굿바이, 스피처!
굿바이, 스피처!
  • 함예솔
  • 승인 2020.02.05 06:15
  • 조회수 1170
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스피처 우주망원경. 출처: NASA / JPL-Caltech
스피처 우주망원경. 출처: NASA / JPL-Caltech

16년 넘도록 적외선으로 우리 태양계, 우리 은하계 그리고 그 너머 경이로운 현상들을 밝혀온 NASA의 '스피처 우주망원경(Spitzer Space Telescope)'의 임무가 끝났습니다. 미국항공우주국 제트추진연구소(JPL)에 따르면 스피처 망원경 연구팀은 지난 1월 31일 오후 2시 30분(한국시각 1월 31일 오전 7시 30분)에 우주선을 안전모드로 전환해 관측 활동을 모두 중단하고 공식적인 임무 종료를 선언했습니다.

미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL)에 따르면 스피처 망원경 연구팀 지난 1월 31일 오후 2시 30분(한국시간 31일 오전 7시30분)에 공식적인 임무 종료를 선언했다. 출처: NASA/JPL-Caltech
스피처 망원경이 공식적인 임무를 마쳤다. 출처: NASA/JPL-Caltech

스피처 우주망원경은 지난 2003년 발사됐습니다. 허블우주망원경, 찬드라 X선 관측선, 콤프턴 감마선 관측선과 함께 NASA의 4대 관측선 중 하나였습니다. 대형 망원경(Great Observatories) 프로그램은 우주의 완전한 그림을 그려내기 위해 다른 파장의 빛을 이용해 그 힘을 보여줬습니다. 

 

NASA의 과학 임무를 담당하고 있는 Thomas Zurbuchen 부국장은 "스피처 망원경은 우주의 완전히 새로운 측면에 대해 가르쳐줬고 우주가 어떻게 작동하는지, 우리의 기원에 대한 질문, 우리가 혼자인지 아닌지 하는데 많은 진전을 이루게 해줬다"고 전했습니다. 덧붙여 "대형 망원경 프로그램은 또한 몇가지 중요하고 새로운 질문들과 추가적인 연구를 위한 천체들을 확인하며 향후에 조사할 수 있는 길을 만들었다"며 "과학에 미치는 엄청난 영향은 스피처 망원경의 임무가 끝난 후에도 지속될 것"이라고 덧붙였습니다. 

 

비록 NASA의 첫 적외선 우주망원경은 아니었지만 스피처 우주망원경은 발사 당시 역사상 가장 민감한 적외선 망원경이었으며 적외선의 우주에 대해 이전보다 더 깊고 지대한 영향을 가져올 시야를 전달했습니다. 지구 대기 위에서 스피처는 지상에서 관측할 수 없는 파장대를 감지할 수 있었습니다. 

 

스피처 우주망원경은 지난 2009년 3대의 관측 장비 중 적외선 분광기(IRS)와 다중밴드 이미지 광도계(MIPS)를 식혀주는 액화 헬륨 냉각제가 소진되면서 주요 임무는 종료됐습니다. 이때 이미 원래 목표했던 미션을 모두 달성했다고 여겨졌습니다.

 

하지만 공학자와 과학자들은 스피처의 세번째 장비인 적외선 카메라(IRAC)에서 네 개의 파장 채널 중 두 개만 사용해 임무를 계속 수행하도록 했습니다. 계속되는 공학적 혹은 작동상의 문제들에도 불구하고 10년 반 동안 계속해서 혁신적인 발견을 이어왔습니다. 이는 스피처 망원경 미션을 계획한 과학자들이 예상했던 것보다 훨씬 연장된 시간이었습니다. 

허블은 현재까지 가장 먼 은하계를 분 광학적으로 확인. 출처: NASA, ESA, P. Oesch 및 B. Robertson
허블의 과업. 출처: NASA, ESA, P. Oesch 및 B. Robertson

연장된 미션 기간 동안 스피처 망원경은 새롭게 형성된 행성계에서 소행성이 충돌하는 증거를 잡아냈습니다. 이로써 과학자들은 초기 항성계에서 이러한 충돌은 흔하며 일부 행성이 형성되는 데 결정적인 영향을 미칠 수 있다는 증거를 제공했습니다. 심지어 2016년 스피처 우주망원경은 지금까지 관측된 은하 중 가장 먼 은하계를 이미지화 하기 위해 허블과 협력했습니다. 

스피처 망원경의 가장 유명한 연구

 

스피처 망원경은 우리 태양계의 혜성과 소행성을 연구했고 이전에 확인되지 않았던 토성 주위의 고리도 발견했습니다. 항성과 행성의 형성, 고대 우주부터 오늘날까지 은하의 진화, 성간 먼지의 구성 등을 연구했습니다. 또 외계행성을 탐지하고 대기권의 특성을 나타내는 강력한 도구라는 걸 스스로 입증했는데요. 스피처 망원경이 수행했던 가장 유명한 연구는 바로 TRAPPIST-1에서 지구 크기의 행성 7개를 탐지한 결과였습니다. 이는 단일 항성을 도는 지구형 행성들 중 가장 많은 수를 발견한 연구였으며, 이를 통해 발견된 외계행성의 질량과 밀도를 밝혀낼 수 있었습니다. 이 연구는 지난 2017년 2월 <Nature>에 게재됐습니다. 

TRAPPIST-1f 표면에서 본 풍경. 출처: NASA / JPL-Caltech
TRAPPIST-1f 표면에서 본 풍경. 출처: NASA / JPL-Caltech

스피처 우주망원경은 TRAPPIST-1을 연구하는 데에 최고의 장비였습니다. 스피처 우주망원경은 적외선 망원경인데 TRAPPIST-1의 별이 내는 빛 또한 적외선이기 때문이었죠.

 

2016년 가을 스피처 우주망원경은 TRAPPIST-1를 거의 500시간 연속으로 관측했습니다. 우연히도 TRAPPIST-1의 행성들과 거의 직선상에 위치해 있었습니다. 덕분에 행성계의 복잡한 구조도 알아 낼 수 있고 충분한 양의 관측도 가능했죠. 스피처 우주망원경이 발견한 7개의 행성 중 3개의 행성에는 바위와 물이 있는 것으로 분석됐는데요. 사람이 거주할 만한 잠재력이 있다고 평가받습니다. 일곱 개의 행성 모두 안정된 대기와 물을 가지고 있을 확률이 있다는 설명도 이어졌습니다. 

  

새롭게 발견된 행성계는 지구로부터 40광년 떨어진 곳에 있습니다. 태양계와 상대적으로 가까운 편입니다. 우리 태양계 밖에 있으므로 이 행성들은 외계행성입니다. 이 외계행성계의 명칭이 TRAPPIST-1입니다. 최초로 이 행성계를 발견한 칠레의 트라피스트 망원경(Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, TRAPPIST)의 이름을 땄습니다.

출처: NASA-JPL / Caltech
TRAPPIST-1 행성 시스템. 출처: NASA-JPL / Caltech

연구자들은 2016년 5월 트라피스트를 통해 이 행성계에서 세 개의 행성을 찾았다고 발표했습니다. 이후 유럽남방천문대와 NASA에서도 세 행성 중 두 행성을 발견했습니다. 마침내 다섯 개의 추가 행성도 파악했고 총 일곱 개의 행성을 찾아냈습니다. 스피처 우주망원경으로 알아낸 자료를 이용해 연구팀은 일곱 행성의 크기와 질량, 밀도를 분석했습니다. 질량 기반으로 분석한 결과 TRAPPIST-1의 모든 행성들은 암석으로 이루어졌을 것으로 추정됩니다.

 

뜨거운 태양과 반대로 TRAPPIST-1의 모항성은 초저온 왜성(ultra-cool dwarf star)으로 분류됩니다. 그래서 모 항성과 아주 가까이 공전하는 행성에서도 물이 존재할 수 있습니다. 모항성으로부터 가장 먼 행성인 TRAPPIST-1h까지의 거리가 태양과 수성 사이의 거리보다도 가깝다고 하네요. 참고로 수성은 태양과 너무 가까워 액체 상태의 물이 존재하기는 힘든 환경입니다.

 

TRAPPIST-1의 행성들은 서로 간의 거리도 태양계보다 가깝습니다.  만약 사람이 행성 표면에서 맨눈으로 하늘을 바라본다면 근접한 이웃 행성의 지질학적 특징이나 구름을 볼 수 있을 정도라고 하네요. 지구에서 보는 달보다 더 크게 보일 수 있을 정도라고 합니다.

 

헬로, 제임스웹 우주망원경

2021년 발사될 제임스웹우주망원경은 우리에게 외계행성, 대기, 그리고 그곳에 사는 생명체에 대한 가능성에 대해 많은 사실을 알려줄 것으로 기대된다.
2021년 발사될 제임스 웹 우주망원경은 우리에게 외계행성, 대기, 그리고 그곳에 사는 생명체에 대한 가능성에 대해 많은 사실을 알려줄 것으로 기대된다.

NASA에서는 적외선 영역에 특화된 '제임스 웹 우주망원경(JWST)'이 배치되는 시기와 맞춰 스피처 망원경 미션은 2018년에 종료될 예정이었습니다. 하지만 제임스웹 우주망원경 발사가 연기되면서 올해까지 작동할 수 있도록 연장 허가를 받았는데요. 2021년 발사 예정인 제임스웹 우주망원경의 길을 닦아 놓기 위한 추가 시간을 가졌던 것이죠. 

제임스 웹 망원경 그림. 실물 사진이 아닙니다. 출처 : NASA
제임스 웹 망원경 그림. 출처 : NASA

참고로 곧 스피처 우주망원경을 대신할 제임스 웹 우주망원경은 굉장히 세심한 부분까지 관측이 가능하다고 합니다. 이 망원경은 물, 메탄, 산소 오존 등 대기를 구성하는 요소의 화학적 성분까지도 관측할 수 있습니다. 그 뿐만 아니라 거주 가능성을 평가할 또 다른 요소인 행성들의 온도와 표면 압력도 분석이 가능해질 전망입니다. 외계행성이 내뿜는 적외선을 직접 관측하기 때문인데요. 기기에 외계 행성의 대기를 연구할 수 있는 장비와 센서를 장착한다고 합니다. 

 

NASA에 따르면 제임스 웹 우주망원경은 빅뱅 이후 우주에 처음 빛이 생긴 시기부터 우주 진화 과정을 관측할 수 있을 정도입니다. 이 정도 성능이라면 초기 은하의 모습도 관측할 수 있을 겁니다. 은하가 어떻게 진화하는지에 대한 정보도 얻을 수 있겠죠. 혹은 태양계 같은 항성계가 우주의 다른 곳에서 어떻게 형성되는지도 관측 가능합니다.


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