천문연구원, '광시야로 적외선 분광과 영상 동시관측 망원경' 세계 최초 개발

NASA와 중형우주망원경 공동 개발
근적외선 우주망원경 NISS 시험 영상 발표 및  NASA 중형 미션 SPHEREx 선정

. NISS의 비행모델 설계, 단면도 및 광경로(위)와 실제 개발된 NISS가 차세대 소형위성 1호 (NEXTSat-1)에 조립된 모습 및 외부은하에 대한 적외선 영상분광 관측으로 얻게 되는 예상 영상(아래)

삼각형 은하에 대해 우주망원경 허블로 촬영한 영상(좌)(사진제공: 미국 NASA)과 NISS(우)로 얻은 영상 비교. NISS 영상의 경우, 1.0, 1.35, 1.7μm(마이크로미터) 영역 밴드에서 합성한 RGB 영상이다. 단파장 1.0μm 영역(푸른색)에서 더 젊은 별들이 탄생해 중앙 지역이 더 밝게 보이고, 장파장 영역(붉은색)에서는 별 탄생이 일어나는 나선 구조를 명확히 보여주고 있다.

오리온성운에 대해 지상망원경 2MASS 근적외선으로 촬영한 영상(좌)(사진제공: 미국 매사추세츠대학 및 칼텍)과 NISS(우)로 얻은 영상 비교. NISS 영상의 경우, 1.0, 1.35, 1.7μm 영역 밴드에서 합성한 RGB 영상이다. 별 탄생이 활발한 지역이기 때문에, 장파장 영역(붉은색)에서 성운 구조가 명확히 보이는 것을 알 수 있다.

한국천문연구원(원장 이형목)은 차세대 소형위성 1호 과학 탑재체인 광시야 적외선 영상 및 분광 관측을 동시 수행할 수 있는 근적외선 영상·분광기(NISS, Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history)를 개발해 이로부터 얻은 초기 영상들을 공개했다.

또 그동안 축적한 적외선 우주 관측 기술과 국제협력을 바탕으로 미국 NASA에 제안한 전천 적외선 영상·분광 탐사를 위한 적외선 우주망원경 SPHEREx(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer)가 최종 선정돼 천체물리학 분야에 새로운 대규모 관측 자료들을 제공할 예정이다.

한국천문연구원이 개발한 NISS는 세계 최초로 광시야로 적외선 분광과 영상을 동시에 관측할 수 있는 우주망원경이다. 이 우주망원경은 차세대 소형위성 1호의 과학탑재체로 지난 12월 미국 스페이스 X사 로켓을 통해 발사됐다. NISS는 100평방도 이상의 넓은 하늘 영역에서 저분산 분광과 영상 자료를 동시에 얻는 적외선 영상 분광 관측을 수행 중이다.

NISS는 현재 분광 장비 테스트, 시험영상 촬영 등 초기성능 검증을 위한 운영이 진행 중이다. 초기운영 이후에는 주요 관측 임무인 가까운 은하와 우리 은하 내에서의 별 탄생 연구, 적외선 우주배경복사 연구 등에 활용될 예정이다.

특히 한국천문연구원은 NISS 개발 경험을 바탕으로 확보한 적외선 우주관측기술을 활용해 미국 캘리포니아 공과대학(Caltech)과 함께 NISS의 개념을 확장한 전천 적외선 영상·분광기 SPHEREx를 NASA 중형미션(프로젝트 전체 예산 규모 약 2800억 원)으로 제안했다.

그 결과 NASA는 2월 14일(한국시간) 새벽, 차기 중형 프로젝트로 SPHEREx를 최종 승인했다고 발표했다. 이 프로젝트의 국제협력 파트너는 한국이 유일하다.

SPHEREx는 NISS와 같은 적외선 영상 분광 기술을 이용해 전 우주에 대해 영상과 분광 관측을 동시에 수행하면서 약 14억 개 천체들의 개별적인 분광 정보를 획득하게 된다.

이를 통해 거대 우주구조, 적외선 우주배경복사의 기원, 생명의 기원이 되는 우리 은하 안의 얼음분자 탐사와 같은 주요 과학 연구를 수행할 예정이다.

특히, 기본적인 분광 정보를 확인한 특이 천체들은 한국이 개발에 참여하고 있는 거대마젤란망원경(GMT, Giant Magellan Telescope)과 운영에 참여 중인 아타카마 대형 밀리미터 및 서브밀리파 간섭계(ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 활용해 후속 연구를 진행할 계획이다.

NISS 개발 및 SPHEREx 국제협력을 주도하고 있는 한국천문연구원 정웅섭 박사는 “한국에서 개발된 적외선 우주 관측 기술로 구현된 우주 관측기기를 활용한 과학연구가 진행됨과 동시에 미국 NASA의 주요 우주개발 활용 로드맵인 중형 우주 미션에서도 기술적으로 활용된다는 점에서 이번 NISS 개발, 발사 및 성공적인 초기 성능 확인은 큰 의의가 있다”라며 “NASA 중형 미션으로 선정된 SPHEREx가 전 하늘영역에서 적외선 영상/분광 탐사가 이루어진다면, 천문연이 참여하고 있는 거대 지상 관측 프로젝트들과의 시너지를 기대할 수 있다”라고 설명했다.

[e-mail] 조석장 기자