앞서 포스트에서 소개한 SIM Lite/TPF 이외에도 나사는 지구 크기의 외계행성을 찾기위해서 새로운 우주 관측기기를 준비하고 있다. 이는 지금까지 공상의 영역이었던 제 2의 지구와 외계 생명체의 존재에 대한 우리의 지식을 보다 구체적인 과학의 영역으로 끌어들일 기회라고 하겠다. 금일 소개할 차세대 우주 망원경은 바로 케플러 미션 (Kepler Mission) 으로 알려진 케플러 망원경이다.
(케플러 우주 망원경의 CG This file is in the public domain because it was created by NASA)
이 케플러 우주 망원경은 약 3.5년에 걸쳐 약 10만개의 항성을 관측하여 이중에서 지구와 비슷한 크기의 외계 행성을 찾아낸다는 목표를 가지고 있다. 그러면 대체 이 케플러 우주 망원경이 앞서 설명한 SIM Lite 와 뭐가 다른 것일까?
결론적으로 말하면 이 케플러 우주 망원경은 관측 방식이 다르다. 앞서 SIM Lite 는 간섭계의 원리를 이용하여 모성의 흔들림을 관측하여 간접적으로 행성을 추정하는 반면 이 케플러 우주 망원경은 항성의 밝기를 정밀하게 관측하여 망원경에서 볼 때 항성 앞으로 행성이 지나가는 시점에 항성의 빛이 일부 가려서 주기적으로 어두워지는 현상을 관측하는 것이다. 그러므로써 행성의 크기와 자전 주기 및 공전 궤도를 좀더 자세하게 구하는 것이다.
우리는 이미 항성의 크기와 밝기등의 자료를 가지고 있다. 따라서 만약 잘 보이지 않는 작은 행성이 모성의 앞을 지나간다면 그 밝기가 감소하는 시간과 정도를 구해서 상대적인 크기 및 공전 주기를 잴 수 있다는 것이 그 원리이다. 여기에는 물론 행성의 움직임을 설명하는 법칙인 케플러의 법칙이 사용된다. 당연히 케플러 우주 망원경이란 이름도 여기에서 나왔다.
(목성의 앞을 지나는 이오의 모습을 카시니 탐사선이 찍었다. 이렇게 식현상이 일어나는 것을 관측해서 주변을 도는 행성의 존재를 알 수 있다. This work is in the public domain in the United States because it is a work of the United States Federal Government)
(스테레오 B 탐사선이 관측한 달의 식현상. 달이 태양 앞을 지나는 것을 찍었다. 스테레오 B 탐사선이 찍은 위치에서는 달이 태양을 완전히 가리지 못하고 아주 일부만 가린다. 대개의 행성은 이보다 매우 작게 포착되긴 하지만 아무튼 케플러 망원경도 같은 원리로 외계 행성을 포착한다. This file is in the public domain because it was created by NASA )
케플러 우주 망원경의 목표는 얼마나 많은 지구형 행성들이 골디락스 존이라고 부르는 생명체 거주 가능 지역에 존재하는지를 탐사하고, 또 쌍성계 이상의 항성 시스템에서 과연 얼마나 많은 행성들이 존재하는 지를 좀더 확실하게 알아내는 데 있다. 그런데 왜 꼭 우주 망원경이 필요한 것인가?
언뜻 생각하기에도 행성의 크기는 항성에 비해 매우 작을 것이기 때문에 (지구와 태양의 크기 차이를 생각해보자) 행성 하나가 항성 앞에 지나가도 사실 가려지는 부위는 매우 작을 것이다. 이 말은 식현상으로 감소하는 별빛의 크기가 매우 작다는 것이다. 예를 들어 태양과 지구의 지름 차이가 약 100배 정도 이므로 가려지는 면적은 약 1만분의 1 (0.01%) 정도이다. 따라서 지구 정도 크기의 행성을 찾으려면 별빛이 0.01% 감소하는 것을 관측할 수 있어야 한다.
그런데 이러한 미세한 차이를 관측하기 위해서는 대기의 간섭 현상에 구애 받지 않는 매우 정밀한 관측기기가 필요했다. 이를 테면 일종의 우주 망원경이 필요하다. 그러나 허블 우주 망원경을 비롯한 여러 우주 망원경은 이미 다른 임무에 투입중인 상태이다. 따라서 나사는 이러한 목적에 특화되어 있는 특별한 우주 망원경을 만들었었으니 이것이 바로 케플러 우주 망원경인 셈이다.
(케플러 우주 망원경의 구조도. 1톤 정도되는 비교적 작은 우주 망원경이다. This file is in the public domain because it was created by NASA. )
오늘날의 관측 기술로는 목성이나 이보다 약간 작은 크기의 외계 행성 밖에 찾을 수 없다. 그러나 케플러 우주 망원경은 이보다 30배에서 최대 600배 작은 행성까지 찾을 수 있을 것이다. 과학자들은 태양 비슷한 행성 주변에 지구 비슷한 행성이 지구 태양간의 거리인 1AU 거리에 존재할 가능성이 0.465% 정도 된다고 생각하고 있다. 반면 금성과 비슷한 행성이 금성 정도 위치에 있을 가능성은 0.6%로 상대적으로 높다고 보고 있다.
케플러 우주 망원경의 관측 방식은 다음과 같다. 이 우주 망원경은 허블 우주 망원경 처럼 정밀하진 않지만 대신 넓은 면적을 동시에 관측할 수 있도록 제작되었다. 따라서 최대 10만개의 별을 동시에 관측하며, 그 밝기를 30분 간격으로 측정한다.
(케플러 우주 망원경은 지구와 비슷한 공전 궤도를 돌며 특정 필드를 지속적으로 관측한다 This file is in the public domain because it was created by NASA)
(우리 은하계에서 볼 때 케플러 우주 망원경의 관측 범위 This file is in the public domain because it was created by NASA. )
(케플러 우주 망원경은 은하계의 특정 부위를 가로 세로 나눈 사각형 칸에 나누어 관측한다. This file is in the public domain because it was created by NASA )
(케플러의 주 관측 영역과 관측 구획을 보여주는 그림. 이 관측 구획을 3.5년간 관측한다. This file is in the public domain because it was created by NASA. )
(케플러가 관측한 부위를 나타낸 것. 한꺼번에 많은 항성의 밝기 변화를 감지할 수 있는게 이 망원경의 특기다. This file is in the public domain because it was created by NASA. )
(뜨거운 목성이라고 알려진 행성을 거느린 TrES - 2 를 포착한 모습. 위에 있는 작은 사각형 하나를 확대한 것이다. This file is in the public domain because it was created by NASA. )
케플러 우주 망원경에는 이런 여러개의 별빛을 동시에 측정할 수 있는 42개의 2200 × 1024 픽셀 CCD 카메라가 설치되어 있어 총 해상도는 95 메가 픽셀에 달한다. 주경 (Primary Mirror) 의 지름은 약 1.4 미터이며, 무게는 1039kg 정도 된다. 좀 무식한 이야기인지는 몰라도 커다란 디카 같은 망원경이라 할 수 있는데, 비용은 6억 달러에 달하니 가장 비싼 디카 가운데 하나일 것이다.
케플러 우주 망원경은 2009년 3월 7일 델타 II 로켓을 이용해 발사 되었다. 현재 관측 중에 있는데 구체적인 결과는 아마 몇년 후에 나오게 될 것이다. 아마 그 때쯤이면 외계 행성에 대한 우리의 지식은 크게 확장되지 않을 까 기대된다.
한편 케플러 우주 망원경과 다른 원리인 SIM Lite 도 현재 계획중이다. 케플러 우주 망원경의 경우 지구형 행성이 있어도 그 공전궤도가 운이 없게도 지구에 보았을 때 모항성 앞을 지나지 않는 경우는 찾아낼 수 없다. 그러나 SIM 은 이런 외계 행성도 포착이 가능하다. 또 SIM 은 케플러와는 달리 꼭 한쪽 만을 바라보지 않는다. 다만 예산 문제 때문에 2014년 이전에는 발사가 어려울 것으로 보인다.
아무튼 케플러 우주 망원경의 멋진 관측 결과를 기대해 본다.
추가 : 케플러 우주 망원경 관측 결과에 대한 포스팅은 아래에 있습니다.
출처 : Wiki/NASA
글 내용이 많은 도움 되었습니다..!
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