기본 콘텐츠로 건너뛰기

성층권 적외선 망원경 SOFIA




 비행기에 망원경을 설치해서 우주를 관측한다면 어떻게 될까요 ? 상상속의 이야기처럼 들릴지는 몰라도 사실 오래전부터 이런 항공 우주 관측은 실시되어 왔습니다. 일단 대기의 밀도가 희박한 높은 고도에서는 관측이 더 용이한 장점이 있기 때문에 천문대는 가능하면 높은 고도에 건설되기 마련이지만 이 경우에는 아예 비행기로 올라갈 수 있는 가장 높은 고도에서 관측을 하는 것입니다. 


 역사적으로 본다면 이미 1920 년대부터 하늘에서 천문 관측을 했다는 기록이 있습니다. 지난 수십년간 가장 크게 활약한 항공 천문대는 카이퍼 항공 관측소 (Kuiper Airborne Observatory  KAO) 입니다. 이 항공 관측소는 1973 년 Convair CV - 990 기에 적외선 망원경을 설치해서 관측을 한 갈릴레오 (Galileo observatory) 가 P-3C Orion 기와 충돌 사고로 파손된 후 이를 대체하기 위해 개발되어 1974 년 부터 적외선 영역 (1 - 500 ㎛ 파장) 을 관측해 왔습니다. 


 C - 141A  제트 수송기에 36 인치 (91.5 cm) 구경 카세그레인 반사 방원경을 설치한 KAO 는 1977 년에 천왕성의 고리를 처음 발견했고 1988 년엔 명왕성의 대기를 발견하기도 하는 등 여러가지 중요한 발견을 해냈습니다. 그리고 1995 년에 마침내 퇴역했죠. 



(Kuiper Airborne Observatory . 기체 앞쪽에 있는 것이 망원경   This file is in the public domain because it was created by NASA.  ) 


 그 뒤를 잇는 새로운 항공 우주 관측소로써 제안된 것이 바로 적외선 영역 관측을 담당할 SOFIA 입니다. SOFIA 는 Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy  (성층권 적외선 천문학 관측소) 의 약자로써 이름 그대로 성층권 가까이 비행하면서 여기서 적외선 영역 관측을 실시합니다. 


 SOFIA 의 기반 플랫폼은 보잉 747SP wide body  로 현재 구할 수 있는 민항기 가운데는 가장 큰 축에 속합니다. 더 큰 기체도 일부 있긴 하지만 높이 올라갈 수 있는 능력까지 고려했을 때 이게 답이라고 생각한 것 같습니다. (개발 단계에서는 에어버스사의 벨루가가 고려된 적도 있습니다) 여기에 지금까지 항공기에 탑재된 것 가운데 가장 거대한 주경 2.5 미터급 반사 망원경이 설치되었는데 이로인해 과거 KAO 에 비해 월등히 뛰어난 성능을 제공할 수 있습니다. 




(SOFIA . KAO 와는 달리 망원경이 기체 뒤쪽에 설치됨   This file is in the public domain because it was created by NASA.  )



 (SOFIA 와 KAO 의 크기 비교. SOFIA 의 거대함을 짐작할 수 있는 사진.   This file is in the public domain because it was created by NASA.  ) 




(SOFIA 에 설치된 망원경의 다이어그램   This file is in the public domain because it was created by NASA )_



( 실제 SOFIA 의 망원경 모습      This file is in the public domain because it was created by NASA)



( SOFIA 내부의 모습. 망원경 과는 분리되어 내부 기압은 정상을 유지할 수 있음   This file is in the public domain because it was created by NASA  ) 



(망원경 커버를 열고 비행중인 SOFIA    This file is in the public domain because it was created by NASA )


 SOFIA 의 개발 및 운영은 나사 뿐 아니라 독일 우주항공 센터 (DLR) 이 합작으로 하고 있습니다. 이 프로젝트는 개발 과정에서 비용이 1억 8500 만 달러에서 3억 3000 만 달러로 증가해서 한 때 개발이 재검토에 들어가기도 했지만 결국 완성되어 2007 년 처녀 비행을 시행하였고 2010 년 부터는 실제 이미지들을 얻기 시작해서 현재는 적외선 천문학에서 많은 활약을 하고 있습니다. 


 사실 아예 우주에 망원경을 설치하면 더 대기의 영향을 받지 않고 더 선명한 영상을 얻을 수 있을 텐데 왜 굳이 항공기에 망원경을 설치한 걸까요. 거기엔 두가지 이유가 있습니다. 일단 항공기가 더 유지 운용비가 저렴합니다. 만약 2.5 미터 급 망원경을 우주에 발사한다면 최소한 몇배 이상 비용이 들 가능성이 높습니다. 허블 우주 망원경을 생각해 보면 쉽게 알 수 있죠. 


 두번째는 유지 운용이 훨씬 용이하다는 것입니다. 뭔가 문제가 생겼을 때나 혹은 고장이 발생했을 때는 그냥 착륙해서 수리하면 됩니다. 허블 우주 망원경은 우주 왕복선으로 허블 우주 망원경이 있는 위치까지 가야 하는데 1회 발사 비용이 10 억 달러가 넘기 때문에 엄청나게 유지 운용이 비싼 망원경이라고 할 수 있습니다. 또 업그레이드 할 때도 아주 간단하게 지상에서 할 수 있다는 점 역시 SOFIA 의 장점입니다.


 SOFIA 의 망원경은 파장 1 - 655 ㎛ 영역의 적외선 관측과 0.3 - 1.1 ㎛ 영역의 가시광 관측을 주로 시행합니다. 이를 위해 각 파장대에 특화된 센서들이 존재합니다. 각 센서들은 전 파장대가 아니라 일부 파장대들을 커버합니다. 예를들어 1 - 5 ㎛ 파장을 커버하는 FLITECAM, 5 - 40 ㎛ 파장을 커버하는 FORCAST, 40 - 300 ㎛ 파장을 커버하는 HAWC 등이 존재합니다. 


 물론 SOFIA 의 망원경은 비행기의 진동과 이동으로 부터 망원경이 목표로 삼은 천체를 계속 추적할 수 있는 장치가 존재하며 이를 통해 움직이는 비행기 안에서도 관측이 가능합니다. 



 (SOFIA 에 탑승한 고등학교 교사들. 뒤로 보이는 미국과 독일 국기에서 양국의 합작 프로그램임을 알 수 있음 This file is in the public domain because it was created by NASA   )  


 SOFIA 는 스피처 우주 망원경 같은 다른 적외선 망원경과 협력해서 적외선 영역 관측에 널리 활용될 것으로 기대됩니다. SOFIA 가 1차적 목표는 행성의 대기 구성과 구조, 혜성의 구성, 성간 물질 (Interstellar medium) 의 구성 연구 등이며 기타 항성의 형성 및 다른 항성들에 대한 연구가 있습니다. 



(SOFIA 가 관측한 오리온 성운  This file is in the public domain because it was created by NASA  ) 


 SOFIA 미션에 대해서 좀 더 참고하고 싶다면 아래 홈페이지를 추천합니다. 





 참고 




댓글

이 블로그의 인기 게시물

중등도 코로나 19 환자에서 제한적인 효과만을 확인한 렘데시비르

   현재 렘데시비르는 인공 호흡기 치료가 필요한 환자 등 중증 코로나 19 환자의 치료제로 사용되고 있습니다. 다만 공급이 부족해서 갑자가 중증 코로나 19 환자가 늘어날 경우 수급 문제가 불거질 수밖에 없습니다. 따라서 이를 중등도 코로나 19 환자 (경증이나 무증상은 당연히 치료가 필요없거나 대증 요법 정도) 사용한다는 것은 지금 당장에 급한 연구는 아니지만, 나중에 수급량이 많아지고 가격이 낮아질 때를 생각하면 의미 있는 연구 결과입니다.   렘데시비르 제조사인 길리어드 사이언스의 다아애나 브레이너드 박사 ( Dr. Diana Brainard of Gilead Sciences )는 병원에 입원이 필요했던 중등도 코로나 19 환자 584명을 렘데시비르 5일, 10일 투여 실험군과 위약을 투여한 대조군으로 나눠 임상 경과, 사망 등 중요한 합병증 발생 등에서 차이를 보이는지 조사했습니다. 연구 대상자의 40% 이상은 당뇨 같은 만성 질환이 있었으며 평균 연령은 57세였습니다.   연구 결과 대조군의 2%, 5일 투여군의 2%, 10일 투여군의 1%가 사망했으나 사망자 수가 4명, 3명, 2명 정도로 통계적 차이를 판단하기에는 사망자 수가 적어 결론을 내리기 어려웠습니다. 연구팀은 5일 투여군에서 임상 경과가 다소 호전되는 것을 판단했으나 10일 투여군에서는 통계적 차이를 검증할 수 없었습니다. 결론적으로 말해 중등도 코로나 19 환자에서 렘데시비르 투여는 확실한 임상적 이득이 없었습니다.     5일 투여량만 해도 가격이 3120달러라는 점을 감안할 때 중등도 환자에서 렘데시비르 투여는 설령 공급이 원활하다고 해도 적절한 치료법이 아닌 것으로 판단됩니다. 더구나 지금처럼 공급이 불안해 중증 환자 투여 물량 확보가 아쉬운 상황에서는 말할 것도 없습니다.  이번 연구는 렘데시비르보다 효과가 뛰어나면서 저렴한 차세대 항바이러스 치료제의 필요성을 다시 보여준 것으로 생각됩니다....

178Tb/s - 광섬유 통신 신기록 수립

  ( Lidia Galdino, lead researcher on the study. Credit: James Tye / UCL )  현재 가정에 들어오는 초고속 광통신은 10Gb/s 정도가 가장 빠른 편입니다. 그러나 사실 광섬유를 통해서 보낼 수 있는 정보량은 이것보다 훨씬 많습니다. 현재 개발 중인 기술 가운데서는 이미 1Tb/s 이상이 속도를 지닌 것들이 많아 미래에는 테라 인터넷 시대가 가능할 것으로 예상됩니다. 그런 가운데 영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 리디아 갈디노( Lidia Galdino )가 이끄는 연구팀이 178Tb/s라는 신기록을 세웠다는 소식입니다.   광섬유 통신을 위한 주파수는 4.5THz까지 높일 수 있습니다. 최근에 개발된 신기술은 9THz 벽도 돌파했습니다. 그러나 연구팀은 16.8THz라는 새로운 영역에 도달했습니다. 주파수가 높을 수록 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 하지만 16.8THz의 주파수로도 178Tb/s의 데이터 전송 속도는 사실 불가능합니다. 연구팀은  Geometric Shaping (GS) 방식으로 레이저 신호의 페이즈, 밝기, 편광 수준을 조절해 여러 신호가 서로 간섭 없이 전달되게 만들어 이런 신기록을 수립했습니다.   물론 새로운 기술이 항상 그렇듯이 바로 상용화가 가능한 것은 아닙니다. 특히 광섬유는 장거리 정보 전송이 가능해야 할 뿐 아니라 오류 없이 장시간 작동이 가능해야 합니다. 자꾸 에러가 생기거나 고장난다면 아무리 속도가 빨라도 무용지물입니다. 이 단계를 극복하고 경제성까지 갖춰 실용화 되는 경우는 사실 소수에 지나지 않습니다.   하지만 경쟁적으로 Tb 급 대역폭을 지닌 광통신 기술이 개발되고 있어 테라바이트 급 정보도 순식간에 전송할 수 있는 시대가 올 것은 분명합니다. 과거 전화선을 이용한 56K 모뎀에서 지금의 광섬유 기반 초고속 인터넷이 온 것처럼 속도는 계속 빨라질 수밖에 없기 때문입니다...

코로나 19 감염 위험성이 큰 동물은?

  ( A new genomic study ranks the potential of the SARS-CoV-2 spike protein to bind to the ACE2 receptor site in 410 vertebrate animals. Old World primates and great apes, which have identical amino acids at the binding site as humans, are predicted to have a very high propensity for binding ACE2 and are likely susceptible to SARS-CoV-2 infection. Credit: Matt Verdolivo/UC Davis )    코로나 19를 일으키는  SARS-CoV-2는 사스 및 메르스와 마찬가지로 박쥐를 자연 숙주로 삼는 베타 코로나바이러스 계통입니다. 따라서 본래 박쥐에 살던 바이러스가 중간 단계를 거쳐 사람으로 넘어온 것으로 추정됩니다. 그런데 이 이야기는 SARS-CoV-2 역시 사람에만 감염되는 것이 아니라 종을 넘어 다른 포유류나 조류, 혹은 척추동물에 감염될 수 있음을 시사합니다. 코로나 바이러스가 침투하는 경로인 ACE2 수용체는 다른 척추동물에서도 볼 수 있기 때문입니다. 다만 SARS-CoV-2와 ACE2 수용체의 결합 수준은 동물마다 큰 차이가 있어 감염 위험도는 모두 다를 수밖에 없습니다.   캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스 (UC Davis)의 조안나 다마스 (Joana Damas)와 그 동료들은 410종의 척추동물에서 ACE2 수용체 유전자를 조사해 코로나 19 감염 위험도를 조사했습니다. 연구팀에 따르면 ACE2 수용체 전체가 아니라 25개의 아미노산 배열이 특히 결합력에 큰 영향을 미쳐 감염 가능성을 결정합니다.   연구 결과 쉽게 예상할 수 있듯이 사람과 가까운 침팬치, 고릴라, 보노보...