구독상품안내
지구의 대기를 뚫고 우주공간에서 천체를 관측하는 우주망원경시대가 열리고 있다. 광학망원경(허블)과 적외선 망원경(IRAS)에 이어 자외선망원경 아스트로2의 활약상을 살펴보자.
1995년 3월 2일. 오전 12시 38분 플로리다주 캐이프 캐너 배럴. 3대의 자외선 망원경과 X선 망원경, 그리고 2명의 천문학자와 5명의 우주비행사를 태운 엔데버호는 거대한 불기둥과 함께 하늘로 솟아올랐다. 다음은 'STS-67'이라는 일련번호가 붙은 '아스트로2'의 임무 첫날 비행기록 앞 부분이다.
Mission Control Center
STS-67 Status Report #1
Thursday, March 2, 2:3:30 a.m. CST
Endeavour began what is planned to be become the longest shuttle flight in history with a flawless liftoff at 12:38 central today.
아스트로2는 NASA의 두번째 실험실급 자외선망원경이다. 90년의 아스트로1에 비해 임무수행 기간이 2배로 늘어나 16일간 진행되었다. 아스트로2는 3대의 자외선 망원경을 탑재했고 기기 지향시스템(IPS:Instrument Pointing System)을 채택, 3대의 망원경이 동시관측을 했다.
실제로 천체관측은 어떻게 이루어질까? 우주왕복선에 탑승한 천문학자는 조종실에 앉은 채 대상 천체를 시야에 넣은 다음, TV모니터에 비치는 화상을 보면서 가이드관측을 하도록 되어 있다. 이 때 관측자는 오락용 조이스틱처럼 제작된 조정간으로 IPS를 조작한다.
그럼 관측에 사용된 3대의 자외선 망원경에 관해서 알아보자.
WUPPE(Wisconsin Ultraviolet Photo-Polarimetry Experiment)는 구경 0.5m f／10인 카세그레인식 망원경이며 16등급까지 천체의 밝기와 편광을 측정했다. WUPPE는 1천4백-3천3백 Å에 대하여 몇가지 파장대를 동시에 관측했는데, 성간물질이나 뜨거운 별들, 활동성 은하핵 등 다양한 천체들이 관측대상에 포함되었다. 이 망원경은 위스콘신 대학에서 제작했다.
UIT(Ultraviolet Imaging Telescope)는 구경 38㎝ f／9인 망원경으로 두대의 전자카메라(electronographic camera)를 부착했다. 두 카메라는 각각 1천2백-1천7백 Å, 1천2백50-3천 Å 인스펙트럼 영역을 담당했으며, 30분 노출로 약 25등급의 천체까지 촬영했다. UIT의 주 관측대상에는 M13 및 대마젤란은하, M31 M33 M101 외에 LSB은하(Low Surface Brightness galaxies:표면밝기가 어두운 은하) 등이 포함되었다. 노출시간은 아스트로1의 6백초 보다 훨씬 긴 2천초로 선택했다. 사이언스팀은 망원경의 넓은 시야를 이용, LSB 은하 외에 어두운 천체들까지 촬영할 수 있었다.
HUT(Hopkins Ultraviolet Telescope)은 구경 90㎝ f／2인 망원경이며 4백50-2천 Å 인 짧은 파장영역에 대해서 분광관측을 할 수 있게끔 설계되었다. 분광기에는 곡면으로 이루어진 회절격자와 1천24개의 광다이오드가 최종검출기로 부착되었다. 아스트로2에서는 반사경 및 분광기 회절격자 표면에 특수한 코팅을 했는데, 이것은 지난 임무때보다 3-4배의 높은 감도를 가능하게 했다. 이 망원경은 존스홉킨스대학에서 제작했다.
아스트로 임무에는 관측의 지향정밀도를 유지하기 위해 ESA(유럽우주기구)에서 설계·제작한 기기 지향시스템(IPS)을 사용했는데, 그 사용목적은 관측하는 천체에 대한 정밀지향 및 정밀추적에 있다. IPS는 ± 1.2˝의 정밀도로 천체를 지향·추적할 수 있다. 누군가 워싱턴 D.C. 링컨기념관 계단을 내려갈 때 그 사람 손에 쥔 1다임의 움직임을 의사당 창문을 통해 흔들림 없이 추적하는 정밀도에 해당한다.
아스트로의 승무원이 돼보자
지구상공에서 아스트로2 임무가 진행되는 동안 지상에서는 또 하나의 이벤트가 벌어지고 있었다. 그것은 NASA의 마샬우주비행센터가 인터넷에서 WWW(World Wide Web)를 통해 아스트로2 및 탐승 승무원에 관한 프로필, 현재 임무수행 상황 등을 시시각각으로 공지하는 서비스였다. 먼저 아스트로2의 홈페이지로 들어가면 'Welcome to Astro2 Live!'라는 글귀와 함께 우주왕복선, NASA, 그리고 아스트로2의 로고가 나타난다. 여기에는 여섯개의 선택 단추가 있고(그림1) 이 가운데 'Hardware and Science'를 클릭하면 엔데버호와 아스트로2 임무, 탑재망원경 및 장비에 관한 소개 등 세부항목으로 분류된다.
그 다음 'Flight Crew'를 선택하면 (그림2)와 갈은 화면이 나타나는데, 이번 임무에는 2명의 여승무원을 포함, 7명의 우주비행사가 탑승했다. 한편 사용자는 승무원 개개인의 경력과 임무에 대해서 검색할 수 있게끔 되어 있다. 'NASA Team'에는 NASA 산하기관에 관한 소개를, 'Flight Log'에는 임무수행상황 및 관측 내용 등을 수록했다.
'Come Aboard'(그럼3)을 클릭하면 셔틀의 지도상 현재 위치를 표시해 주었으며, 그 밖에 가상현실 등 다앙한 서비스를 제공했다. 마지막으로 마샬우주비행센터는 'Visitor's Port'에 검색자를 위한 프로그램을 마련했는데, 여기에서 간단한 퀴즈를 통과하면 '명예승무원증'을 수여하는 장난기를 발휘했다.
아스트로2는 천문학 임무의 목적과 중요성을 널리 알리고, 그 성과를 적극적으로 홍보했다는 점에서 좋은 선례가 되었다. 이처럼 자연과학이 일상과의 거리를 좁히면서 일반의 흥미를 끄는 일은 학문의 대중화라는 측면에서 큰 의미가 있다. 특히 프로젝트 참여 과학자들이 자외선 천문학을 마치 머드게임처럼 대중적인 흥미거리로 소화해냈다는 점에서 이번 임무는 시사하는 바가 크다고 본다.
그렇다면 한국의 현주소는 어떤가. 아직 한국 국적으로 대기권 밖에 나간 사람은 한사람도 있었다. 그래서 우리에겐 그 곳이 미답의 세계인 동시에 선망어린 신천지일 수 밖에 없다. 가까운 미래에 국산 우주망원경이 궤도상에서 임무를 수행하는 '가상현실'을 그려본다. PC통신에는 그 진행상황과 관측결과가 '한글 윈도우'로 소개될 것이고 외국인들에게도 '명예 승무원증'이 주어진다. 이 장면이 가상현실 아닌 실제상황으로 생중계될 때 우리는 저마다 가슴속에 뿌듯한 한국인의 긍지를 느낄 것이다. 모든 사람들이 좋아하는 '최첨단'이 바로 거기에 있다.
자외선 천문학이란?
우리 눈은 노란색에 민감하다. 그것은 표면온도가 6천K인 태양복사가 5천5백Å에서 가장 강하다는 사실을 떠올리면 쉽게 이해가 간다. 우리의 눈이 우리 '별'에 그만큼 잘 적용했기 때문이다. 그러나 O형 별 주위에 사는 행성인 아가씨들(?)이라면 푸른 립스틱을 애용하고, 침실 조명도 우리 눈에 치명적일 만큼 눈부신 자외선이 아닐까? 반면에 M형 별 주위에 사는 우주인 아줌마들은 절대로 보라색 스커트를 입지 않으리라. 그들은 이렇게 얘기할지 모른다 "남편 눈에 잘 띄지도 않는 옷을 입어서 무엇에 쓴담? 역시 근적외선 체크 무늬가 제일 무난해!"
빛은 정보(information)를 포함한다. 그러나 불행히도 우리 '눈에 익은' 가시광선에서 얻는 천문학적 정보란 극히 제한적이다. 전자기 스팩트럼에서 매우 좁은 영역을 차지하기 때문이다. 한편 고등학교 물리책에 나온 것처럼, 짧은 파장의 빛은 높은 에너지를 가지며 긴 파장은 그 반대이다.
자외선은 전자기 스펙트럼 가운데 가시광선과 X선 사이에 있으며, 가시광선보다는 고에너지 현상에 관한 정보를 담는다. 그래서 자외선 천문학은 주로 뜨거운 백색왜성, OB형 별, 강착원반이 있는 쌍성계, 성간물질, 활동성 은하핵 등을 다룬다. 그러나 이런 천체들은 절대 자외선 천문학의 독과점 품목이 아니다. 천문학자는 여러 파장영역을 통한 관측을 통해 별이나 은하에 대한 종합진단을 내려야 하기 때문이다. 이것은 의사가 X선 촬영 결과만을 가지고 환자의 모든 것을 얘기할 수 없는 이유와 같다.
자외선에는 특히 별의 채층이나 코로나에서 나오는 라이만 알파선을 비롯, 항성풍과 관련있는 스펙트럼 특성들이 많이 나타나기 때문에, 자외선 스펙트럼으로부터 채층 및 코로나의 물리적 특성과 함께 별들의 질량 손실률을 계산할 수 있다. 그리고 이러한 결과는 더 크게, 은하의 진화로부터 우주론적 연구에 이르는 넓은 분야로 확대된다. 이러한 연관성이 천문학의 묘미라고 생각된다.
1995년 3월 2일. 오전 12시 38분 플로리다주 캐이프 캐너 배럴. 3대의 자외선 망원경과 X선 망원경, 그리고 2명의 천문학자와 5명의 우주비행사를 태운 엔데버호는 거대한 불기둥과 함께 하늘로 솟아올랐다. 다음은 'STS-67'이라는 일련번호가 붙은 '아스트로2'의 임무 첫날 비행기록 앞 부분이다.
Mission Control Center
STS-67 Status Report #1
Thursday, March 2, 2:3:30 a.m. CST
Endeavour began what is planned to be become the longest shuttle flight in history with a flawless liftoff at 12:38 central today.
아스트로2는 NASA의 두번째 실험실급 자외선망원경이다. 90년의 아스트로1에 비해 임무수행 기간이 2배로 늘어나 16일간 진행되었다. 아스트로2는 3대의 자외선 망원경을 탑재했고 기기 지향시스템(IPS:Instrument Pointing System)을 채택, 3대의 망원경이 동시관측을 했다.
실제로 천체관측은 어떻게 이루어질까? 우주왕복선에 탑승한 천문학자는 조종실에 앉은 채 대상 천체를 시야에 넣은 다음, TV모니터에 비치는 화상을 보면서 가이드관측을 하도록 되어 있다. 이 때 관측자는 오락용 조이스틱처럼 제작된 조정간으로 IPS를 조작한다.
그럼 관측에 사용된 3대의 자외선 망원경에 관해서 알아보자.
WUPPE(Wisconsin Ultraviolet Photo-Polarimetry Experiment)는 구경 0.5m f／10인 카세그레인식 망원경이며 16등급까지 천체의 밝기와 편광을 측정했다. WUPPE는 1천4백-3천3백 Å에 대하여 몇가지 파장대를 동시에 관측했는데, 성간물질이나 뜨거운 별들, 활동성 은하핵 등 다양한 천체들이 관측대상에 포함되었다. 이 망원경은 위스콘신 대학에서 제작했다.
UIT(Ultraviolet Imaging Telescope)는 구경 38㎝ f／9인 망원경으로 두대의 전자카메라(electronographic camera)를 부착했다. 두 카메라는 각각 1천2백-1천7백 Å, 1천2백50-3천 Å 인스펙트럼 영역을 담당했으며, 30분 노출로 약 25등급의 천체까지 촬영했다. UIT의 주 관측대상에는 M13 및 대마젤란은하, M31 M33 M101 외에 LSB은하(Low Surface Brightness galaxies:표면밝기가 어두운 은하) 등이 포함되었다. 노출시간은 아스트로1의 6백초 보다 훨씬 긴 2천초로 선택했다. 사이언스팀은 망원경의 넓은 시야를 이용, LSB 은하 외에 어두운 천체들까지 촬영할 수 있었다.
HUT(Hopkins Ultraviolet Telescope)은 구경 90㎝ f／2인 망원경이며 4백50-2천 Å 인 짧은 파장영역에 대해서 분광관측을 할 수 있게끔 설계되었다. 분광기에는 곡면으로 이루어진 회절격자와 1천24개의 광다이오드가 최종검출기로 부착되었다. 아스트로2에서는 반사경 및 분광기 회절격자 표면에 특수한 코팅을 했는데, 이것은 지난 임무때보다 3-4배의 높은 감도를 가능하게 했다. 이 망원경은 존스홉킨스대학에서 제작했다.
아스트로 임무에는 관측의 지향정밀도를 유지하기 위해 ESA(유럽우주기구)에서 설계·제작한 기기 지향시스템(IPS)을 사용했는데, 그 사용목적은 관측하는 천체에 대한 정밀지향 및 정밀추적에 있다. IPS는 ± 1.2˝의 정밀도로 천체를 지향·추적할 수 있다. 누군가 워싱턴 D.C. 링컨기념관 계단을 내려갈 때 그 사람 손에 쥔 1다임의 움직임을 의사당 창문을 통해 흔들림 없이 추적하는 정밀도에 해당한다.
아스트로의 승무원이 돼보자
지구상공에서 아스트로2 임무가 진행되는 동안 지상에서는 또 하나의 이벤트가 벌어지고 있었다. 그것은 NASA의 마샬우주비행센터가 인터넷에서 WWW(World Wide Web)를 통해 아스트로2 및 탐승 승무원에 관한 프로필, 현재 임무수행 상황 등을 시시각각으로 공지하는 서비스였다. 먼저 아스트로2의 홈페이지로 들어가면 'Welcome to Astro2 Live!'라는 글귀와 함께 우주왕복선, NASA, 그리고 아스트로2의 로고가 나타난다. 여기에는 여섯개의 선택 단추가 있고(그림1) 이 가운데 'Hardware and Science'를 클릭하면 엔데버호와 아스트로2 임무, 탑재망원경 및 장비에 관한 소개 등 세부항목으로 분류된다.
그 다음 'Flight Crew'를 선택하면 (그림2)와 갈은 화면이 나타나는데, 이번 임무에는 2명의 여승무원을 포함, 7명의 우주비행사가 탑승했다. 한편 사용자는 승무원 개개인의 경력과 임무에 대해서 검색할 수 있게끔 되어 있다. 'NASA Team'에는 NASA 산하기관에 관한 소개를, 'Flight Log'에는 임무수행상황 및 관측 내용 등을 수록했다.
'Come Aboard'(그럼3)을 클릭하면 셔틀의 지도상 현재 위치를 표시해 주었으며, 그 밖에 가상현실 등 다앙한 서비스를 제공했다. 마지막으로 마샬우주비행센터는 'Visitor's Port'에 검색자를 위한 프로그램을 마련했는데, 여기에서 간단한 퀴즈를 통과하면 '명예승무원증'을 수여하는 장난기를 발휘했다.
아스트로2는 천문학 임무의 목적과 중요성을 널리 알리고, 그 성과를 적극적으로 홍보했다는 점에서 좋은 선례가 되었다. 이처럼 자연과학이 일상과의 거리를 좁히면서 일반의 흥미를 끄는 일은 학문의 대중화라는 측면에서 큰 의미가 있다. 특히 프로젝트 참여 과학자들이 자외선 천문학을 마치 머드게임처럼 대중적인 흥미거리로 소화해냈다는 점에서 이번 임무는 시사하는 바가 크다고 본다.
그렇다면 한국의 현주소는 어떤가. 아직 한국 국적으로 대기권 밖에 나간 사람은 한사람도 있었다. 그래서 우리에겐 그 곳이 미답의 세계인 동시에 선망어린 신천지일 수 밖에 없다. 가까운 미래에 국산 우주망원경이 궤도상에서 임무를 수행하는 '가상현실'을 그려본다. PC통신에는 그 진행상황과 관측결과가 '한글 윈도우'로 소개될 것이고 외국인들에게도 '명예 승무원증'이 주어진다. 이 장면이 가상현실 아닌 실제상황으로 생중계될 때 우리는 저마다 가슴속에 뿌듯한 한국인의 긍지를 느낄 것이다. 모든 사람들이 좋아하는 '최첨단'이 바로 거기에 있다.
자외선 천문학이란?
우리 눈은 노란색에 민감하다. 그것은 표면온도가 6천K인 태양복사가 5천5백Å에서 가장 강하다는 사실을 떠올리면 쉽게 이해가 간다. 우리의 눈이 우리 '별'에 그만큼 잘 적용했기 때문이다. 그러나 O형 별 주위에 사는 행성인 아가씨들(?)이라면 푸른 립스틱을 애용하고, 침실 조명도 우리 눈에 치명적일 만큼 눈부신 자외선이 아닐까? 반면에 M형 별 주위에 사는 우주인 아줌마들은 절대로 보라색 스커트를 입지 않으리라. 그들은 이렇게 얘기할지 모른다 "남편 눈에 잘 띄지도 않는 옷을 입어서 무엇에 쓴담? 역시 근적외선 체크 무늬가 제일 무난해!"
빛은 정보(information)를 포함한다. 그러나 불행히도 우리 '눈에 익은' 가시광선에서 얻는 천문학적 정보란 극히 제한적이다. 전자기 스팩트럼에서 매우 좁은 영역을 차지하기 때문이다. 한편 고등학교 물리책에 나온 것처럼, 짧은 파장의 빛은 높은 에너지를 가지며 긴 파장은 그 반대이다.
자외선은 전자기 스펙트럼 가운데 가시광선과 X선 사이에 있으며, 가시광선보다는 고에너지 현상에 관한 정보를 담는다. 그래서 자외선 천문학은 주로 뜨거운 백색왜성, OB형 별, 강착원반이 있는 쌍성계, 성간물질, 활동성 은하핵 등을 다룬다. 그러나 이런 천체들은 절대 자외선 천문학의 독과점 품목이 아니다. 천문학자는 여러 파장영역을 통한 관측을 통해 별이나 은하에 대한 종합진단을 내려야 하기 때문이다. 이것은 의사가 X선 촬영 결과만을 가지고 환자의 모든 것을 얘기할 수 없는 이유와 같다.
자외선에는 특히 별의 채층이나 코로나에서 나오는 라이만 알파선을 비롯, 항성풍과 관련있는 스펙트럼 특성들이 많이 나타나기 때문에, 자외선 스펙트럼으로부터 채층 및 코로나의 물리적 특성과 함께 별들의 질량 손실률을 계산할 수 있다. 그리고 이러한 결과는 더 크게, 은하의 진화로부터 우주론적 연구에 이르는 넓은 분야로 확대된다. 이러한 연관성이 천문학의 묘미라고 생각된다.
