기
- 은하들이 어떻게 생성되고 진화하는지를 밝히기 위해 은하들의 구조와 분포를 관측하기
- 별과 행성계 형성에 중요한 역할을 하는 얼음 성분들을 관측하기
1.2 구조와 기능
스피어엑스의 구조는 다음과 같습니다 :
- 태양전지판: 위성의 전력을 공급하는 부분입니다. 태양광을 전기로 변환합니다.
- 위성전지: 태양전지판에서 공급받은 전력을 저장하고 필요할 때 사용하는 부분입니다.
- 별추적기: 위성이 우주에서 움직이면서도 정확한 방향을 유지할 수 있도록 하는 부분입니다. 별의 위치를 측정하고 위성의 자세를 조절합니다.
- 망원경: 우주의 적외선 영상을 촬영하는 부분입니다. 구경 20cm의 렌즈를 장착하고 있습니다.
스피어엑스의 기능은 다음과 같습니다:
- 영상분광 기술: 넓은 영역을 동시에 관측할 수 있는 영상관측과 개별 천체의 밝기 변화를 측정하는 분광관측이 통합된 기술입니다. 스피어엑스는 하늘 전체를 영상분광으로 탐사하는 최초의 망원경입니다.
- 적외선 영상: 적외선은 인간의 눈으로 볼 수 없는 빛의 한 종류입니다. 적외선은 열을 방출하는 모든 천체에서 나오므로, 적외선 영상을 통해 천체의 온도와 성분을 알 수 있습니다. 스피어엑스는 0.75~5 마이크로미터 범위의 적외선 영상을 촬영합니다.
1.3 발사와 임무
스피어엑스는 2024년 6월에 발사될 예정이며, 스페이스X의 팰컨 9 로켓에 실려 날아갈 것입니다. 발사 후에는 지구 극궤도(polar orbit)에 위치하여 지구 주위를 돌면서 관측할 것입니다.
스피어엑스의 임무 기간은 25개월로 예상되며, 이 기간 동안 전천을 네 번 관측할 것입니다. 이렇게 하면 계절별로 변화하는 천체들도 포착할 수 있습니다. 스피어엑스가 수집한 데이터는 공개되어 전 세계 연구자들이 사용할 수 있게 될 것입니다.
2. 스피어엑스가 연구할 우주의 기원과 진화
2.1 우주의 탄생과 빅뱅
우리가 살고 있는 우주는 약 137억년 전에 한 점에서 폭발적으로 확장하기 시작한 것으로 알려져 있습니다. 이것을 빅뱅(big bang)이라고 부릅니다. 빅뱅 이후에는 초미세한 입자들이 서로 충돌하면서 원자핵과 원자를 만들기 시작했습니다. 그리고 약 4억 년 후에는 빛이 자유롭게 퍼지기 시작했고, 이때 만들어진 빛이 지금 우리가 관측하는 우주의 배경복사(cosmic microwave background radiation, CMBR)입니다. 스피어엑스는 CMBR의 흔적을 찾아 우주의 초기 역사를 연구할 것입니다.
2.2 우주의 확장과 암흑 에너지
우주는 빅뱅 이후로 계속해서 확장하고 있습니다. 하지만 이 확장은 균일하고 일정하지 않습니다. 우주에는 보이지 않는 물질과 에너지가 존재하며, 이것들이 우주의 확장에 영향을 줍니다. 보이지 않는 물질을 암흑 물질(dark matter)이라고 하며, 보이지 않는 에너지를 암흑 에너지(dark energy)라고 합니다.
암흑 물질은 중력을 가지고 있으므로 우주의 확장을 늦추는 역할을 합니다. 반면에 암흑 에너지는 반중력을 가지고 있으므로 우주의 확장을 가속화하는 역할을 합니다. 현재 우리가 살고 있는 우주는 암흑 에너지가 지배적인 상태이므로, 우주의 확장은 점점 빨라지고 있습니다. 스피어엑스는 암흑 에너지의 효과를 측정하여 우주의 확장 속도를 연구할 것입니다.
2.3 우주의 구조와 은하
우주에는 수많은 은하들이 존재합니다. 은하란 별과 가스와 먼지로 이루어진 거대한 천체 집단입니다. 은하들은 서로 중력적으로 묶여있으며, 은하단(galaxy cluster)이라는 단위로 구성됩니다. 은하단들도 서로 중력적으로 묶여있으며, 은하수(galaxy supercluster)라는 단위로 구성됩니다. 이렇게 은하수들이 모여서 거대한 구조물을 만드는데, 이것을 대규모 구조(large-scale structure)라고 합니다.
대규모 구조는 거대한 공간에 걸쳐서 나타나며, 거미줄처럼 보입니다. 이것은 암흑 물질의 분포와 관련이 있습니다. 암흑 물질은 중력적으로 별과 가스와 먼지를 끌어당겨서 은하를 형성합니다. 따라서 은하들은 암흑 물질의 밀도가 높은 곳에 모여있습니다. 스피어엑스는 대규모 구조와 은하들의 분포와 성질을 관측하여 우주의 구조와 은하의 형성과 진화를 연구할 것입니다.
3. 스피어엑스와 한국천문연구원의 공동 제작
3.1 한국천문연구원의 역할과 기여
스피어엑스는 NASA가 주도하는 프로젝트이지만, 한국천문연구원(Korea Astronomy and Space Science Institute, KASI)도 중요한 역할을 하고 있습니다. KASI는 스피어엑스의 공동 개발자로서 다음과 같은 기여를 하고 있습니다.
- 영상분광 기술 개발: KASI는 스피어엑스의 핵심 기술인 영상분광 기술을 개발하였습니다. 영상분광 기술은 KASI가 차세대소형위성 1호(NExT-1)에서 사용한 NISS(Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history)라는 장치를 기반으로 하였습니다.
- 위성전지 제공: KASI는 스피어엑스에 필요한 위성전지를 제공하였습니다. 위성전지는 태양전지판에서 공급받은 전력을 저장하고 필요할 때 사용하는 장치입니다.
- 데이터 분석 및 공개: KASI는 스피어엑스가 수집한 데이터를 분석하고 공개하는 역할을 하게 될 것입니다. KASI는 데이터 분석을 위한 소프트웨어와 파이프라인을 개발하였으며, 데이터 공개를 위한 웹사이트와 데이터베이스를 구축하였습니다.
3.2 한국천문연구원의 선행 연구와 기술
KASI는 스피어엑스 프로젝트에 참여하기 전에도 적외선 영역에서 우주를 관측하는 여러 프로젝트를 수행해왔습니다. 그중에서도 대표적인 것이 다음과 같습니다.
- 과학기술위성 3호(STSAT-3): KASI가 제작한 한국 최초의 적외선 우주망원경으로, 2013년에 발사되었습니다. STSAT-3에 탑재된 MIRIS(Multi-purpose InfraRed Imaging System)라는 장치를 통해 적외선 영역에서 은하단과 별 탄생 지역 등을 관측하였습니다.
- 차세대소형위성 1호(NExT-1): KASI가 제작한 한국 최초의 광시야 적외선 영상 분광 우주망원경으로, 2019년에 발사되었습니다. NExT-1에 탑재된 NISS(Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history)라는 장치를 통해 적외선 영역에서 별 탄생 역사와 은하 진화 등을 관측하였습니다.
KASI는 이러한 선행 연구와 기술을 바탕으로 스피어엑스 프로젝트에 참여하게 되었습니다. KASI는 스피어엑스에서 사용할 영상분광 기술을 NISS에서 발전시킨 것이며, 위성전지도 STSAT-3에서 사용된 것과 동일한 것입니다.
3.3 한국천문연구원의 향후 계획과 비전
KASI는 스피어엑스 프로젝트를 통해 한국 천문학의 발전과 국제적인 협력을 도모할 것입니다. KASI는 다음과 같은 향후 계획과 비전을 가지고 있습니다.
- 데이터 분석 및 발표: KASI는 스피어엑스가 수집한 데이터를 정확하고 신속하게 분석하고 공개할 것입니다. 또한 데이터를 바탕으로 우주의 기원과 진화에 관한 다양한 연구 결과를 발표할 것입니다.
- 국제 협력 강화: KASI는 스피어엑스 프로젝트를 통해 NASA와의 국제 협력을 강화할 것입니다. 또한 스피어엑스의 데이터를 전 세계 연구자들과 공유하고 협업할 것입니다.
- 차세대 우주망원경 개발: KASI는 스피어엑스 프로젝트를 통해 적외선 영역에서 우주를 관측하는 기술과 경험을 쌓을 것입니다. 이를 바탕으로 차세대 우주망원경을 개발할 것입니다.
결론
이상으로 스피어엑스에 대해 알아보았습니다. 스피어엑스는 우주의 비밀을 밝히는 적외선 우주망원경으로, 한국천문연구원과 NASA가 공동으로 제작하고 있습니다. 스피어엑스는 2024년에 발사되어 25개월간 임무를 수행할 예정이며, 우주의 기원과 진화를 연구하는데 도움이 될 것입니다. KASI는 스피어엑스 프로젝트를 통해 한국 천문학의 발전과 국제적인 협력을 도모할 것입니다.
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