케플러 미션

우주망원경과학연구소(이하 STScI)는 다른 별 주위를 공전하고 있는 지구크기의 행성을 탐색하는 역사적인 작업에 함께하고 있다.

STScI는 우리 은하에서 지구 크기의 행성을 탐색하는 임무를 수행하는 NASA의 케플러 미션에 대해 데이터 보관 센터의 역할을 담당하게 된다.

케플러 호가 자신의 첫번째 데이터를 전송한 것은 지난 6월 19일이었다.

 

 

이 연구소는 물밀듯이 밀려들어올 데이터를 보관하는데 있어 필연적으로 선택될 수밖에 없는 기관이다.
왜냐하면 이곳의 연구진들은 지난 19년동안 허블 우주망원경이 수집해온
미국의회 연구소의 거의 두 개 컬렉션을 가득 채울 수 있을만한 엄청난 분량의

관측자료를 가공한 경험이 있기 때문이다.

 

 

연구소의 역할은 케플러 호가 보내온 원데이터를 케플러 연구진들이 분석가능하도록 파일로 변환하고 매 3개월마다 파일에 저장하여 보관하는 업무로 구성되어 있다.  

 

STScI의 케플러데이터관리 센터의 개발프로젝트 메니저인 데이비드 테일러의 설명은 다음과 같다.
"우리가 이번 미션에 참여하게 된 것은 허블의 데이터를 분석하고 축적해온 우리의 경험 때문입니다.
 케플러의 운영책임을 맡고 있는 NASA의 에임스 연구 센터는 이와 같은 임무를 수행해 본 적이 없죠.
 맨바닥에서 이러한 역할을 수행할 데이터관리 센터를 세우는 것은 훨씬 더 많은 비용이 들것이고 

 능숙하게 작업을 수행하는 단계에 도달하는데도 훨씬 많은 기간이 필요할 것입니다."
 
3월 6일 플로리다 케이프 커네버럴에서 델타 II 로켓에 실려 발사된 케플러 호는 앞으로 삼년 반동안 백조자리와 거문고 자리에 위치하는 450만개의 별들 중
태양과 같은 성질을 가진 10만개 이상의 별들을 관측하여 생명체가 거주 가능한 행성을 찾는 임무를 수행하게 된다. 

케플러 호는 동시에 매 30분단위로 10만개 이상의 별에서 발생하는 밝기의 변화를 측정하게 될 것인데,
별의 밝기가 이처럼 주기적인 변화를 보이는 것을 탐색하는 이유는 별의 주위를 공전하는 행성이 자신의 별의 전면을 지나며 부분적으로 별빛을 차단하면서

이와 같은 현상이 나타날 수 있기 때문이다.

 

이러한 변동은 별의 밝기와 매우 근소한 범위내에서만이 비교될 수 있다. 

만일 우리 태양과 같은 별 앞을 지구정도 크기의 행성이 지나간다면, 그 밝기의 변화는 1% 미만의 범위에서 발생한다.

이러한 밝기를 인식하는 것은 마치 수킬로미터 밖에서 자동차의 헤드라이트 위를 기어가는 벼룩으로 인해 헤드라이트의 밝기 변화를 인식하는 것과 비교할 수 있다. 

 

수년 후 케플러 미션이 완성되면 측정 자료들은 별들의 주변을 공전하는 지구 크기의 행성이 어느정도 빈도로 존재하는지를 말해줄 수 있게 될 것이다.

 

한 달에 한 번씩 케플러 호는 약 50기가 바이트 분량의 데이터를 보내주게 될 것인데,
이 데이터는 콜로라도 대학 대기우주물리학 연구소의  케플러 미션 운용센터로 보내지게 된다. 

그리고 나서 원데이터는 곧  STScI의 데이터 관리 센터로 전달될 것이다.

 

STScI의 데이터관리 센터는 이 데이터를 데이터의 저장과 전송, 과학정보처리로 사용되기 위한 디지털 파일 포맷인

FITS(Flexible Image Transport System) 파일로 변환하게 된다.
FITS는 천문학에서 가장 일반적으로 사용되는 디지털 파일 포맷이다.

이어서 FITS 파일은 캘리포니아 에임스 연구 센터의 케플러운영센터로 보내지고 이곳에서 분석이 실행되는 것이다.

케플러 미션의 과학자들은 10만개 또는 그 이상의 별들로부터 수집된 각각의 데이터를 30분 간격의 스냅샷으로 분리할 것이다.

이 스냅샷으로부터 과학자들은 각 별에 대하여 미묘하게 나타나는 밝기 변화 분석을 통해 밝기 곡선을 구축하게 된다.
또한 연구진들은 밝기 곡선의 리뷰를 통해 밝기의 주기적인 감소가 행성의 '식'으로 유래했을 가능성을 가진 데이터를 찾게 된다.

 

케플러 미션의 과학자들은 또한 각 별과 그들의 구성성분을 연구하는데도 이 밝기 곡선을 사용하게 될 것이다.

이러한 작업이 병행되는 이유는 케플러가 수집할 데이터의 우수한 품질과 풍부한 관측대상이 별의 진화양상에 대하여 보다 자세히 알고자 하는 천문학자들의 희망을 충족시켜 줄 수 있기 때문이다.

STScI 케플러 데이터관리센터의 수석 시스템 엔지니어인 데럴 스웨이드(Daryl Swade)는 이번 미션의 수행에 대해 다음과 같이 소감을 말했다.
"케플러 미션의 주 목적은 우리의 태양과 같은 별에 대해서 우리 지구와 같은 거리를 유지하고 있는 행성을 찾는 것입니다.

 즉, 이러한 모델대로라면 우리가 찾고자 하는 행성은 매년 한 번 자신의 별 전면을 지나야 할 것이고
 우리는 이러한 현상을 확정짓는데 아마도 삼,사년의 기간이 필요할 것입니다. 즉, 이러한 연구에는 대략 삼년이나 사년의 시간이 필요하겠죠."

 

어떤 행성이 자신의 별로부터 지구와 같은 거리를 유지한다는 것은 이 행성이 생명거주가능지역에 위치함을 의미하는 것으로서
이는 얼어붙어 있거나 증발되어 없어지지 않는 액체의 바다가 존재한다는 것을 의미한다.

지구에서 액체의 바다는 생명의 출현을 가능케한 화학작용의 기초로서 반드시 필요했던 조건이기도 하다. 

이것은 우리가 아는한 생명탄생을 위해 대단히 중요한 선결조건이기도 하다.

 

STScI는 또한 케플러 데이터의 보관업무도 수행하게 된다.
매 삼개월마다 에임스 연구소의 케플러 운영센터에서는 500기가의 하드드라이브에 담겨진 FITS 파일을 이곳에 보내게 될 것이다.

 

데이터 보관센터에는 허블망원경과 극자외선분광탐색위성(FUSE, the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer),

은하진화탐색위성(he Galaxy Evolution Explorer, GALEX)을 포함한 14개 미션의 데이터가 보관되고 있다.

데이터의 보관과 강력한 정보 추적역량을 바탕으로 STScI는 앞으로도 보다 많은 미션에 참여하여 자신의 역량을 발휘하게 될 것이다.

 

테일러 역시 특정 프로젝트의 역할을 다른 연구소들과 분담하는 것이 앞으로 하나의 트랜드가 될 것으로 예측하고 있다.

 

우주망원경과학 연구소는 NASA의 협력체로 천문연구대학연합체에 의해 운영되고 있다.

케플러 미션은 NASA의 탐사 프로젝트이며 캘리포니아 모팻 필드의 NASA 에임스 연구센터는 연구를 책임지는 본부이자 지상 시스템의 개발 및 케플러 운용, 데이터의 분석을 책임진다.

NASA 제트추진연구소는 케플러미션개발을 관리하며 Ball Aerospace & Technologies 사는 케플러 비행시스템의 개발과 운영지원을 담당하고 있다.

 

 * '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다.
   본 내용은 2009년 6월 25일 발표된 뉴스입니다.

 

 

 

원문>

The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Md., is partnering on a historic search for Earth-size planets around other stars. STScI is the data archive center for NASA's Kepler mission, a spacecraft that is undertaking a survey for Earth-size planets in our region of the galaxy. The spacecraft sent its first raw science data to STScI on June 19.

The Institute was the logical choice for storing the anticipated flood of data because its scientists have processed enough observations from NASA's Hubble Space Telescope over the past 19 years to fill almost two collections of material in the U.S. Library of Congress.

The Institute's role is to convert the raw science data into files that can be analyzed by Kepler researchers and to store the files every three months in an archive.

"We are part of this mission because of our experience with Hubble data processing and archiving," explained David Taylor, project manager for the development of Kepler's Data Management Center at the Institute. "NASA's Ames Research Center [the home of Kepler's science operations] had not done a science mission like this one. Building the Data Management Center from scratch would have been more costly, and it would have taken longer to get up to speed."

Launched on March 6 on a Delta II rocket from Cape Canaveral, Fla., the Kepler spacecraft will spend the next 3 1/2 years searching for habitable planets by staring nonstop at more than 100,000 Sun-like stars out of about 4.5 million catalogued stars in the spacecraft's field-of-view, located in the summer constellations Cygnus and Lyra.

The spacecraft simultaneously measures the variations in brightness of the more than 100,000 stars every 30 minutes, searching for periodic dips in a star's brightness that happen when an orbiting planet crosses in front of it and partially blocks the light. These fluctuations are tiny compared with the brightness of the star. For an Earth-size planet transiting a solar-type star, the change in brightness is less than 1/100 of 1 percent. This event is similar to the dimming one might see if a flea were to crawl across a car's headlight viewed from several miles away.

When the mission is completed in several years, the survey should tell astronomers how common Earth-size planets are around stars.

Once a month, the Kepler spacecraft will send its science data, about 50 gigabytes, back to Kepler's Mission Operations Center at the Laboratory for Atmospheric and Space Physics at the University of Colorado. Raw science data will then be relayed to the Institute's Data Management Center (DMC). DMC Operations will convert the information into Flexible Image Transport System (FITS) files, a digital file format used to store, transmit, and manipulate scientific information. FITS is the most commonly used digital file format in astronomy.

The FITS files will be sent to the Kepler Scientific Operations Center (SOC) at Ames Research Center in California, where the science data analysis will be carried out.

Kepler mission scientists will turn the data into 30-minute snapshots of light from each of the 100,000 or more stars. From these snapshots, the scientists will construct a light curve for each star, which details any brightness fluctuations. They will review the light curves to look for any periodic decrease in brightness, an indication of a possible transiting planet.

The mission scientists also will use the light curves to study the stars and their interiors. Because of the quality of the Kepler data and the large number of stars the spacecraft will observe, scientists hope to improve their understanding of stellar evolution.

"The mission's main purpose is to find planets that are the same distance from its solar-type star as Earth is from the Sun," said Daryl Swade, who directed the systems engineering development of Kepler's Data Management Center at the Institute. "So that means that the planet would cross in front of its star every year. We would need three or four of these transits to confirm the detection, which will take about three or four years."

A planet at an Earth-like distance from its star would be in the star's "habitable zone," where temperatures are just right for liquid oceans to exist on the surface without freezing over or evaporating away. on Earth, a liquid ocean was needed to nurture the chemical processes that lead to the appearance of life. This is considered an important prerequisite for life as we know it to appear elsewhere in the galaxy.

Kepler's science data also will be archived at the Institute. Every three months the SOC at Ames will ship FITS files in a 500-gigabyte computer hard drive to the Institute for storage in the Multimission Archive, or MAST. The archive houses data from about 14 missions, including Hubble, the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE), and the Galaxy Evolution Explorer (GALEX).

Based on its strong track record in processing and archiving data, the Institute could earn a role in many future missions.

"Partnering with other institutions to share the duties of a mission may be a trend for future missions," Taylor said.

The Space Telescope Science Institute is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., Washington, D.C.

Kepler is a NASA Discovery mission. NASA Ames Research Center, Moffett Field, Calif., is the home organization of the science principal investigator and is responsible for the ground system development, mission operations, and science data analysis. NASA Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif., managed the Kepler mission development. Ball Aerospace & Technologies Corp. of Boulder, Colo., was responsible for developing the Kepler flight system and is supporting mission operations.

CONTACT

Donna Weaver
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4493
dweaver@stsci.edu