뉴호라이즌 호의 방문 대상 카이퍼 벨트 천체를 발견하다.

참고 : 본 포스팅에서 다루는 왜소행성 플루토(Pluto)는 '명왕성'을 말합니다.
그러나 명왕성은 더 이상 행성으로 분류되지 않습니다.
명왕성은 이름 자체에 행성을 의미하는 표현이 포함되어 있습니다.
따라서 오해의 소지를 없애기 위해 더 이상 '명왕성'으로 적시하지 않고 영어 표현 그대로 '플루토(Pluto)'로 표현합니다.(블로그쥔장 주)

 

Artwork Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

 

그림 1> 이 상상화는 태양으로부터 64억 킬로미터라는 엄청난 거리로 떨어져 있는 태양계 외곽의 카이퍼 벨트 천체를 그려본 것이다.

소행성과 달리 카이퍼 벨트의 천체들은 태양빛에 의해 한 번도 데워진 적이 없기 때문에, 46억년 전 태양계가 형성된 이후 외태양계의 원시물질들을 꽁꽁 얼어붙은채로 보유하고 있으며 앞으로도 이를 계속 보존할 것으로 생각되고 있다.

허블이 발견한 카이퍼 벨트 천체들의 지름은 대략 43킬로미터에서 56킬로미터 사이로서 이들은 모두 2015년 중반 뉴호라이즌 호가 플루토를 통과한 후 도달할 가능성이 충분한 천체들이다.

그림 정 중앙에는 카이퍼 벨트에서 바라본 우리 태양이 밝은 별과 같은 모습으로 자리잡고 있다.
그림에서 지구를 비롯한 다른 내태양계 천체들은 태양에 너무 가까이 위치하고 있어 보이지는 않는 상태이다.
태양 바로 왼쪽에 밝은 별처럼 보이는 것이 목성이며 태양 바로 아래 보이는 밝은 천체는 토성이다.

그리고 태양과 그림 오른쪽 끝 중간 부분에 보이는 밝은 점들은 각각 천왕성과 해왕성이다. 
그림에서 행성의 위치는 2018년 말 뉴호라이즌 호가 태양으로부터 64억 킬로미터 거리에 도착하게 될 때의 위치를 고려하여 구성되었다.

배경으로는 미리내가 보인다.

 

뉴호라이즌 호의 방문 대상 카이퍼 벨트 천체를 발견하다.

 

우리태양계외곽의 침침한 우주공간을 탐사하면서 허블우주망원경은 뉴호라이즌 호가 2015년 7월 플루토를 통과한 후 방문하게 될 세 개의 카이퍼 벨트 천체(Kuiper Belt objects, KBOs)를 발견해냈다.
이 카이퍼 벨트 천체들은 뉴호라이즌 호의 방문 대상 천체를 선정할 목적으로 할당된 허블우주망원경 관측 시간을 활용하여 발견되었다.

 

뉴호라이즌 호 임무의 수석 연구원인 남서부 연구센터 알란 스턴(Alan Stern)의 소감은 다음과 같다.
"이번 탐사는 매우 도전적인 탐사였습니다. 그리고 허블 우주망원경 탐사 기능의 한계점까지 활용한 위대한 탐사이기도 하죠."

 

카이퍼 벨트는 광범위하게 펼쳐져 있으며 우리 태양계를 감싸고 있는 원시 태양계 잔해들로 구성되어 있다.
따라서 카이퍼 벨트 천체들은 우리 태양계 천체로서는 독특한 유형에 속하며, 아직 한번도 우주선에 의한 방문을 받지 않은 우리 태양계의 시원에 대한 단서를 갖고 있는 천체들이다.

 

이번에 허블이 발견한 카이퍼 벨트 천체들은 일반적인 혜성보다는 10배 정도 크지만 플루토 크기의 1~2 퍼센트밖에 되지 않는 천체들이다.

 

Credit: NASA, ESA, SwRI, JHU/APL, and the New Horizons KBO Search Team

 

사진1> 플루토를 향해가고 있는 뉴호라이즌 호의 방문을 받을 가능성이 있는 카이퍼 벨트 천체가 허블우주망원경에 의한 다중 노출 사진에서 그 모습을 드러냈다.
허블이 추적하고 있는 카이퍼 벨트 천체(이름은 1110113Y 또는 PT1 이다)가 별들이 가득 들어차 있는 궁수자리를 배경으로 움직이고 있다.
이 천체의 지름은 20~45킬로미터를 넘지 않으며 46억년 전 우리 태양이 형성되던 동안 태양계 외곽의 꽁꽁 얼어붙은 화석이라 할 수 있다.

카이퍼 벨트 천체 역시 태양 주위를 공전하기 때문에 10분 간격으로 촬영된 노출 사진에서 빠른 움직임을 보이고 있다.

 

소행성들과 달리 카이퍼 벨트 천체들은 한 번도 태양빛에 의해 가열되지 않은 천체들이며 따라서 46억년전 탄생 이후 외태양계의 원시물질들을 꽁꽁 얼어붙은채로 보유하고 있을 것으로 생각되고 있다.

 

허블의 관측 데이터에서 발견된 카이퍼 벨트 천체들은 플루토와 같은 왜소행성을 구성한 기초물질일 것으로 생각되고 있다.

 

뉴호라이즌 팀이 적합한 카이퍼 벨트 천체들을 찾기 시작한 것은 2011년의 일이며 당시에는 지상에 위치한 가장 큰 규모의 망원경들을 이용하였다.
이 와중에 수십여개의 카이퍼 벨트 천체들을 발견하긴 했지만 이들은 모두 뉴호라이즌 호에 탑재되어 있는 연료로는 도달이 불가능한 천체들이었다.

 

뉴호라이즌 과학팀의 일원인 남서부 연구센터 존 스펜서(John Spencer)의 소감은 다음과 같다.
"우리는 심지어 허블 망원경을 이용해서도 어떠한 적합한 천체도 찾을 수 없을 것이라는 걱정을 하기 시작했죠.
그런데 막판에 허블 우주망원경이 우리를 구원하러 온 것입니다.
적절한 카이퍼 펠트 천체를 찾았을 때 정말 안도를 할 수 있었죠.
이번 발견으로 우리는 모두 하늘을 둥둥 나는 기분이었습니다."
 

6월에 있은 허블 실험 관측 프로그램의 초기 개념증명에 이어 뉴호라이즌 팀은 7월에 보다 광범위한 조사를 위해 우주망원경 과학 연구소로부터 허블우주망원경의 관측 시간을 할당받았다.
9월 초 탐사작업이 완료되었을 때 연구팀은 "명백하게 도달가능한" 하나의 카이퍼 벨트 천체와 도달 가능성이 있는 두 개의 카이퍼 벨트 천체를 식별해냈다.

 

이 두개의 천체들은 역시 뉴호라이즌 호가 충분히 접근가능한지를 확인하기 위해 수개월간의 추가 관측이 필요하게 되었다.

 

대상 천체를 찾아내는 작업은 뉴호라이즌 팀에게는 말 그대로 건초더미에서 바늘찾기 작업이었다.
왜냐하면 카이퍼 벨트 천체들은 너무나 작고 희미하며, 현재 플루토는 궁수자리 방향에 위치하고 있어 무수한 별들이 배경을 이루고 있기 때문이다.

 

이 세 개의 카이퍼 벨트 천체들은 플루토 너머 16억 킬로미터 밖에 위치하고 있다.

Illustration Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

 

세 개의 천체 중 두 개 천체의 지름은 아무리 커도 대략 55킬로미터의 지름을 갖고 있는 것으로 측정되었으며 나머지 하나는 25킬로미터 정도의 지름을 갖고 있을 것으로 생각되고 있다.

 

 

뉴호라이즌 호는 2006년 플로리다에서 발사되었으며 이 임무는 NASA 뉴프론티어 프로그램의 첫번째 임무이기도 하다.
NASA의 첫번째 임무가 완료되면 사무국은 더 확장된 운용을 보증할지 여부를 결정하기 위해 광범위한 과학적 기술적 검토를 수행한다.
뉴호라이즌 팀은 2016년 말에 새로 식별된 카이퍼 벨트 천체중 하나에 도달하는 추가 임무를 위해 NASA에 제안서를 제출할 수 있기를 기대하고 있다.

 

태양계를 가로지르고 있는 뉴호라이즌 호는 2015년 7월 플루토와 조우한 이후 대략 3~4년의 추가비행을 통해 태양으로부터 64억 킬로미터 거리까지 나아가게 된다.

카이퍼 벨트 천체까지의 비행을 이룩하면 2003년 이후 10연년간의 행성과학탐사는 뉴호라이즌호로부터 상당히 향상된 과학적 보상을 얻게 될 것이다.

 

Credit: NASA, ESA SwRI, JHU/APL, and the New Horizons KBO Search Team

 

표 1> 허블우주망원경을 통해 발견한 카이퍼벨트 천체들의 상대적인 위치 및 1110113Y (또는 PT1)의 모습 

* 출처 : 허블사이트 2014년 10월 15일 발표 뉴스
            http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/47/

참고 : 플루토를 비롯한 태양계 소천체에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 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>

News Release Number: STScI-2014-47

NASA's Hubble Telescope Finds Potential Kuiper Belt Targets for New Horizons Pluto Mission

Peering out to the dim, outer reaches of our solar system, NASA's Hubble Space Telescope has uncovered three Kuiper Belt objects (KBOs) the agency's New Horizons spacecraft could potentially visit after it flies by Pluto in July 2015.

The KBOs were detected through a dedicated Hubble observing program by a New Horizons search team that was awarded telescope time for this purpose.

"This has been a very challenging search, and it's great that in the end Hubble could accomplish a detection — one NASA mission helping another," said Alan Stern of the Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder, Colorado, principal investigator of the New Horizons mission.

The Kuiper Belt is a vast rim of primordial debris encircling our solar system. KBOs belong to a unique class of solar system objects that has never been visited by spacecraft and which contain clues to the origin of our solar system.

The KBOs that Hubble found are each about 10 times larger than typical comets, but only about 1-2 percent of the size of Pluto. Unlike asteroids, KBOs have not been heated by the Sun, and are thought to represent a pristine, well preserved, deep-freeze sample of what the outer solar system was like following its birth 4.6 billion years ago. The KBOs found in the Hubble data are thought to be the building blocks of dwarf planets such as Pluto.

The New Horizons team started to look for suitable KBOs in 2011 using some of the largest ground-based telescopes on Earth. They found several dozen KBOs, but none were reachable within the fuel supply available aboard the New Horizons spacecraft.

"We started to get worried that we could not find anything suitable, even with Hubble, but in the end the space telescope came to the rescue," said New Horizons science team member John Spencer of SwRI. "There was a huge sigh of relief when we found suitable KBOs; we are 'over the moon' about this detection."

Following an initial proof of concept of the Hubble pilot observing program in June, the New Horizons team was awarded telescope time by the Space Telescope Science Institute for a wider survey in July. When the search was completed in early September, the team identified one KBO that is "definitely reachable" and two other potentially accessible KBOs that will require more tracking over several months to know whether they too are accessible by the New Horizons spacecraft.

This was a needle-in-a-haystack search for the New Horizons team because the elusive KBOs are extremely small, faint, and difficult to pick out against myriad background stars in the constellation Sagittarius, which is in the present direction of Pluto. The three KBOs identified are each a whopping 1 billion miles beyond Pluto. Two of the KBOs are estimated to be as large as 34 miles (55 kilometers) across, and the third is perhaps as small as 15 miles (25 kilometers).

The New Horizons spacecraft, launched in 2006 from Florida, is the first mission in NASA's New Frontiers Program. once a NASA mission completes its prime mission, the agency conducts an extensive science and technical review to determine whether extended operations are warranted.

The New Horizons team expects to submit such a proposal to NASA in late 2016 for an extended mission to fly by one of the newly identified KBOs. Hurtling across the solar system, the New Horizons spacecraft would reach the distance of 4 billion miles from the Sun roughly three to four years after its July 2015 Pluto encounter. Accomplishing such a KBO flyby would substantially increase the science return from the New Horizons mission as laid out by the 2003 Planetary Science Decadal Survey.

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