한·미 합작 '스피어엑스' 우주 망원경 28일 발사

우주청 - 나사, 첫 적외선 3차원 우주지도 제작
은하 형성 · 진화 비밀 추적

Unsplash 의 NASA

한국과 미국이 세계 최초로 지상에서 관측이 어려운 적외선을 볼 수 있는 차세대 우주망원경 '스피어엑스(SPHEREx)'를 개발하였다.

우주항공청은 한국천문연구원과 나사(NASA) 등이 공동 개발한 '스피어엑스(SPHEREx)' 를 오는 28일 낮 12시(현지시간 27일 오후 7시)에 미국 캘리포니아주 밴덴버그 우주군 기지에서 발사할 예정이라고 12일 전했다.

스피어엑스(SPHEREx)의 우주망원경
: 우주의 기원을 밝히는 탐사임무

'스피어엑스(SPHEREx)' 는 NASA가 주도하는 우주망원경 프로젝트로 우주의 기원과 진화를 연구하는 것을 목표로 하고 있으며 적외선 관측을 통해 우주 전체를 맵핑하며, 은하 형성과 진화, 초기 우주의 상태, 그리고 행성계의 유기물 분포를 연구하는 데 중점을 두었다고 밝혔다.

'스피어엑스(SPHEREx)' 는 전체 하늘을 102가지 색으로 관측해 10억 개의 천체들에 대한 물리적인 정보를 얻고 세계 최초로 적외선 3차원 우주지도를 제작하게 된다. 이를 통해 우리 은하 내에 얼음 상태로 존재하는 물과 이산화탄소의 분포를 지도화해 생명체가 존재할 수 있는 환경을 파악할 예정이다.

또한 10억 개 이상의 은하 분포를 측정해 빅뱅 직후 우주 급팽창 원인과 배경의 중요한 단서를 제공하고 그동안 볼 수 없었던 어두운 은하의 빛의 총량을 측정해 은하 형성과 진화의 비밀을 풀어간다.

이 임무는 2025년 발사를 목표로 이루어졌으며, 약 2년 반 동안 운영될 예정이다. NASA의 제트 추진 연구소(JPL)가 개발을 주도하며, 미국과 한국을 포함한 여러 연구 기관이 협력하였다.

스피어엑스(SPHEREx)의 목표

1. 우주의 역사 연구
   • 빅뱅 이후 우주가 어떻게 팽창하고 진화했는지 이해하는 것이 스피어엑스(SPHEREx)의 핵심 과제 중 하나
   • 초기 우주의 구조 형성과 재이온화 시대(Epoch of Reionization)의 특징을 분석
   • 현재 우주의 은하들이 어떻게 형성되었는지 연구
2. 우주의 화학적 조성 분석
   • 적외선 분광 탐사를 통해 성간 물질과 먼지에서 형성된 유기물과 얼음의 분포 조사
   • 태양계와 외계 행성계에서 생명체가 형성될 수 있는 환경을 이해하는 데 중요한 단서를 제공
3. 외계 행성과 생명체 탐색
   • 외계 행성 주위의 원시 행성계 원반에서 물과 유기물이 존재하는지를 분석.
   • 생명체가 존재할 수 있는 환경이 우주에서 얼마나 흔한 지를 연구

기술적 특징

'스피어엑스(SPHEREx)' 는 광범위한 적외선 데이터를 수집하기 위해 고유한 설계를 갖추고 있다.

1. 광역 적외선 스펙트럼 맵핑
   • 0.75~5μm(마이크로미터) 범위의 근적외선을 감지하는 고감도 탐지기 장착
   • 이는 기존 우주망원경(예: 허블, 제임스 웹)과 차별화되는 장점으로, 다양한 파장대에서 데이터 수집
2. 전천 탐사(All-Sky Survey)
   • 스피어엑스(SPHEREx)는 임무 기간 동안 하늘 전체를 4번 스캔할 예정
   • 약 4억 개의 은하와 수많은 별, 성간 물질 연구
3. 컴팩트한 디자인과 효율적인 운영
   • 기존의 대형 우주망원경과 달리, 스피어엑스(SPHEREx)는 소형 위성 형태로 제작되어 상대적으로 낮은 비용과 효율적인 운영이 가능.
   • SpaceX의 팰컨9 로켓을 이용해 발사될 예정이며, 태양동기궤도(Sun-synchronous orbit)를 따라 지구 주위를 돌면서 관측 진행

기대 효과

• 우주의 대규모 구조 연구
  • 은하와 성간 물질의 분포를 분석하여 암흑에너지와 암흑물질의 성질을 연구하는 데 기여할 수 있다.
• 외계 생명체 연구 기초 자료 제공
  • 유기물과 얼음이 포함된 성간 물질의 분포를 분석함으로써, 생명체의 기원에 대한 연구를 한 단계 발전시킬 수 있다.
• 차세대 우주망원경과의 협력 연구
  • SPHEREx의 관측 데이터는 제임스 웹 우주망원경(JWST) 및 향후 발사될 로마 우주망원경(WFIRST)과 같은 다른 우주망원경의 연구에 활용될 예정이다.

'스피어엑스(SPHEREx)' 는 지난 2019년부터 시작된 2800억 원 규모의 나사의 중형 탐사 미션으로 캘리포니아 공과대학(Caltech) 주관해 우주청 산하 천문연과 나사 제트추진연구소(NASA JPL) 등 12개 기관이 참여하는 프로젝트다.

천문연 개발팀은 지난 2016년 '스피어엑스(SPHEREx)'의 기획 단계부터 참여하면서 2019년 선정부터 국제 공동개발을 진행해왔다. 앞으로는 '스피어엑스(SPHEREx)'가 포착할 자료를 분석하는 과학연구에도 적극 참여할 예정이다.

윤영빈 우주청장은 "스피어엑스 우주망원경 개발에 있어 우주망원경에 최초로 적용하는 영상분광 관측 기술을 우리 연구진이 NASA와의 협력 속에서 개발해 활용한다는 점에서 큰 의미가 있다"고 강조했으며 "우주청은 한국의 우주 연구 역량을 강화하고, 우주 산업 발전을 위한 기반을 마련하기 위해 지속해서 천문학 분야의 국제 협력 연구를 확대하겠다"고 말했다.

'스피어엑스(SPHEREx)'를 통해 우주의 대규모 구조, 은하 형성 과정, 그리고 외계 생명체의 존재 가능성을 탐색하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.