천문연, 세계 최초 전천(全天) 영상분광 탐사 우주망원경(SPHEREx) 성능 시험장비 개발 완료
천문연, 세계 최초 전천(全天) 영상분광 탐사 우주망원경(SPHEREx) 성능 시험장비 개발 완료
  • 최해영 기자
  • 승인 2022.08.17 14:40
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- 스피어엑스(SPHEREx) 극저온 진공챔버 개발 및 미국 설치 완료
- 미 항공우주국(NASA), 2025년 4월 발사 예정

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국천문연구원(원장 박영득, 이하 ‘천문연’)이 미 항공우주국 스피어엑스(NASA SPHEREx*) 우주망원경 성능 시험을 위한 장비 개발을 완료했다고 밝혔다.

스피어엑스(SPHEREx) 최근 확정된 단면도와 운영 상상도

* Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer

해당 장비는 스피어엑스(SPHEREx) 망원경의 성능을 지상에서 정밀하게 시험하기 위한 시험 장비로, 천문연이 2019년 8월 개발 착수해 약 3년 만에 개발을 완료하고 지난 6월 미국으로 이송해 설치를 마쳤다.

천문연이 이번에 개발한 장비 중 핵심장비는 극저온 진공챔버다.

우주에서 적외선을 관측하려면 우주의 온도보다 한층 저온으로 냉각되는 망원경이 필요하다. 스피어엑스(SPHEREx)에 최적화해 개발한 이 진공챔버는 망원경이 우주에서 냉각되어 도달할 영하 220도 이하의 극저온 진공상태를 구현하며,

앞으로 개발할 스피어엑스(SPHEREx) 망원경을 넣고 시험을 하여 망원경이 촬영하는 사진 속에서 초점이 고르게 제대로 맞춰지는지 검증하고, 사진의 각 부분에서 어떤 파장 즉, 어떤 색깔이 보이는지를 측정하는 역할을 하게 된다.

극저온 챔버에서 스피어엑스(SPHEREx) 망원경의 성능을 시험하기 위해서는 거대한 챔버 자체뿐만 아니라 고가의 망원경을 안전하게 집어넣을 수 있는 보조 장비 등도 필요하다.

천문연은 스피어엑스(SPHEREx) 망원경 정밀 로딩 장비도 함께 개발했다. 뿐만 아니라 극저온에서 파장과 초점을 측정할 적외선 빛을 평탄하게 만들어주는 장치 등 보조 광학 장비들도 설계·제작했다.

스피어엑스(SPHEREx)는 ‘전천(全天) 적외선 영상분광 탐사를 위한 우주망원경’이며 미 항공우주국 제트추진연구소(이하 ‘JPL’) 및 미국 캘리포니아 공과대학(이하 ‘Caltech’) 등 12개 기관이 참여하는 프로젝트이다.

프로젝트의 주요 하드웨어는 우주에서 냉각을 위한 외곽 차폐막(JPL), 적외선 검출기를 포함한 관측 기기(Caltech), 적외선 망원경(Ball Aerospace), 스피어엑스(SPHEREx)의 극저온 성능시험 장비(천문연)로 각 기관이 역할 분담해 개발하고 있다.

이번 천문연의 스피어엑스(SPHEREx) 극저온 성능시험 장비 개발 설치 완료는 전체 스피어엑스(SPHEREx) 프로젝트 차원에서 2021년 상세 설계 이후 본격적으로 스피어엑스(SPHEREx) 하드웨어 개발이 가시화되는 것을 의미한다.

천문연과 스피어엑스(SPHEREx) 연구팀은 2023년 상반기 미국 Caltech에서 망원경의 광학성능을 검증하는 검교정 시험을 진행할 예정이다.

천문연은 설치한 극저온 진공 챔버를 활용하여 망원경의 우주환경시험을 주도하고, 관측자료 분석 소프트웨어 개발 및 핵심 과학연구 등에 참여할 예정이다.

스피어엑스(SPHEREx)는 계획상 2025년 4월에 태양동기궤도*로 발사돼 약 2년 6개월 동안 온 하늘을 총 네 번 102개의 색깔로 촬영하는 임무를 수행할 예정이다.

* 위성 궤도면의 회전 방향과 주기가 지구의 공전 방향과 주기와 같은 궤도로서 태양과 항상 일정한 각도를 유지

Caltech에서 스피어엑스(SPHEREx) 관측기기 개발을 총괄하고 있는 기기 과학자인 필 콘굿(Phil Korngut) 박사는 “극저온 상태에서 우주망원경의 초점을 유지하는 것은 대단히 중요하며, 천문연의 진공챔버가 스피어엑스(SPHEREx) 발사에 있어 크게 기여하고 있다”라고 말했다.

스피어엑스(SPHEREx) 검교정 장비 개발에 참여한 연구진 

한국 측 연구책임자인 천문연 정웅섭 박사는 “제임스웹 우주망원경의 경우, ‘좁은’ 지역을 정밀하게 관측하는 데 반해, 스피어엑스(SPHEREx)는 ‘넓은’ 지역의 기본적인 물리적 특성을 제공하는 망원경”이라며,

“추후 스피어엑스(SPHEREx)로 발견한 천체를 제임스웹 우주망원경, 거대마젤란망원경 등을 활용한 후속 관측 및 연구가 가능하다”고 밝혔다.

또한, 우주기술 측면에 있어서는 “이번 미 항공우주국과의 성공적인 공동 개발을 통해 적외선 우주망원경의 극저온 성능 시험 분야의 우주기술도 선진국 수준으로 도약할 수 있다”고 전했다.

과기정통부 권현준 거대공공연구정책관은 “한국이 이번에 개발한 장비는 스피어엑스(SPHEREx) 프로젝트에서 가장 주요 하드웨어 장비 중 하나“라며

”우주 관측 분야를 선도 할 수 있는 핵심 기술 확보를 위해 세계 유수의 연구기관과 공동연구를 확대해나갈 계획”이라고 밝혔다.

스피어엑스(SPHEREx) 개요

스피어엑스(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer)

스피어엑스(SPHEREx)*는 ‘전천(全天) 적외선 영상분광 탐사를 위한 우주망원경’으로, 대기에 흡수되기 때문에 지상에서는 관측이 불가능한 적외선을 볼 수 있는 우주망원경이다.

미국 Caltech 주관으로 한국천문연구원과 미 항공우주국 제트추진연구소(JPL) 등 12개 기관이 참여하는 프로젝트이다.

2015년부터 시작된 2,800억 원 규모의 미 항공우주국 중형미션이며, 2021년 상세 설계 단계를 통과해 망원경이 제작되고 있다. 천문연은 2016년 기획 단계에서부터 참여했으며, 스피어엑스(SPHEREx) 프로젝트에서 유일한 국제 협력 기관이다.

영상분광 기술을 이용해 온 하늘(전천, 全天)을 총 102개의 색깔로 촬영할 수 있다. 영상분광 기술이란 넓은 영역을 동시에 관측할 수 있는 ‘영상관측(Imaging)’과 개별 천체의 파장에 따른 밝기의 변화를 측정하는 ‘분광관측(Spectroscopy)’이 통합된 기술이다.

전체 하늘에 대한 적외선 분광 탐사는 전 세계적으로 처음 이루어지는 대규모 우주 탐사 관측이다. 2025년 4월에 발사되어 약 2년 6개월 동안 0.75 ~ 5.0μm 파장 범위에서, 낮은 분광 분해능(λ/Δλ = 40 – 150)으로 전천 탐사를 수행할 계획이다.

약 20억 개의 천체들에 대한 개별적인 분광 자료를 획득할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 스피어엑스(SPHEREx)는 이러한 방대한 관측자료를 통해 우주의 3차원 공간 정보를 획득함으로써 적외선 우주배경복사의 수수께끼를 푸는 실마리를 찾고, 생명체가 존재할 수 있는 행성계 탐사 연구에 기여할 것으로 기대된다.

또한 스피어엑스(SPHEREx)로 확인된 특이 천체를 중심으로 JWST를 활용한 후속 관측 수행 및 연구 예정이다.

스피어엑스(SPHEREx) 프로젝트 누리집 : http://spherex.caltech.edu/
스피어엑스(SPHEREx) 영상 : https://spherex.caltech.edu/videos

본 기사는 과학기술정보통신부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.

최해영 기자 news@wedding21news.co.kr


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