스피처 우주망원경이 말해 준 태양계의 10가지 비밀

Credit: NASA/JPL-Caltech

그림 1> 이 그림은 적외선에서 찬란한 빛을 뿜어내는 우리은하 미리내의 전면을 지나는 스피처 우주망원경을 그린 상상화입니다. 

 

 

NASA의 스피처우주망원경은 머나먼 우주의 차갑고 먼지 가득한 지역의 비밀을 밝혀주도록 설계된 망원경입니다. 

그런데 이 망원경은 우리의 고향 태양계에서도 이전에는 알려지지 않았던 상당히 많은 발견을 이뤄냈습니다. 

스피처우주망원경을 제작할 당시에는 전혀 기대하지 않았던 성과죠. 

여기 스피처 우주망원경이 우리 마당에 해당하는 우주, 즉 태양계에서 어떤 과학적 성과를 이뤘는지 소개하고자 합니다. 

 

 

 

1. 토성의 가장 큰 고리를 발견하다. 

 

Credit: NASA/JPL-Caltech/Keck

그림 2> 이 그림은 토성의 수많은 고리 중 가장 거대한 고리를 그린 개념도입니다. 

이 고리는 가시광선으로는 거의 보이지 않습니다. 

 

많은 사람들이 토성은 선명한 고리를 가지고 있다고 생각합니다. 

그런데 알고 계시는지요? 

토성에서 가장 큰 고리가 발견된 건 2009년이었다는 사실 말입니다. 

바로 스피처 우주망원경에 의해 발견되었죠. 

가장 외곽에 있는 고리는 가시광선에서는 빛을 거의 반사해내지 않습니다. 

그래서 지상에 있는 망원경들로는 그 고리를 볼 수 없었던 것입니다. 

하지만 스피처 우주망원경은 이 차가운 먼지고리에서 복사되는 적외선을 포착해냈습니다. 

이 성긴 구조물은 토성 주위를 돌고 있는 그 어느 고리보다도 훨씬 멀리서 토성 주위를 돌고 있는 입자들이 모여 만들어졌습니다. 

토성으로부터 무려 600만 킬로미터나 떨어져 있죠. 

이 고리의 직경은 토성 직경보다 170배나 크고 그 두께는 토성의 직경보다 무려 20배나 두껍습니다. 

만약 이 고리를 우리가 눈으로 볼 수 있었다면 그 크기는 보름달의 두 배 크기(1도)로 보였을 것입니다. 

토성에서 가장 멀리 떨어진 위성 중 하나인 포이베(Phoebe)는 바로 이 고리 안에 궤도를 가지고 있는데 아마도 이 위성이 고리를 만든 물질을 제공하는 원천인 것 같습니다.  

고리를 구성하는 입자가 상대적으로 작아서 이 고리는 가시광선에서 반사되는 빛이 많지 않습니다. 

특히 토성 외곽지역에는 유입되는 태양빛도 그리 많지 않죠. 

이 고리가 오랫동안 발견되지 않았던 이유입니다. 

스피처 우주망원경은 이 고리에 있는 영하 193도(80K)의 차가운 먼지로부터 복사되는 빛을 감지할 수 있었습니다. 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오

NASA Space Telescope Discovers Largest Ring Around Saturn

 

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12349816

원문 : https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2009-150

 

 

2. '혜성 수프'의 레시피를 알려주다. 

 

2005년 7월 4일, NASA의 딥임펙트호(Deep Impact spacecraft)를 템플 1 혜성에 인위적으로 충돌시켰을 때 여기서 발산된 먼지구름에서 태양계 원시 수프의 재료가 있음이 발견되었습니다. 

이러한 결과는 딥임펙트호가 보내온 데이터와 스피처우주망원경의 관측 데이터를 조합하여 얻을 수 있었습니다. 

천문학자들은 이 데이터를 분석하여 이 재료가 결국 행성과 혜성을 비롯한 태양계 여러 천체를 만드는 재료가 되었음을 알 수 있었죠. 

 

혜성의 먼지에서 식별된 많은 원소들은 규산염과 같은 성분으로 알려져 있습니다. 

그런데 여기에는 더 놀라운 것이 있습니다. 

여기에서 점토나 조개껍데기 등에서 발견되는 탄산염, 철을 함유하고 있는 화합물과 방향족탄화수소 등, 지구에서는 바베큐 통이나 자동차 배기가스에서 발견되는 성분들이 발견된 것입니다.  

이러한 성분들에 대한 연구를 통해 우리 태양계 형성에 대한 귀중한 단서를 얻을 수 있었습니다. 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오.

How to Make Comet Soup

 

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12349817

원문 : https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2005-144

 

 

 

3. 태양으로 추락하는 아이손혜성을 관측하는 과학 탐사에 합류하다. 

 

Credit: NASA/JPL-Caltech

동영상 1> 스피처 우주망원경은 아직 가시광선으로는 볼 수 있는 영역 너머에 있는 대상을 빠르게 관측할 수 있습니다. 

 

2013년 6월, 스피처에 탑재된 적외선배열카메라를 통해 아이손 혜성으로부터 천천히, 그러나 지속적으로 뿜어져나오는 이산화탄소를 관측하였습니다. 

이렇게 물질이 쏴 하고 뿜어져나오다보니 이 혜성은 소다 팝 혜성이라고 불리기도 했죠. 

이렇게 뿜어져나온 물질들은 먼지와 함께 약 30만 킬로미터 길이의 꼬리까지 이어져 나왔습니다. 

 

2013년 NASA 아이손혜성 관측 캠페인을 담당했던 케어리 리쎄(Carey Lisse)의 설명은 다음과 같습니다.

"당시 측정치에 따르면 아이손 혜성은 매일, 대부분이 이산화탄소인 물질 백만 킬로그램과 먼지 54만 4천 킬로그램을 뿜어내고 있었습니다.

 허블우주망원경과 감마선폭발을 관측하는 스위프트 위성, 그리고 딥임펙트호가 우리에게 제공해 준 것은 아이손 혜성에서 뿜어져나오는 가스의 상층부에 

 있는 물질들에 한정되어 있었죠.

 하지만 스피처우주망원경 덕분에 멀리 떨어져 있는 이 혜성의 활동이 가스에 의해 추동되고 있다는 것을 확증할 수 있었습니다."

 

C/2012 S1이라는 공식 명칭을 달고 있는 아이손 혜성은 지름은 4.8킬로미터로 작은 산 하나 정도의 크기였으며 그 무게는 최저 32억 킬로그램에서 ~ 최고 3조 2천억 킬로그램 사이였습니다. 

 

아이손 혜성은 오르트 구름에서 유입된 혜성으로 추정되었습니다. 

오르트 구름은 태양으로부터 0.1광년~1광년 거리에서 혜성과 같은 물질들이 구형으로 분포된 부분을 말하죠. 

이 혜성은 2013년 11월, 태양을 가까운 거리에서 활강하다가 산산이 부서졌습니다. 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오.

NASA'S Spitzer Observes Gas Emission From Comet ISON

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12349820

원문 : https://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/news/spitzer20130723.html

 

 

4. 지구근접천체를 추적하는데 기여하다.  

 

스피처 우주망원경의 적외선 탐사 능력은 지금까지 발견된 천체중 가장 머나먼 천체를 연구하는데 활용됩니다. 

그런데 이 망원경의 관측 능력은 지구에 바짝 다가선 작은 천체를 연구하는데도 활용되죠. 

특히 스피처우주망원경은 지구근접천체를 식별하고 연구하는 임무를 돕고 있습니다. 

NASA는 이 작은 천체들이 지구와 충돌할 가능성이 있는지를 항상 모니터링하고 있다. 

스피처 우주망원경은 소행성에서 직접적으로 복사되는 적외선을 포착함으로써 이 천체들의 크기를 규명하는데 유용하게 사용됩니다. 

소행성은 가시광선에서 발생하는 직접복사는 없는 천체입니다. 

그저 가끔 태양빛을 반사해낼 뿐이죠. 

따라서 가시광선으로는 소행성의 반사도 따위를 밝혀줄 수는 있지만 그 크기가 얼마나 되는지를 항상 밝혀주지는 못합니다.  

스피처 우주망원경을 이용한 연구결과 지구근접천체의 대부분은 그 크기가 100미터 이하임이 밝혀졌습니다. 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오.

Spitzer Spies an Odd, Tiny Asteroid

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12349832

원문 : https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4180

 

 

5. 별 사이에서 우리의 위치를 좀더 정교하게 규명하다. 

 

2013년 과학자들은 스피처우주망원경이 10년 동안 촬영한 200만 개의 사진을 모아 우리은하 미리내에 대한 가장 광범위한 지도를 제작한 적이 있습니다. 

미리내의 상당부분은 먼지에 가려져 있기 때문에 가시광선으로 미리내를 관측하는 것은 상당히 어려운 일입니다. 

하지만 적외선은 이러한 장애물을 투사하여 훨씬 더 나은 모습을 보여주며 가려져 있는 부분도 보여주죠. 

스피처우주망원경을 이용하여 취득한 미리내 데이터는 미리내의 나선팔과 별들로 이루어져 있는 중심 막대에 대한 보다 개선된 지도를 만들 수 있게 해 주었습니다. 

스피처우주망원경은 또한 새로운 별들이 탄생하고 있는 지역을 발견할 수 있도록 해 주었으며 우리은하 미리내에 예상보다 훨씬 더 많은 탄소가 있음을 밝혀주었습니다. 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오.

NASA's Spitzer Telescope Brings 360-Degree View of Galaxy to Our Fingertips

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12349822

원문 : https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4085

 

 

6. 머나먼 우주에서 찾아온 방문객 호무아무아('Oumuamua)를 포착해내다. 

   

2017년 11월, 과학자들이 스피처 우주망원경을 이용하여 호무아무아('Oumuamua)를 관측하였습니다. 

이 천체는 우리 태양계가 아닌 그 너머 별사이 우주공간에서 유입된 천체로는 첫 번째로 규명된 천체입니다. 

2017년 9월 초 이 천체는 지구로부터 가장 가까운 거리를 지나갔습니다. 

그로부터 두 달이 지났을 때는 스피처 우주망원경으로도 관측이 어려울만큼 대단히 희미해진 상태였죠. 

하지만 이 천체는 관측하고자 하는 대상이 얼마나 커야 관측이 가능한지에 대한 새로운 한계선을 설정하는 계기가 되었습니다. 

새로 설정된 식별 한계 최소 크기는 이 천체를 지속적으로 추적했을 때 포착된 호무아무아의 속도와 방향에 나타나는 미세한 변화가 이 천체로부터 방출되는 가스와 연관이 있다는 것을 제안한 연구 논문상의 발견 내용과 일치하였습니다. 

과학자들은 이 천체로부터 뿜어져나오는 가스가 이 천체를 가볍게 밀어내는 작은 추진체와 같은 역할을 한다는 결론을 내렸습니다. 

이러한 결론은 호무아무아가 태양계에서 볼 수 있는 전형적인 혜성들보다 상대적으로 작다는 사실을 근거로 하고 있습니다. 

(또한 이 결론은 호무아무아가 겪고 있는 가스분출을 통해 이 천체가 혜성처럼 고체로 얼어붙은 가스로 구성되어 있다는 사실을 추정할 수 있게 해 주었습니다.)

노던 아리조나 대학(Northern Arizona University)의 천문학 교수이자 관련 논문의 주저자인 데이비드 트릴링(David Trilling)의 설명은 다음과 같습니다.

"호무아무아는 첫날부터 우리를 깜짝 놀라게 만들었습니다. 

 그래서 우리는 스피처 우주망원경이 놀라운 광경을 보여줄 거라 생각했죠. 

 호무아무아가 스피처 우주망원경으로도 감지하기 어려울만큼 매우 작다는 사실은 정말 값진 결과로 이어졌습니다." 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오.

NASA Learns More About Interstellar Visitor 'Oumuamua

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-learns-more-about-interstellar-visitor-oumuamua

 

 

7. 돈키호테(Don Quixote)에 대한 인식을 바꾸게 만들다. 

 

지난 30년 간 큰 몸집을 가지고 있는 지구근접소행성들은 품에 무언가를 품은채로 외로우면서도 거침없는 행보로 첨단 망원경으로 무장한 과학자들의 주도면밀한 눈 앞을 지나갔습니다. 

목성의 공전궤도를 가로질러 여정을 계속하고 있는 돈 키호테(Don Quixote)라는 천체는 지금은 혜성으로 판명된 천체입니다. 

이러한 발견 성과를 낸 노던 아리조나 대학(Northern Arizona University)의 연구원들이 참여하고 있는 프로젝트가 바로 스피처 우주망원경을 이용하였습니다. 

상당히 많은 양의 관측과 약간의 행운으로 연구원들은 혜성의 활동 증거를 포착했습니다. 

이러한 활동 양상은 지난 30여년 동안 전혀 관측되지 않았던 현상이죠. 

이번 발견을 통해 돈키호테가 이전에 추정했던대로 죽은 혜성이 아니라 실제 희미하나마 코마를 가지고 있으며 꼬리도 가지고 있음을 알게 되었습니다. 

또한 이번 발견은 일산화탄소와 물로 만들어진 얼음이 또 다른 지구근접 소행성에 의해 지구로 유입되었을 수도 있음을 암시하고 있었습니다.  

하지만 이러한 암시는 충돌 가능성과는 상관 없는 얘기입니다. 이 경우 혜성의 충돌은 완전히 배제되는 이야기이기도 하죠. 

오히려 이번 암시는 지구에 존재하는 물의 기원과 훨씬 더 많은 관련성이 있습니다. 

지질학적 시간이라는 장구한 시간동안 나타나는 돈키호테와 같은 혜성과의 충돌은 최소한 지구에 존재하는 물질들의 근원이 되는 사건일 수도 있습니다. 

돈키호테 혜성이 보유하고 있는 물의 양은 약 1천 억톤 정도입니다.

이는 캘리포니아 타호 호수에 담겨 있는 물의 양과 맞먹는 양입니다. 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오.

Comet Found Hiding in Plain Sight

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12349834

원문 : https://www.nasa.gov/mission_pages/spitzer/news/spitzer20130910.html

 

 

8. 태양계의 사촌 행성계를 소개해 주다. 

 

에리다누스강자리 엡실론 별은 남반구의 별자리인 에리다누스강자리 방향으로 10.5광년 거리에 위치하고 있습니다. 

이 별은 초기 태양과 유사한 별로서 행성계를 거느리고 있습니다.

지구로부터 가장 가까운 행성계 중 하나죠. 

이곳은 우리 태양과 같은 별 주위에 어떻게 행성이 형성되는지를 연구하는 최적의 장소이기도 합니다.

이곳은 '우주정거장 바빌론 5'라는 제목의 TV 시리즈물에서 '우주정거장 바빌론 5'가 위치하는 지역으로도 등장하죠. 

랜(Ran)이라는 이름으로도 알려져 있는 에리다누스강자리 엡실론 별은 먼지 원반을 가지고 있습니다. 

이 원반은 암석질 먼지로 된 작은 알갱이들, 그리고 소행성이나 혜성과 같은 작은 천체들의 충돌에서 발생한 얼음 알갱이들로 구성되어 있습니다. 

이러한 먼지 원반은 우리 태양계의 소행성 대나 카이퍼 벨트와 유사하게 지속적으로 이어져 있는 원반들 또는 띠를 형성하고 있는 원반으로 확장될 수 있습니다.

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오. 

SOFIA Confirms Nearby Planetary System is Similar to Our Own

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12349836

원문 : https://www.nasa.gov/feature/sofia-confirms-nearby-planetary-system-is-similar-to-our-own

 

 

9. 우리 은하에서 태양의 탄생이 느즈막히 일어난 사건임을 말해줌. 

 

여러 천문대가 참여한 대규모 은하 탐사 프로그램 중 하나를 통해 우리 은하 미리내와 같은 은하이지만 30배나 더 빠른 비율로 폭발적으로 별을 생성해내고 있는 은하들을 발견하였습니다. 

하지만 우리 태양은 후기에 탄생한 별이죠. 

우리은하 미리내가 별들을 가장 많이 만들어낸 때는 약 100억년 전입니다.

이에 반해 태양의 나이는 약 50억 살입니다. 우리 태양은 이 파티에 늦게 참석한 셈입니다.  

태양이 형성될 때까지 미리내의 별 생성비율은 지속적으로 떨어졌습니다. 

하지만 태양이 한창 별들이 생성되던 당시의 파티에 참여하지 못한 것은 그리 나쁜 일이 아니었습니다. 

태양이 나중에 만들어졌기 때문에 태양 주위에 행성이 만들어질 수 있었던 것입니다. 

한창 별들이 탄생하던 당시 만들어진 무거운 별들이 빨리 수명을 마치면서 수소나 헬륨보다 무거운 원소들이 더 많았졌기 때문입니다. 

이러한 원소들이 행성을 만드는 기초 벽돌로 사용되었으며 심지어는 지구에서 생명이 탄생하는 기초가 되었죠.  

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오. 

Our Sun Came Late to the Milky Way’s Star-Birth Party

한글번역 :  https://big-crunch.tistory.com/12347873

원문 : https://www.nasa.gov/content/goddard/our-sun-came-late-to-the-milky-way-s-star-birth-party

허블사이트 발표뉴스 : https://hubblesite.org/contents/news-releases/2015/news-2015-11.html

 

 

10. 다른 우주선이 시도하지 않은 새로운 궤도로 운용되다. 

 

스피처 우주망원경은 허블우주망원경처럼 지구 주위를 도는 것이 아니라 지구와 거의 동일한 궤도로 태양 주위를 돌고 있습니다. 

스피처 우주망원경은 지구보다 천천히 움직입니다. 

그래서 매년 지구로부터 점점 멀어지고 있죠. 

지구를 쫓아가는 이러한 궤도는 많은 이점을 제공해줍니다. 

지구의 그 어떤 위성보다도 지구로부터 멀어지면서 지구로부터 받는 열기가 훨씬 적어지고 그 결과 자연적인 냉각 상태가 유지되죠. 

스피처 우주망원경은 태양 주위를 공전함으로써 훨씬 더 넓은 광대역 화각을 얻는 이점이 있습니다. 

일년에 걸쳐 화각이 변화하는 동안 언제든 스피처 우주망원경을 통해 하늘의 3분의 1에 해당하는 영역을 볼 수 있습니다. 

수천 개의 외계행성을 발견한 것으로 유명한 케플러 우주망원경 역시 스피처 우주망원경이 발사되고 6년 후에 지구궤도를 그대로 따르는 궤도로 발사되었습니다. 

 

보다 상세한 내용은 아래 링크를 참고하십시오. 

Clever Choice of Orbit

http://www.spitzer.caltech.edu/mission/195-Clever-Choice-of-Orbit

 

 

출처 : NASA Solar System Exploration 2020년 1월 21일 News Release

       https://solarsystem.nasa.gov/news/1147/10-things-spitzer-taught-us-about-our-solar-system/