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 내부의 모습. 망원경 과는 분리되어 내부 기압은 정상을 유지할 수 있음 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 미션에 대해서 좀 더 참고하고 싶다면 아래 홈페이지를 추천합니다.
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