케플러의 두번째 빛

 

Image Credit: NASA Ames

사진 1> 케플러의 두번째 빛.

           이 사진은 NASA의 케플러 위성이 지난 10월 새로운 시연 모드로 촬영한 케플러 망원경의 전체 필드 사진이다.

           K2로 명명된 새로운 임무의 컨셉은 외계행성의 지속적인 탐색과 새로운 과학 탐사의 기회를 제공하고 있다.

 

당신은 아마도 케플러 위성이 더 이상 쓸모없어졌다고 생각할지 모른다.

 

 

글쎄, 다시한번 생각해보라.

 

용도가 변경된 케플러 우주망원경이 곧 다시 하늘을 훑게 될것 같다.

K2 라고 명명된 새로운 미션은 새로운 행성탐사활동도 지속할 수 있고, 성단과 여러 세대의 별들, 활성은하와 초신성을 관측하는 새로운 기회를 제공할 수도 있을 것이다.

 

지난 5월 케플러 위성은 망원경의 방향을 정교하게 교정하는데 쓰이는 4개의 자이로스코프 역할을 수행하는 리엑션 휠 중 2개를 잃었고,
더이상 새로운 데이터를 수집하지 못하는 상태가 되었다.

 

우리 태양계 바깥에서 우리 태양과 같은 별의 주위에 형성된 생명체 서식 가능지역을 공전하고 있는 지구 정도 크기의 작은 외계행성의 신호를 탐색하기 위해서는 정교한 조준이 필수적이다.
케플러 위성은 이를 위해 최소한 3개의 리액션 휠이 작동되어야 한다.

그러나 2번째 리액션 필이 고장난 이후 케플러 위성은 더 이상 원래의 조준 지점을 정확하게 유지할 수 없는 상태에 빠지고 말았다.

 

 

 

고장의 원인은 우리 태양 외에는 아무것도 없다.

케플러 위성을 운영하기 위한 에너지를 제공하는 광자는 이 위성에 부딪힐 때 전방위적인 압력을 가하기도 한다.

태양풍의 압력에 맞서는 작용을 하는 세번째 리액션 휠이 없다면 이 위성의 초정밀 지향 능력은 전방위적으로 조절될 수 없는 상황에 빠지게 될 것이다.

 

그러나 케플러 미션과 볼 에어로스페이스의 엔지니어들은 우주선의 배치를 이용하여 안정적인 겨냥 능력을 회복할 수 있는 혁신적인 방법을 개발하였다.
그 결과 태양풍의 압력은 우주선 표면 전반에 골고루 분산될 수 있게 되었다.

 

 

Image Credit: NASA Ames/W Stenzel

사진 2> 이 상상화는 케플러 위성이 태양풍의 압력을 활용하여 어떻게 균형을 잡는지, 그리고 멀리 떨어진 별의 전면에 모종의 행성이 지날 때,

            어떻게 망원경의 안정성을 유지하는지의 개념을 보여주고 있다.

 

 

이 정도의 안정성을 달성하기 위해서, 케플러 위성의 방향은 반드시 태양을 공전토록 설계된 공전궤도면에 거의 평행하게 배치되어야 한다.
이 배치는 지구의 공전궤도면인 황도면으로부터 아주 약간의 차이를 보이는 정도이다.

황도면은 황도 12궁이 위치하고 있는 하늘의 특정 대역을 말한다.

 

 

태양을 마치 '세번째 리앤션 휠'처럼 활용하여 지향능력을 회복하고자 하는 이 기술은 현재 테스트 단계에 있으며 초기 결과가 이미 도출된 상태이다.

지난 10월 하순에 수행된 테스트 기간 중 케플러 우주망원경은 궁수자리의 일부를 촬영하였다.

 

 

원거리의 별들이 몰려있는 지역으로부터 발생한 빛이 30여분간 수집되었으며 이로부터 도출된 사진의 질은 원래 케플러 위성이 가지고 있었던 화질과 비교했을 때 5퍼센트 이내의 차이를 보이는 것으로 나타났으며 이는 4개의 리액션 필이 가동될 당시의 안정성에 달하는 정도를 만족시켰다.

 

추가 테스트는 이러한 안정성이 수일부터 일주일 범위까지 유지될 수 있는지를 테스트하고 있다.

멀리 떨어진 행성이 자신의 별 앞쪽을 지날 때 발생하는 일시적인 별빛의 차단을 측정하기 위해서는
케플러 위성이 특정 방향을 겨냥하는 능력은 이보다 더 오랜 시간동안 유지될 수 있어야 한다.

 

 

NASA 에임스 연구소의 케플러 프로젝트 부책임자인 찰리 소벡(Charlie Sobeck)의 의견은 다음과 같다.
"이번 '두 번째 빛'의 사진은 이 과정의 첫번째 단계가 성공적이며  케플러 우주망원경으로부터 새로운 관측과 발견이 계속될지도 모른다는 점을 알려주고 있습니다."

 

 

K2 미션의 개념은 NASA 본부에 이미 보고되었다.

2년에 한번씩 진행중인 임무를 평가하는 2014년 시니어리뷰에 보고하는 것과 소요예산에 대한 제안 결정은 2013년 말까지 결정될 예정이다.

 

지금까지 수집된 데이터를 분석하는 작업이 여전히 진행중인 케플러의 최초 임무는
우리태양과 같은 별들 중 몇 퍼센트의 별이 지구와 같은 크기와 온도를 가진 작은 행성을 거느리고 있는지를 결정해주었다.

 

4년에 걸쳐 케플러 우주망원경은 15만개 이상되는 별의 광도를 시종일관 모니터링하며 매 30분 단위로 측정치를 기록하였다.

지금까지 케플러 우주망원경이 수집한 데이터의 잔여분을 분석하는데도 1년 이상이 소요될 예정이다.

 

 

출처 : NASA - Kepler Mission
         http://www.nasa.gov/kepler/a-sunny-outlook-for-nasa-keplers-second-light/

 

원문>

A Sunny Outlook for NASA Kepler's Second Light

Nov. 25, 2013

You may have thought that NASA's Kepler spacecraft was finished. Well, think again. A repurposed Kepler Space telescope may soon start searching the sky again.

A new mission concept, dubbed K2, would continue Kepler's search for other worlds, and introduce new opportunities to observe star clusters, young and old stars, active galaxies and supernovae.

In May, the Kepler spacecraft lost the second of four gyroscope-like reaction wheels, which are used to precisely point the spacecraft, ending new data collection for the original mission. The spacecraft required three functioning wheels to maintain the precision pointing necessary to detect the signal of small Earth-sized exoplanets, which are planets outside our solar system, orbiting stars like our sun in what's known as the habitable zone -- the range of distances from a star where the surface temperature of a planet might be suitable for liquid water.

With the failure of a second reaction wheel, the spacecraft can no longer precisely point at the mission's original field of view. The culprit is none other than our own sun.

The very body that provides Kepler with its energy needs also pushes the spacecraft around by the pressure exerted when the photons of sunlight strike the spacecraft. Without a third wheel to help counteract the solar pressure, the spacecraft's ultra-precise pointing capability cannot be controlled in all directions.

However, Kepler mission and Ball Aerospace engineers have developed an innovative way of recovering pointing stability by maneuvering the spacecraft so that the solar pressure is evenly distributed across the surfaces of the spacecraft.

To achieve this level of stability, the orientation of the spacecraft must be nearly parallel to its orbital path around the sun, which is slightly offset from the ecliptic, the orbital plane of Earth. The ecliptic plane defines the band of sky in which lie the constellations of the zodiac.

This technique of using the sun as the 'third wheel' to control pointing is currently being tested on the spacecraft and early results are already coming in. During a pointing performance test in late October, a full frame image of the space telescope's full field of view was captured showing part of the constellation Sagittarius.

Photons of light from a distant star field were collected over a 30-minute period and produced an image quality within five percent of the primary mission image quality, which used four reaction wheels to control pointing stability. Additional testing is underway to demonstrate the ability to maintain this level of pointing control for days and weeks.

To capture the telltale signature of a distant planet as it crosses the face of its host star and temporarily blocks the amount of starlight collected by Kepler, the spacecraft must maintain pointing stability over these longer periods.

"This 'second light' image provides a successful first step in a process that may yet result in new observations and continued discoveries from the Kepler space telescope," said Charlie Sobeck, Kepler deputy project manager at NASA Ames Research Center in Moffett Field, CA.

The K2 mission concept has been presented to NASA Headquarters. A decision to proceed to the 2014 Senior Review – a biannual assessment of operating missions – and propose for budget to fly K2 is expected by the end of 2013.

Kepler's original mission, which is still in progress to fully process the wealth of data collected, is to determine what percentage of stars like the sun harbor small planets the approximate size and surface temperature of Earth. For four years, the space telescope simultaneously and continuously monitored the brightness of more than 150,000 stars, recording a measurement every 30 minutes.

More than a year of the data collected by Kepler remains to be fully reviewed and analyzed.