천문연, NASA와 우주망원경 ‘SPHEREx’ 만든다

세계 최초 전천(全天) 영상분광 탐사 망원경…미국 외 유일 기관 참여

한국천문연구원이 세계 최초로 전체 하늘을 탐사할 수 있는 영상분광 우주망원경 제작에 참여한다. 공동개발 참여기관 중 미국 외 기관으로는 유일하다.

과학기술정보통신부와 한국천문연구원은 6일 NASA 제트추진연구소(이하 JPL)와 미국 캘리포니아 공과대학(이하 Caltech)이 공동 개발하는 우주망원경 ‘SPHEREx(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer)’ 제작에 착수했다고 밝혔다.

SPHEREx는 지상에서는 지구 대기에 의한 손실 때문에 관측이 어려운 적외선 천체 관측이 가능할 뿐 아니라, 영상분광 기술을 적용해 전 우주를 102개의 색깔로 관측할 수 있다.

SPHEREx 우주망원경 개념도(출처: SPHEREx 홈페이지)

영상분광 기술이란 넓은 영역을 동시에 관측할 수 있는 ‘영상관측(Imaging)’과 개별 천체의 파장에 따른 밝기의 변화를 측정하는 ‘분광관측(Spectroscopy)’이 통합된 기술이다.

SPHEREx에는 천문연이 차세대 소형위성 1호의 과학탑재체 NISS(Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history)에 최초로 적용한 선형분광필터를 사용한다.

앨런 파링턴 NASA JPL 박사는  “마치 영화사에서 흑백 영화에서 컬러 영화로 전환된 시기의 촬영기법처럼 SPHEREx의 전천 우주 영상분광 관측은 천체물리 역사에 한 획을 그을 획기적인 시도”라고 설명했다.

SPHEREx에서 시도하는 전천 영상분광기술(출처: SPHEREx 홈페이지)

SPHEREx는 이러한 관측 기술을 통해 전 우주에 존재하는 약 20억 개에 달하는 개별 천체들의 전천 분광 목록을 작성할 수 있을 것으로 기대된다.

SPHEREx의 관측영상과 각 천체의 방출 스펙트럼을 재구성하면 우주의 3차원 공간 정보를 얻을 수 있는데, 이는 빅뱅 직후 우주 급팽창에 의한 우주생성 이론과 은하 형성과 진화의 정보를 담은 적외선 우주배경복사의 수수께끼를 푸는 실마리가 될 것으로 전망된다.

우리은하와 우주에 얼음상태로 존재하는 물과 이산화탄소 등의 분포 지도를 작성하여 지구와 같이 생명체가 존재할 수 있는 행성계 탐사 연구에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

SPHEREx는 2016년 천문연이 Caltech과의 국제공동연구 기획을 바탕으로, 국제연구팀 공동으로 NASA에 개발을 제안하면서 시작됐다.

NASA는 2019년 2월 제안서를 선정하고, 지난해 10월 예비설계 결과를 평가해 6일(한국 현지기준) 최종 승인을 발표했다.

제작 완료된 SPHEREx는 2024년 태양동기궤도로 발사돼 약 2년6개월 동안 4회 이상의 전천 분광 탐사 임무를 수행할 예정이다.

SPHEREx의 제작·운용에는 주관기관인 Caltech을 포함해 NASA JPL, Ball Aerospace 등 12개의 기관이 참여하며, 천문연은 이 중 유일하게 미국 기관이 아닌 국제기관으로 참여한다.

천문연은 망원경의 우주환경시험에 사용될 극저온 진공 챔버 개발과 테스트를 주도하고, 관측자료 분석 소프트웨어 개발 및 핵심 과학연구 등에 참여할 예정이다.

SPHEREx 우주망원경 성능 테스트를 위한 천문연 극저온 진공챔버 모식도(천문연 제공)

주관기관인 Caltech은 적외선 관측기기 및 자료처리 파이프라인을 개발하고, NASA JPL은 미션운영과 탑재체 개발 조립, Ball Aerospace는 위성체 제작을 맡을 예정이다.

한국측 연구책임자인 정웅섭 천문연 박사는 “과거 차세대 소형위성 1호 과학탑재체인 NISS의 독자 개발 경험이 밑거름이 돼 SPHEREx 공동개발에 유일한 국제 연구기관으로 참여할 수 있게 됐다”며 “이번 공동개발을 통해 연구진이 세계 최고 수준의 우주망원경 개발에 대한 자신감을 얻었다”고 말했다.

이창윤 과기정통부 거대공공연구정책관은 “영상분광 관측기술은 이번 SPHEREx 우주망원경 개발뿐 아니라 자원탐사, 기후, 자연재해 감시 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 최첨단 기술”이라며,“미래 우주개발을 선도할 수 있는 핵심 기술 확보를 위해 세계적 수준의 연구기관과 지속적인 공동연구를 확대할 계획”이라고 밝혔다.