미, 한국 망원경 기술로 우주관측한다

미국 항공우주국(NASA) 중형 미션으로 선정된 전천 적외선 영상·분광기 ‘스피어엑스’(SPHEREx) 상상도. 한국천문우주연구원 제공

차세대 소형위성1호 탑재된 ‘니스’
나사 중형미션 스피어엑스에 선정
2023년 우주로 발사해 2년간 운용

천체 모양뿐 아니라 성분까지 파악
시야 넓어 ‘전대미문’ 우주지도 가능
우리 은하내 생명기원 요소 관찰도

미국 항공우주국(NASA) 중형 미션으로 선정된 전천 적외선 영상·분광기 ‘스피어엑스’(SPHEREx) 상상도. 한국천문우주연구원 제공

한국천문연구원(천문연)이 확립한 우주망원경 기술이 미국 항공우주국(NASA)이 운용하는 우주탐사계획의 하나로 선정됐다. 국내 연구진이 개발한 기술이 나사 우주탐사계획에서 기반기술로 채택되기는 처음이다.

천문연은 24일 “광시야 적외선 영상과 분광 관측을 동시에 할 수 있는 근적외선 영상·분광기(NISS) 기술을 토대로 참여한 ‘전천 적외선 영상·분광 탐사를 위한 적외선 우주망원경’(SPHEREx·스피어엑스)이 나사가 운용하는 중형 우주탐사계획으로 선정됐다”고 밝혔다. 나사도 보도자료를 통해 “우주가 어떻게 생성됐는지, 우리 은하 행성계에 생명 요소가 얼마나 보편적으로 분포해 있는지 이해하는 데 도움이 될 새로운 미션(우주탐사계획)을 선택해 승인했다. 스피어엑스로 명명된 미션에는 발사 비용을 제외하고 2억4200만달러(2800억원)가 투입되며 2023년 발사를 목표로 하고 있다”고 발표했다.

근적외선 영상·분광기(NISS·니스)는 천문연이 2013년 발사한 과학기술위성 3호 탑재체인 ‘다목적 적외선 영상시스템’(MIRIS)에 분광 기능을 넣어, 세계 최초로 광시야로 적외선 분광과 영상을 동시에 관측할 수 있는 우주망원경이다.

광학 영상으로는 모양을 파악할 수 있지만 분광을 통해 파장에 대한 정보까지 얻으면 특정 성분에 대한 이해까지 더할 수 있어 천체의 시공간적 성격을 파악할 수 있다. 니스는 지난해 12월 미국 스페이스엑스 로켓에 실려 발사된 차세대 소형위성 1호 탑재체로, 우주에 안착한 뒤 최근 초기 시험 영상들을 천문연에 보내왔다. 니스 개발 책임자인 천문연 우주과학본부 정웅섭 책임연구원은 “니스로 오리온성운을 촬영한 영상을 지상망원경 ‘2MASS’의 근적외선으로 촬영한 영상과 비교해보니 별 탄생이 활발한 지역이기 때문에 장파장 영역에서 성운 구조가 훨씬 명확히 보였다. 3월까지 니스 성능을 측정한 뒤 4월부터는 우리 은하 안에서의 별 탄생 연구와 적외선 우주배경복사 연구 등 본격적인 관측 활동에 들어갈 것”이라고 말했다.

오리온 성운에 대해 지상망원경 2MASS로 촬영한 영상(왼쪽)과 근적외선 영상·분광기(NISS)로 얻은 영상(오른쪽). 니스 영상은 세 파장대 영역에서 얻은 정보를 합성한 RGB 영상이다. 한국천문우주연구원

천문연은 니스 개발 과정에 적외선 영상·분광기 검교정 기술을 확보한 뒤 미국 캘리포니아공대(칼텍) 주관으로 기획하고 있던 전천 적외선 영상/분광탐사 미션에 국제 협력기관으로 참여했다. 나사가 2016년 9월 새로운 천체물리 탐사계획(미션)을 공모하자 칼텍과 천문연은 스피어엑스로 응모했다. 나사는 우주과학 연구를 위한 미션을 소형과 중형, 대형으로 나눠 후보를 선정하고 1단계 연구 결과를 평가해 최종 미션을 선정한다. 현재 소형 미션은 2003년 한국·미국·프랑스가 합작해 쏘아 올린 자외선 우주 관측위성 ‘갤렉스’(GALEX) 등 10개, 중형 미션은 지난해 4월 태양계 외부 행성 탐사를 목표로 발사된 우주망원경 ‘테스’(TESS) 등 11개가 운용되고 있다.

12번째 중형 미션으로 모두 9개가 제안됐고 2017년 8월 1차 심사 결과 2개 제안이 추가 연구 후보로 선정됐다. 나사는 내외부 심사위원들의 평가를 거쳐 지난 14일 스피어엑스를 가장 가능성 있고 타당한 계획으로 최종 승인했다. 짐 브리덴스틴 나사 국장은 “새 미션은 정말 흥미롭다. 우주의 신비를 밝히려는 미국 우주탐사 영역을 확장하는 데 기여할 뿐더러 여러 탐사 계획의 균형을 맞추는 중요한 구실을 할 것”이라고 보도자료에서 밝혔다.

스피어엑스에는 미국내 여러 기관이 참여한다. 칼텍과 나사 제트추진연구소(JPL)은 탑재체 개발을 담당하고, 항공회사 볼에어로스페이스는 탐사선을 맡는다. 국제협력기관으로서는 한국천문연이 유일하게 검교정장비와 과학 분석 분야에 참여한다. 정웅섭 책임연구원은 “갤렉스의 과학연구 부문에 참여한 적은 있지만 나사 미션에 우리 기술로 참여하기는 처음”이라고 말했다.

니스의 망원경 구경이 15㎝인 데 비해 스피어엑스는 20㎝로 크고, 공간해상도는 2~7배로 크다. 특히 니스가 100평방도의 하늘을 관측하는 데 비해 스피어엑스는 전천을 관측할 수 있다. 허블이나 제임스 웹 등 우주망원경이 좁고 깊게 우주를 관측하는 데 비해 니스나 스피어엑스는 넓은 영역의 우주를 관측한다.

스피어엑스의 목적은 우선 3차원으로 우주거대구조를 측정하는 것이다. 천체들에 대한 자세한 정보를 얻기 위해서는, 특히 우주의 거대구조를 파악하려면 개별 천체들에 대한 거리 정보가 필요한데 이는 분광 분석을 통해서만 얻을 수 있다. 스피어엑스는 2023~2026년 운용기간에 약 14억개 천체들의 개별 분광 정보를 획득하게 된다. 이 자료를 분석하면 우주 구조를 3차원으로 들여다볼 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.

스피어엑스의 두번째 목적은 우주에 존재하는 각종 얼음에 대한 조사이다. 여기서 얼음은 물뿐만 아니라 드라이아이스처럼 다른 분자들의 얼음도 포함한다. 분광 분석을 통해 은하 안의 여러 얼음 분자를 검출할 수 있는데, 이는 생명의 기원 파악하는 데 기초가 된다. 정웅섭 책임연구원은 “전천 탐사를 통해 우리 은하의 전체 아이스 분포를 알 수 있게 될 것”이라고 말했다. 토머스 주부첸 나사 과학탐사 부국장은 “스피어엑스 미션은 우주과학자들한테 우주 초기 ‘흔적’을 포함해 전대미문의 은하 지도를 선사할 것이다. 빅뱅 뒤 우주를 나노초보다 짧은 시간에 빠른 속도로 팽창시킨 ‘범인’이 무엇인지 밝혀낼 새로운 단서를 찾아낼 것”이라고 말했다.

이근영 선임기자 [e-mail]