스피처 우주망원경이 작고 독특한 소행성을 추적하다.

이 뉴스는 2014년 6월 19일에 발표된 뉴스입니다.

2020년 1월, NASA Solar System Exploration(https://solarsystem.nasa.gov)사이트에서 발표된 '스피처 우주망원경이 말해 준 태양계의 10가지 비밀' 중 하나로 이 뉴스가 선정되어 오래된 내용이지만 이곳에 상세 내용을 포스팅하였습니다. (역자 주)

 

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech/Northern Arizona University/SAO

사진 1> 이 사진은 스피처 우주망원경이 2014년 2월, 20시간 이상에 걸쳐 촬영한 2011 MD 소행성의 모습이다. 

          너무나 작은 소행성의 희미한 신호를 포착하기 위해 적외선에서 오랜동안의 관측이 필요했다. 

 

천문학자들이 스피처우주망원경을 이용하여 NASA의 소행성궤도변경임무(Asteroid Redirect Mission, 이하 ARM)를 위해 후보 소행성들의 크기를 측정하였다. ARM이란 작은 소행성을 포획하거나 소행성에서 작은 돌덩이들을 포획하기 위한 목적으로 제안된 우주선 개념을 말한다.  

2011 MD라는 이름을 가진 지구근접소행성의 크기는 약 6미터 정도이다.  

그 내부에는 빈 공간이 많을 것으로 추정되며 잡석들을 층층이 쌓아올린 모습일 것으로 생각된다. 

 

스피처의 적외선 탐사능력은 이러한 소행성들의 크기를 측정하는데 적합하다. 

 

2014년 6월 19일 아스트로피지컬 저널에 개재된 논문의 주저자인 노던애리조나대학 마이클 모머트(Michael Mommert)는 우주공간 높은 곳에 위치하는 스피처우주망원경은 초고감도 적외선 탐사능력으로 소행성들을 엿볼 수 있고 그 크기를 훨씬 정확하게 잴 수 있다고 말했다. 

연구팀 책임자는 노던애리조나대학의 데이비드 트릴링(David Trilling)이다. 

 

스피처우주망원경의 관측 결과는 2011 MD 소행성이 ARM에 적합한 특징을 가지고 있음을 밝혀냈고 그 지위를 "유효한 후보군"으로 끌어올렸다.  

유효한 후보군에 속하는 천체들이란, 적합한 크기와 질량, 회전율을 가지고 있어 우주선에 의한 포획 실현가능성이 높은 소행성들을 말한다. 

 

2011 MD와 함께 또 다른 2개의 소행성이 지금까지 유효한 후보군으로 식별되었다. 

(소행성 자체가 아닌 소행성에 쌓인 돌덩이를 포획하기에 적합한 대상은 다른 기준으로 분류되고 있다.)

 

NASA는 지상에 있는 소행성 탐사 프로그램을 이용하여 새로운 후보군을 찾기 위한 노력을 계속하고 있다. 

스피처우주망원경을 이용하기 전에 2011 MD의 크기는 대강만 알려져 있었다. 

가시광선으로만 관측했을 때는 이 소행성의 크기를 단독으로 결정할 수 없었다. 

예를 들어 가시광선으로 우주의 하얀눈뭉치를 본다고 가정했을 때 이 눈뭉치는 우주암석으로 구성된 어두눈 산처럼 어둡게 보일 수도 있다. 

대상 천체의 크기는 얼마든지 다를 수 있음에도 반사되는 태양빛은 동일하게 나타날 수도 있다. 

하지만 적외선은 대상의 실제 크기를 훨씬 더 잘 식별한다. 

적외선 복사는 반사도가 아닌 대상 자체의 온도에 주로 의존하기 때문이다. 

 

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech

사진 2> 적외선 관측을 통해 가시광선 관측보다 훨씬 정확한 크기 측정이 가능하다. 

 

그래서 연구팀은 스피처우주망원경의 데이터로부터 소행성 2011 MD의 크기를 측정할 수 있었던 것이다. 

 

적외선과 가시광선 관측 데이터를 함께 이용하면 소행성의 밀도와 질량을 측정할 수 있다. 

소행성 2011 MD의 밀도는 현저하게 낮았는데 그 수준은 거의 물과 같은 수준이었다. 

이는 2011년 독립적으로 수행된 분석과 일치하는 결과였다. 

바위의 밀도는 대개 물보다 3배 이상 높기 때문에 이러한 결과는 이 소행성의 3분의 2 이상이 반드시 빈 공간일 수밖에 없다는 점을 암시한다. 

 

이처럼 안이 텅 비어버린 소행성은 어떤 모습일까?

연구팀은 두 가지 추정을 하고 있다. 

우선 이 소행성은 바위들이 느슨하게 얽혀 있는 모습일 수 있다. 

마치 바위들이 한꺼번에 편대비행을 하는 모습일 수 있는 것이다. 

또는 미세한 파편들이 둘러싸고 있는 바위의 모습일 수도 있다. 

 

이처럼 잡석들이 첩첩이 쌓여 있는 유형의 소행성이 또 하나 존재한다. 

2009 BD라는 소행성이 그것이다. 

이 소행성 역시 ARM의 유효한 후보군에 속하는 소행성이다. 

트릴링과 동료들은 스피처우주망원경의 도움을 받아 이 소행성의 크기가 대략 3~4미터 수준임을 알아냈다. 

 

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech

사진 3> 소행성들은 다공성이나 텅빈 공간을 가지고 있는 정도에 있어서 차이가 있을 수 있다. 

 

이 두 가지 연구를 위해 스피처우주망원경은 약 20시간동안 소행성들을 관측했다. 

이처럼 오랜 시간동안의 관측들은 스피처우주망원경의 이른바 "따뜻한"임무동안 좀더 자주 수행될 예정이다. 

"따뜻한"임무란 2009년에 시작된 임무로서 예정대로 냉각제가 모두 소진된 후 시작된 임무이다. 

스피처우주망원경은 냉각제가 없는 상태에서 여전히 가동가능한 2개의 적외선 채널을 가지고 있다. 

이들은 좀더 장시간 대상을 관측하는 캠페인에 특화되어 있다. 

 

트릴링의 소감은 다음과 같다.

"스피처 우주망원경 덕분에 소행성들의 크기를 처음으로 잴 수 있었고, 이들의 미세한 조성까지도 알 수 있었습니다. 

 지금까지 우리는 두 개의 소행성을 관측했고 이들이 모두 우리가 생각한 돌덩이 소행성이 아닌 특이한 소행성임을 알 수 있었습니다. 

 우리는 머리를 긁적일 수밖에 없었죠."

 

연구팀은 작은 소행성들이 좀더 큰 소행성들끼리 충돌한 결과 만들어졌을 것으로 추정하고 있다. 

하지만 그 독특한 구조가 어떻게 가능했는지에 대해서는 여전히 이해하지 못하고 있다. 

 

연구팀은 스피처우주망원경을 이용하여 작은 소행성들에 대한 연구를 계속할 계획이다. 

연구를 통해 ARM에 적한한 대상을 선정할 뿐만 아니라 우리 태양계를 구성하는 또하나의 축인 수많은 소행성들을 보다 제대로 이해하게 될 것이다. 

 

이번 논문에 참여한 저자들은 다음과 같다.

NASA 제트추진연구소(Jet Propulsion Laboratory)의 D. 파르노치아(D. Farnocchia), P. 초다스(P. Chodas), S.R.체슬리(S. R. Chesley), 하바드-스미스소니언 천체물리학센터(the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA)의 J. L. 호라(J. L. Hora), G. G. 파치오(G. G. Fazio), H.A. 스미스(H.A. Smith), 네덜란드 우주탐사연구소(the SRON Netherlands Institute for Space Research)의  M.뭴러(M. Mueller), 독일 DLR행성탐사연구소(the DLR Institute for Planetary Research,)의 A. W. 헤리스(A. W. Harris).

 

JPL은 NASA 과학임무국(NASA's Science Mission Directorate)을 대신하여 스피처우주망원경을 관리하고 있다. 

스피처우주망원경의 과학적 운용은 캘리포니아기술연구소(the California Institute of Technology)의 스피처과학센터(the Spitzer Science Center)가 담당한다. 

우주선의 운용은 록히드마틴우주시스템사(Lockheed Martin Space Systems Company)에서 담당하고 있다. 

스피처우주망원경의 데이터는 캘테크 적외선처리및분석센터(the Infrared Processing and Analysis Center)의 적외선과학아카이브에 보관되고 있다. 

캘테크는 NASA를 대신하여 JPL을 관리하고 있다. 

 

소행성에 대한 선제적 조치를 위해 NASA는 우주선을 이용하여 지구근접소행성의 식별 및 포획하거나, 그 궤도를 달 주위의 안정궤도로 변경하는 임무를 지속적으로 개발하고 있다. 

2020년대에는 오리온 우주선에 우주비행사가 탑승하여 소행성을 탐사한 후 샘플을 채취하여 귀환하는 임무를 추진 중에 있다. 

ARM을 통해 지구 저궤도 너머로 인간이 탑승한 우주선을 운용해본다면 NASA는 새로운 시스템을 점검하고 향후 화성에 인간을 보내는 미션을 수행하는데 필요한 요소들을 알 수 있게 될 것이다. 

이러한 선제적조치이에는 소행성위대한도전(Asteroid Grand Challenge)도 포함되어 있다. 

이 프로그램은 인류를 위협하는 모든 소행성을 찾을 수 있는 최상의 아이디어를 모색하며 이미 진행중인 NASA의 행성방위업무를 촉진시키는 프로그램이다. 

 

JPL은 NASA과학임무국을 대신하여 지구근접천체 프로그램(the Near-Earth Object Program)을 관리하고 있다. 

JPL은 캘리포니아기술연구소(the California Institute of Technology) 소속부서이다. 

 

출처 : NASA 제트추진연구소(JPL, Jet Propulsion Laboratory) News Release 2014년 6월 19일.

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

 

참고 : 2011 MD 소행성을 비롯한 혜성 및 소행성에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다. 
        https://big-crunch.tistory.com/12346956

 

원문>

Spitzer Spies an Odd, Tiny Asteroid

Astronomers using NASA's Spitzer Space Telescope have measured the size of an asteroid candidate for NASA's Asteroid Redirect Mission (ARM), a proposed spacecraft concept to capture either a small asteroid, or a boulder from an asteroid. The near-Earth asteroid, called 2011 MD, was found to be roughly 20 feet (6 meters) in size, and its structure appears to contain a lot of empty space, perhaps resembling a pile of rubble. Spitzer's infrared vision was key to sizing up the asteroid.

"From its perch up in space, Spitzer can use its heat-sensitive infrared vision to spy asteroids and get better estimates of their sizes," said Michael Mommert of Northern Arizona University, Flagstaff, lead author of a new study appearing today, June 19, in the Astrophysical Journal Letters. David Trilling, also of Northern Arizona University, leads the team of astronomers.

The Spitzer results confirm that asteroid 2011 MD has characteristics suitable for the ARM proposal, elevating it to the "valid candidate" level. Valid candidates are those asteroids with the right size, mass and rotation rate to be feasibly captured by the robotic spacecraft. Two other valid candidates have been identified so far. (The proposal to capture a boulder from an asteroid involves a different set of criteria.) NASA continues to search for and find new potential candidates using its ground-based asteroid survey programs.

Prior to the Spitzer study, the size of 2011 MD was only very roughly known. It had been observed in visible light, but an asteroid's size cannot be determined solely from visible-light measurements. In visible light alone, for example, a white snowball in space could look just as bright as a dark mountain of cosmic rock. The objects may differ in size but reflect the same amount of sunlight, appearing equally bright.

Infrared light, on the other hand, is a better indicator of an object's true size. This is because an object's infrared glow depends largely on its temperature, not its reflectivity.

From the new Spitzer data, the team was able to measure the size of asteroid 2011 MD. When the infrared and visible-light observations were combined, the asteroid's density and mass could also be measured. The density of 2011 MD is remarkably low -- about the same as water, which agrees with a separate analysis of observations taken in 2011. Since rock is about three times more dense than water, this implies that about two-thirds of the asteroid must be empty space.

What does an asteroid with that much empty space look like? The team doesn't know, but proposes two possible solutions: it might be a collection of loosely bound rocks, like a fleet of flying boulders, or a solid rock with surrounding fine debris.

A similar "rubble-pile" type of composition was also found for asteroid 2009 BD, another valid candidate for ARM. Trilling and colleagues used Spitzer to help pin down the size of that asteroid to roughly 10 to 13 feet (3 or 4 meters).

In both studies, Spitzer stared at the asteroids for about 20 hours. Such long observations are scheduled more often in Spitzer's "warm" mission, a phase that began in 2009 when the spacecraft ran out of coolant, as planned. Spitzer, which still has two infrared channels that operate without coolant, now specializes in longer, targeted observing campaigns.

"With Spitzer, we have been able to get some of the first measurements of the sizes and compositions of tiny asteroids," said Trilling. "So far, we've looked at two asteroids and found both of them to be really weird -- not at all like the one solid rock that we expected. We're scratching our heads."

The team says the small asteroids probably formed as a result of collisions between larger asteroids, but they do not understand how their unusual structures could have come about. They plan to use Spitzer in the future to study more of the tiny asteroids, both as possible targets for asteroid space missions, and for a better understanding of the many asteroid denizens making up our solar system.

Other authors of the Spitzer paper are: D. Farnocchia, P. Chodas and S. R. Chesley of NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California; J. L. Hora, G. G. Fazio and H.A. Smith of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts; M. Mueller of the SRON Netherlands Institute for Space Research, Netherlands; and A. W. Harris of the DLR Institute for Planetary Research, Germany.

JPL manages the Spitzer Space Telescope mission for NASA's Science Mission Directorate, Washington. Science operations are conducted at the Spitzer Science Center at the California Institute of Technology in Pasadena. Spacecraft operations are based at Lockheed Martin Space Systems Company, Littleton, Colorado. Data are archived at the Infrared Science Archive housed at the Infrared Processing and Analysis Center at Caltech. Caltech manages JPL for NASA.

Through its Asteroid Initiative, NASA is developing a first-ever mission to identify, capture and redirect a near-Earth asteroid to a stable orbit around the moon with a robotic spacecraft. Astronauts aboard an Orion spacecraft, launched by a Space Launch System rocket, will explore the asteroid in the 2020s, returning to Earth with samples. Experience in human spaceflight beyond low-Earth orbit through this Asteroid Redirect Mission will help NASA test new systems and capabilities needed to support future human missions to Mars. The Initiative also includes an Asteroid Grand Challenge, which is seeking the best ideas to find all asteroid threats to human populations and accelerate the work NASA already is doing for planetary defense.

JPL manages the Near-Earth Object Program Office for NASA's Science Mission Directorate in Washington. JPL is a division of the California Institute of Technology in Pasadena.

More information about asteroids and near-Earth objects is available at:

http://neo.jpl.nasa.gov

http://www.jpl.nasa.gov/asteroidwatch/

More information about Spitzer is at:

http://spitzer.caltech.edu

http://www.nasa.gov/spitzer

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