ALMA를 통해 바라본 플루토(Pluto)

* 플루토(Pluto)는 '명왕성'을 말합니다.
명왕성은 더 이상 행성으로 분류되지 않습니다.
'명왕성'이라는 한자식 표현은 '해왕성, '천왕성'등과 동급의 표현으로 행성이라는 의미를 가지고 있는 표현입니다.
따라서 오해의 소지를 없애기 위해 더 이상 '명왕성'으로 적시하지 않고 영어 표현 그대로 '플루토(Pluto)'로 표현합니다.

 

 

 

사진1>  ALMA로 바라본 플루토와 플루토의 가장 커다란 위성 카론.  Credit: NRAO/AUI/NSF

 

                       
                       

 

 

사진2>  ALMA로 바라본 플루토 주위를 도는 카론의 움직임. Credit: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

 

                                                             
                                                            

천문학자들이 ALMA(the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array )를 이용하여 NASA의 뉴호라이즌호가 2015년 7월 플루토와 5개의 위성 가까이에 도착했을 때 정확하게 자신의 위치를 잡을 수 있도록 돕기 위해 플루토의 위치와 태양 공전궤도를 정밀하게 측정했다.

 

비록 지금까지 수십년 동안 지상에 위치한 가장 큰 망원경들과 우주의 망원경들을 이용한 관측이 수행되긴 했지만 천문학자들은 여전히 태양계 주위를 도는 플루토의 정확한 지점과 경로를 잡기 위한 작업을 계속하고 있다.

플루토의 위치가 여전히 불명확하게 남아 있는 이유는 플루토가 태양으로 부터 너무나 먼 거리에 떨어져 있기 때문이고 - 그 거리는 태양과 지구까지의 거리보다도 40배나 더 멀다 - 지금까지 연구된 플루토의 공전궤도는 플루토 전체 공전궤도의 3분의 1정도에 지나지 않기 때문이다.

 

플루토는 1930년 처음으로 발견되었으며 태양 주위를 한 바퀴 도는데는 248년이 소요된다.

 

뉴호라이즌 호 프로젝트 과학자이자 존스홉킨스 대학교 응용물리연구소 할 위버(Hal Weaver)의 설명은 다음과 같다.
"제한된 관측데이터를 통해 얻어진 플루토의 위치에 대한 우리의 지식은 수천킬로미터 정도 잘못되어 있을 수 있는데 이는 뉴호라이즌호를 목표지점을 향해 효과적으로 조정하는데 위협이 되는 수준입니다."

 

뉴호라이즌 팀은 궤도 교정 기동(Trajectory Correction Maneuver, 이하 TCM)이라고 알려져 있는 목표지점으로의 첫번째 궤도 교정 시 어떻게 이를 수행할 것인지를 결정하기 위해 ALMA의 위치추적 데이터와 함께 플루토의 발견시점까지 거슬러올라가는 가시광 측정 데이터를 새롭게 분석하였다.

 

이번 기동작전은 플루토에 도달하기 위한 뉴호라이즌호의 연료를 최소한으로 활용함으로써 플루토의 근접 통과가 완료된 이후 카이퍼 벨트 천체의 탐색에까지 임무를 넓힐 수 있는 가능성을 확보하도록 하는데 목적이 있다.

 

이러한 첫번째 TCM을 준비하기 위해 천문학자들은 가능한한 가장 멀리 떨어진,  가장 안정적인 기준점을 이용하여 플루토의 위치를 특정할 필요가 있다.
이처럼 광대한 거리에 위치하는 이토록 작은 천체까지의 궤적을 정밀하게 계산하여 그 기준점을 알아내는 것은 정말 어려운 도전과제에 속한다.

 

 

일반적으로 엄청난 거리로 떨어져 있는 별의 위치를 특정하는데 광학망원경이 사용될 수 있는 것은 여러 해가 지나도 그 별의 위치는 아주 미미하게 변하기 때문이다.

그러나 뉴호라이즌호에 있어서는 플루토와의 조우를 확신하기 위해서 가능한한 훨씬 더 정밀한 측정치가 필요하다.

 

우주에서 가장 멀리 떨어져 있으면서도 그 위치가 가장 안정적으로 규명되는 것은 100억광년 이상 떨어진 은하에서 발생하는 퀘이사들이다.
비록 퀘이사는 광학 망원경에서 매우 희미하게 나타나지만 이들은 특별히 밀리미터 파장을 비롯한 라디오파에서는 엄청나게 밝게 빛나기 때문에
ALMA는 이를 쉽게 볼 수 있다.

현재 칠레 ALMA 조정 지원 설비에 참여하고 있는 국립 라디오 전파 천문대의 천문학자 에드 포말론트(Ed Fomalont)는 플루토의 위치 불안정성을 절반으로 줄이기 위해 ALMA는 J1911-2006이라는 이름의 밝은 퀘이사를 사용하고 있다고 말했다.

 

ALMA는 플루토와 플루토의 최대 위성인 카론을 절대 온도 43도의 차가온 온도에서 복사되는 라디오파를 이용하여 관측할 수 있다.
연구팀이 처음으로 플루토와 카론을 관측했던 것은 2013년 11월이며 이후 2014년에는 4월에 한차례, 그리고 7월에 두차례 해서 총 세 번의 관측을 수행하였다. 추가 관측은 2014년 10월로 예정되어 있다.

 

포말론트의 설명은 다음과 같다.
"서로 다른 날짜에 다수의 관측 데이터를 확보함으로써, 우리는 지구의 움직임을 활용하여 태양에 대해 상대적으로 다른 위치에서의 시점을 확보할 수 있습니다. 이를 통해 천문학자들의 플루토의 거리와 공전궤도를 보다 정확하게 결정할 수 있게되죠."
이러한 천문학적 기술을 플루토 시차 측정(measuring Pluto's parallax)이라 한다.

 

콜로라도 사우스웨스트 연구소의 뉴호라이즌 수석 연구원인 알란 스턴(Alan Stern)의 소감은 다음과 같다.
"우리는 플로토와 그 위성들에 대한 우리의 역사적인 탐사를 도와주고 있는 ALMA의 최첨단 능력에 매우 고무되어 있습니다.
 ALMA 팀의 도움과 뉴호라이즌호를 위해 수집되고 있는 아름다운 데이터에 심심한 감사를 드립니다."

 
출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 8월 5일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/alma-pluto

 

참고 : 플루토를 비롯한 태양계 소천체에 대한 포스트는 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
       왜소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346957
       소행성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346956
       혜성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346955
       유성 :  https://big-crunch.tistory.com/12346954

 

원문>

For release: August 5, 2014; 1 p.m. E.D.T.

ALMA Pinpoints Pluto to Help Guide NASA’s New Horizons Spacecraft

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) are making high-precision measurements of Pluto's location and orbit around the Sun to help NASA’s New Horizons spacecraft accurately home in on its target when it nears Pluto and its five known moons in July 2015.

Though observed for decades with ever-larger optical telescopes on Earth and in space, astronomers are still working out Pluto's exact position and path around our Solar System. This lingering uncertainty is due to Pluto's extreme distance from the Sun (approximately 40 times farther out than the Earth) and the fact that we have been studying it for only about one-third of its orbit. Pluto was discovered in 1930 and takes 248 years to complete one revolution around the Sun.

“With these limited observational data, our knowledge of Pluto’s position could be wrong by several thousand kilometers, which compromises our ability to calculate efficient targeting maneuvers for the New Horizons spacecraft,” said New Horizons Project Scientist Hal Weaver, from the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland.

The New Horizons team made use of the ALMA positioning data, together with newly analyzed visible light measurements stretching back to Pluto's discovery, to determine how to perform the first such scheduled course correction for targeting, known as a Trajectory Correction Maneuver (TCM), in July. This maneuver helped ensure that New Horizons uses the minimum fuel to reach Pluto, saving as much as possible for a potential extended mission to explore Kuiper Belt objects after the Pluto system flyby is complete.

To prepare for this first TCM, astronomers needed to pinpoint Pluto's position using the most distant and most stable reference points possible. Finding such a reference point to accurately calculate trajectories of such small objects at such vast distances is incredibly challenging. Normally, stars at great distances are used by optical telescopes for astrometry (the positioning of things on the sky) since they change position only slightly over many years. For New Horizons, however, even more precise measurements were necessary to ensure its encounter with Pluto would be as on-target as possible.

The most distant and most apparently stable objects in the Universe are quasars, galaxies more than 10 billion light-years away. Though quasars appear very dim to optical telescopes, they are incredibly bright at radio wavelengths, particularly the millimeter wavelengths that ALMA can see.

“The ALMA astrometry used a bright quasar named J1911-2006 with the goal to cut in half the uncertainty of Pluto's position,” said Ed Fomalont, an astronomer with the National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, Virginia, and currently assigned to ALMA’s Operations Support Facility in Chile.

ALMA was able to study Pluto and its largest moon Charon by picking up the radio emission from their cold surfaces, which are about 43 degrees Kelvin (-230 degrees Celsius).

The team first observed these two icy worlds in November 2013, and then three more times in 2014 -- once in April and twice in July. Additional observations are scheduled for October 2014.

"By taking multiple observations at different dates, we allow Earth to move along its orbit, offering different vantage points in relation to the Sun," said Fomalont. "Astronomers can then better determine Pluto's distance and orbit." This astronomical technique is called measuring Pluto's parallax.

"We are very excited about the state-of-the-art capabilities that ALMA brings to bear to help us better target our historic exploration of the Pluto system," said New Horizons Principal Investigator Alan Stern of the Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. "We thank the entire ALMA team for their support and for the beautiful data they are gathering for New Horizons."

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

ALMA, an international astronomy facility, is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA construction and operations are led on behalf of Europe by the European Southern Observatory (ESO), on behalf of North America by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), and on behalf of East Asia by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.

New Horizons is the first mission to the Pluto system and the Kuiper Belt of rocky, icy objects beyond. The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) manages the mission for NASA’s Science Mission Directorate; Alan Stern, of the Southwest Research Institute (SwRI), is the principal investigator and leads the mission. SwRI leads the science team, payload operations and encounter science planning; APL designed, built and operates the New Horizons spacecraft. New Horizons is part of the New Frontiers Program managed by NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Ala. For more information, visit http://pluto.jhuapl.edu.

Contact: Charles Blue, NRAO Public Information Officer
(434) 296-0314; cblue@nrao.edu