우주 이야기 29 - 스피처 우주 망원경

 

 최근 몇 차례에 걸쳐서 망원경에 대해서 이야기 했기 때문에, 기왕에 시작한 김에 아주 유명한 우주 망원경 하나를 소개할 계획이다. 그것은 바로 스피처 우주 망원경 (Spitzer Space Telecscope  = SST,  과거Space Infrared Telescope Facility, SIRTF  라고 불리기도 했다) 이다. 비록 허블 우주 망원경 만큼 일반인들에게 유명하지는 않지만 그 과학적 성과는 정말 대단하다고 할 수 있다.

(발사전 정비를 하고 있는 스피처 우주 망원경  This file is in the public domain because it was created by NASA )

 스피처 우주 망원경은 나사의 거대한 우주 망원경 계획인 Great Observatories 계획 중에 하나이다. 이 계획에는 허블 우주 망원경, 콤톤 감마선 관측기 (Compton Gamma Ray Observatory), 찬드라 X 선 위성 (Chandra X ray Observatory) 과 스피처 우주 망원경이 있다. 이렇게 많은 우주 망원경이 필요한 이유는 여러 파장 영역대에서 관측을 하기 위해서이다.

 스피처 우주 망원경은 이 계획의 4번째이자 마지막 망원경으로 2003년 8월 23일 발사되었다. 길이 10.2m, 무게 950 kg 의 길쭉한 위성으로 델타 II 로켓으로 발사되었다. 주경의 지름은 0.85 m 이며 관측 영역은 3 - 180 마이크로미터이다. 이는 주로 적외선 영역이라고 할 수 있다.

 이 망원경이 주로 적외선 영역을 관측하는 이유는 간단하다. 파장이 긴 적외선은 우주의 먼지를 뚫고 보기가 가시 광선 영역 보다 훨씬 유리하다. 이를 테면 화재시 연기를 뚫고 볼수 있게 하는 적외선 투시경 같은 경우와 비슷한 원리라고 할 수 있다. 따라서 스피처 우주 망원경은 허블 우주 망원경 보다 주경의 지름이 작지만 우주의 구름과 먼지를 뚫고 저 멀리 우주를 관측할 수 있는 것이다. 나사는 이 망원경의 이름으로 미국의 위대한 이론 물리학자인 리만 스피처(Lyman Strong Spitzer)의 이름을 선정한다.

(리만 스피처 박사   This file is in the public domain because it was created by NASA)

 스피처 우주 망원경에는 다음의 세가지 관측 장비가 탑재되어 있다.

 IRAC (Infrared Array Camera) : 4가지 파장 영역에서 작동하는 적외선 카메라이다. (3.6 µm, 4.5 µm, 5.8 µm, 8 µm   256 × 256 pixel detector)

 IRS (Infrared Spectrograph) :  적외선 분광기로 4가지 파장 영역을 관측한다. (5.3-14 µm (저해상도), 10-19.5 µm (고해상도), 14-40 µm (저해상도), and 19-37 µm (고해상도))

 MIPS (Multiband Imaging Photometer for Spitzer) : 원적외선 영역을 관측하는 3개의 관측기이다. (128 × 128 pixels at 24 µm, 32 × 32 pixels at 70 µm, 2 × 20 pixels at 160 µm)

 이들이 제대로 동작하기 위해서는 5.5K의 극저온의 환경이 필요하다. 따라서 스피처 우주 망원경은 액체 헬륨을 이용한 냉각장치를 가지고 있으며 이 액체 헬륨이 다 떨어지면 더 이상의 관측이 어렵다. 이점은 비슷한 목적이지만 더 진보된 성능을 지닌 망원경인 허셜 우주 망원경 (  http://blog.naver.com/jjy0501/100091999571 참조) 와 비슷하다.

 스피처 우주 망원경의 작동 기간은 액체 헬륨의 양에 제한을 받을 수 밖에 없는데, 처음에는 약 2.5- 5년 정도의 수명을 예상하고 발사되었다. 그러나 이 보다는 실제로 좀 더 오래 지속되어 지난 2009년 5월 19일 액체 헬륨이 모두 바닥나고 말았다. 하지만 그 이후로도 30K 정도의 저온이 유지되었고, 현재 IRAC 는 일부 작동이 가능해서 Spitzer Warm Mission 이라는 추가 미션에 투입되고 있다.

 그러면 스피처 우주 망원경은 어떤 과학적 성과를 거두었는가 ?

 2005년 스피처 우주 망원경은 우리 은하가 사실 막대 나선 은하라는 사실을 밝혀냈다. 이는 스피처 우주 망원경이 400시간 관측한 결과를 토대로 한 것이었다. 이전 관측에서도 사실 막대 나선 은하가 아닐지 의혹을 가지고 있었지만 기존의 망원경으로는 두터운 먼지층을 뚫고 보기 어려웠기 때문에 확신할 수가 없었다.

(스피처 우주 망원경이 관측한 우리 은하의 적외선 영상들 The Spitzer Space Telescope's broad infrared view of our Milky Way Galaxy.
The image was created from more than 800,000 frames, so it is the most detailed infrared picture of our galaxy to date

 This file is in the public domain because it was created by NASA )

(나사에서 공개한 우리 은하의 모식도. 중앙이 막대 모양인 막대 나선 은하이다.  Using infrared images from NASA's Spitzer Space Telescope, scientists have discovered that the Milky Way's elegant spiral structure is dominated by just two arms wrapping off the ends of a central bar of stars   This file is in the public domain because it was created by NASA )

 또 스피처 우주 망원경의 적외선 영역 관측은 온도가 낮아서 가시 광선을 방출하지 않는 먼지 구름이나 외계 행성의 연구에 유용하다. 스피처 우주 망원경은 새로이 생성되는 외계 항성의 먼지 디스크 및 원시 항성들을 정밀하게 관측했다.

(새로운 별들이 생성되는 뱀자리 남쪽의 스피처 관측 영상  A cluster of stars forming in the Serpens constellation. This cluster, called Serpens South, is a relatively dense group of 50 young stars, 35 of which are protostars just beginning to form   This file is in the public domain because it was created by NASA )

(스피처 우주 망원경의 찍은 나선 성운의 모습. 언론에 공개되어 큰 화제를 불러일으켰다. This file is in the public domain because it was created by NASA. )

(스피처 우주 망원경이 관측한 안드로메다 은하의 모습: 스피처 우주 망원경의 적외선 관측은 안드로메다 은하의 구조를 더 잘 이해할 수 있게 해 주었다. This file is in the public domain because it was created by NASA )

 이외에도 외계 행성 연구 및 여러 분야의 적외선 천문학에 큰 기여를 한 스피처 우주 망원경은 액체 헬륨이 떨어져 사실상 임무를 다한 상태이다. 그러나 앞서 이야기 했듯이 현재 일부 작동하는 장비를 가지고 추가 관측 계획을 세워놓은 상태이다.

 스피처 우주 망원경은 본래 예상 된 시기보다 더 긴 시간동안 우주를 관측했을 뿐 아니라 이제는 예정 된 임무를 끝내고도 관측을 지속하는 셈이다. 이후에 발사된 새로운 우주 망원경에 그 자리를 내주기는 했지만 스피처 우주 망원경이 보내온 수많은 아름다운 우주의 적외선 영상은 많은 이들에 뇌리에서 사라지지 않고 지속될 것이다.

출처 : Wiki/NASA