우주관측위원회 보고서

2011. 9

우주관측위원회는 2002년에 발족되어 그동안 많은 활동을 수행하였다. 역대 위원장으로는 김상준(2002~05), 이명균(2006~07), 한원용(2008~09), 김영수(2010~11) 순으로 이어졌다.

최근의 활동으로는, 춘계 학술발표회가 열렸던 2011년 4월 8일에 청주에서 관심 있는 회원들이 모임을 가졌다. 이 모임에는 총 8명이 참석하였다 (김영수, 박상영, 윤석진, 이대희, 이서구, 이형목, 정웅섭, 조경석 (가나다 순)). 10년이 지난 위원회의 목적과 현황에 대해 모임에서 논의되었던 내용을 바탕으로 정리하여 보고한다.

우주관측위원회의 목적은 ‘효율적인 우주관측을 위하여 회원간 정보교류와 유기적 연구개발 및 인력양성 방안을 도출함’으로 설정하였다. 여기서 “우주관측”이란 인공위성 등 우주에서 관측하기 위한 기기를 개발하고 이를 이용하여 천체 관측 및 자료처리 등을 수행하는 연구개발 활동을 말한다.

우주관측 관련한 활동들을 관련 연구개발 사업들을 위주로 살펴보았다.  Galex 은하진화탐사선을 비롯하여, FIMS, AKARI, CIBER, UFFO 등이 개발되고 활용되었으며, 추후 MIRIS,　TRIO-Cinema, SPICA 등이 활용될 예정이다. 또한 HST 등의 외국의 장비를 이용하여 관측자료를 처리하는 활동도 활발히 진행되었으며, 태양환경을 관측하는 연구개발도 활발히 진행되고 있다. 이들 사업들에 대한 현황과 전망을 정리하였다.

Galex (Galaxy Evolution Explorer, 은하진화탐사선)

GALEX는 미국(NASA, Caltech), 프랑스(LAM), 한국(연세대)이 공동운영하는 자외선 우주망원경 미션이다. 지금까지 발사된 총 55기 이상의 소, 중, 대형 우주망원경 중 자외선 관측이 가능한 것은 (1) NASA 최초의 우주망원경 시리즈인 OAO, 네델란드의 우주천문학 위성인 ANS, 유럽우주국과 NASA의 협력에 의한 IUE, 러시아의 우주망원경 시리즈인 Orion, Galacktika, Astron, Glazar(이상 1960년대~1980년대), (2) NASA의 HST(1990), (3) 우주왕복선상에서 수행된 Astro 미션(1990, 1995), 그리고 (4) NASA의 FUSE(1999) 등이 있다. 이 중 현재 HST를 제외한 모든 미션들은 임무가 종결되었으며, HST도 2004년 STIS가 기능을 상실하면서 현재 SBC(Solar Blind Camera)에서 극히 제한적인 FUV 영상 관측만 가능한 상황이다. 따라서 GALEX 위성은 현재 자외선 영역에 특성화된 유일한 우주망원경이다.

2003년 4월 28일 성공적으로 발사된 GALEX 자외선 우주관측위성은 6개월간의 시험운용을 마치고, 2004년부터 현재까지 상시 관측모드에서 자외선 측광 및 분광 관측을 수행하고 있다. FUV 모드는 2010년 초에 종료되었고, 현재는 NUV 영상관측을 지속하고 있다. GALEX는 당초 29개월로 계획되었던 미션이었으나 NASA의 1차(2004년), 2차(2006년) 및 3차(2008년) 평가에서 수월성을 인정받아 2012년까지 미션이 연장된 상태이다. 발사 후 2009년까지 GALEX의 총 관측시간은 크게 주요임무인 Baseline Mission Surveys와 Extended Mission Surveys, 천문학자들이 제안하여 관측 시간을 얻어 사용하는 Guest Investigator(GI) Program으로 나뉘어 계획되었다. 주요 Survey Mission은 다시 All-sky Imaging Survey, Medium Imaging Survey, Deep Imaging Survey, Nearby Galaxy Survey, 그리고 분광탐사인 Medium Spectroscopic Survey로 나뉜다. 2009년 중반까지 Baseline Missions Surveys를 완료하였고, 그 후 현재까지 Extended Mission Survey가 진행 중이다. GI Program은 Cycle 1(2005년)부터 Cycle 6(2010년)까지 총 240여 개의 프로그램이 선정되었고,  그 중 대부분의 관측은 이미 완료되었으며, 현재 Cycle 6의 관측이 수행 중이다.

GALEX가 관측한 자료들은 한국 측 연구 인력을 포함한 GALEX 국제공동연구팀이 우선적으로 사용한 이후에 MAST(Multimission Archive at Space Telescope Science Institute)를 통해 국내외 천문학자들에게 공급되고 있다. 2004년 5월 0.5 TB 용량의 Galex Release 1(GR1)이 공개되었고 2006년 초에는 약 1.5 TB 용량의 GR2가 공개되어 GR1을 대체하였다. 2007년 초에 GR2와 비슷한 용량의 GR3가 공개되었으며, 2008년에는 대폭 개선된 GALEX 자료처리 자동화 시스템을 사용한 GR4 자료가 공개되었다. 2011년 8월 현재 MAST 데이터베이스를 통해 GR6 까지 국제학계에 공개되어 있다.

FIMS (Far-ultraviolet IMaging Spectrograph)

FIMS는 2003년 9월 27일에 러시아, 플레세츠크 우주기지에서 발사된 과학기술위성 1호 (STSAT-1)의 주 탑재체로 우리은하에 분포하는 고온 (수만~수백만)의 플라즈마로부터 발생하는 원자외선 영역의 방출선 관측을 주 목적으로 하고 있다. 과학기술위성 1호의 총 질량은 약 106Kg이고 주 탑재체인 FIMS의 질량은 약 20Kg이다. 과학기술위성 1호의 버스시스템 개발은 인공위성연구센터에서 전담하고, FIMS는 한국천문연구원, 한국과학기술원, University of California at Berkeley가 공동으로 개발하였다.

FIMS는 8°× 5' 크기의 개구 (aperture)를 통해 들어온 빛을 parabolic cylinder mirror를 통해 집광한 후 rotation of ellipse 형태의 회절격자로 분산시킨 후 MCP (Micro Channel Plate)를 통해 증폭된 신호를 검출하는 구조를 가지고 있다. 스캐닝방식으로 대상 천체로부터 방출되는 광자를 검출하며 영상과 분광신호를 동시에 기록한다. 주 파장영역은 900-1150Å 과 1330-1730Å 이며 각 밴드의 분해능은 각각 2.0Å 과 3.5Å 이다.

과학기술위성1호는 고도 690km의 태양동주기 궤도에서 100분의 주기를 갖고 하루에 약 14번 지구 주변을 돌게 된다. 이때 FIMS는 한 궤도 당 약 25분간 관측을 수행하게 되며, 은하 내부의 고온 플라즈마의 거시적인 공간 분포에 대한 전천 탐사를 6개월간 수행하였다. 이러한 전천탐사를 통해 분광 및 이미지를 동시에 측정함으로서 C IV 및 O VI 등 중요한 고온 플라즈마의 분광선들에 대한 전천지도를 작성하였다. 전천 탐사 수행 후 별 및 지구 대기광에 의한 잡음에 대해 보정하고 전체 하늘을 3도x 3도 픽셀로 나누어 은하의 지도를 재구성하게 된다. 한편, 전천탐사 중에 약 20 여개의 지향 관측을 수행하여 연구 가치가 큰 천체들에 대한 원자외선 분광 및 영상 관측을 수행하였다. 이러한 임무를 통해 FIMS는  세계최초로 원자외선 대역의 전천지도(all-sky map)을 작성하였다. 또한, 세계 최초로 두 개의 주요 방출선인 OVI(1035Å) 및 CIV(1555Å)을 동시에 관측함으로써 잘 알려져 있지 않은 우리은하의 고온 기체에 대한 성질을 연구하였다.

국내기술을 기반으로 제작되어, 대한민국 최초로 발사되는 천문우주관측 위성으로서 성공적인 임무 수행과 함께 국제 경쟁력 있는 천문 우주관련 연구뿐만 아니라 우주관측 탑재체의 기반 기술 확보 및 과학위성 개발에 한 단계 진보된 역량을 축적하게 되었다. 그 결과,  2006년 6월 우리 은하의 고온 가스 및 성간물질을 관측, 연구한 논문 9편을 국제적 명성의 저널 ApJ Letter에 특별호로 발간하였으며 그 이후로도 20 여 편에 이르는 SCI 논문을 꾸준히 발표하고 있다.

AKARI

AKARI (ASTRO-F의 애칭) 는 일본의 우주항공개발기구(JAXA) 산하 우주과학연구본부(ISAS)이 중심이 되어 추진하고 있는 일본의 두번째 적외선 우주망원경이다. AKARI 프로젝트는 일본 우주과학연구 본부 (JAXA) 산하 우주과학연구소 (ISAS)를 중심으로 한국과 유럽의 여러 나라가 참여하는 국제적인 프로젝트로서, 한국은 서울대학교 (책임자: 이형목 교수) 주도로 한국천문연구원, 강원대학교 등에서 이 사업에 대한 참여가 이루어졌다.

위성과 우주 망원경은 ISAS/JAXA를 비롯한 나고야 대학, 동경 대학, 정보통신 연구기구 (NICT) 등 일본의 여러 대학 및 연구소에 의해 개발되었다. 그 외에도 일본 내 연구소 및 대학, 유럽 우주국 (ESA), 유럽 대학 컨소시엄 [오픈 대학, 임페리얼 대학, 켄트 대학, 서섹스 대학 (이상 영국), 스론 연구소, 그로닝겐 대학 (이상 네델란드)] 등이 소프트웨어 제작 및 과학연구에 기여하고 있다. 특히 서울대학교 천문학과는 2000년부터 일본의 우주과학연구소에 연구진을 파견하여 AKARI의 관측모의 실험, 자료처리, 관측대상 선정, 기기 모의실험 등 다양에 분야의 연구를 수행하였다.

AKARI의 대표적인 임무는 탑재된 두 개의 관측기기를 이용하여 6개의 관측밴드로 9-180㎛ 걸쳐 전천탐사를 통해 천구 상에 투영된 전우주의 적외선 이미지를 얻는 것으로 이는 20여 년 전에 IRAS에 의해 행해졌던 적외선 전천탐사 이후 처음으로 있는 적외선 전천탐사이다. 이 전천탐사를 통해 우주의 적외선 광원 카탈로그를 만들어낸다. AKARI는 IRAS 보다 열 배 이상의 감도와 높은 공간분해능을 가지고 있고 관측 가능한 파장영역 또한 IRAS에 비해 훨씬 넓고 다양하다.

2006년 2월 21일에 M-V 로켓에 실려서 발사된 AKARI는 고도 695 km에서 태양동기궤도를 돌았다. 발사 후 Astro-F를 ‘빛‘이라는 의미의 AKARI로 명칭이 변경되었다. 망원경은 구경이 67 cm 로서 초점거리가 4.2 m인 Ritchey-Cretien 형태의 반사망원경이다. 관측기기로는 원적외선 카메라/분광기인 Far-Infrared Surveyor (FIS)와 근적외선 카메라/분광기인 Infra-Red Camera (IRC)가 있다. 냉각제인 액체 헬륨이 고갈된 2007년 8월 26일까지 두 번에 걸친 전천 서베이를 원적외선과 중적외선 파장에서 94% 완수했다. 그리고 3,500개의 목표를 관측하였다.

CIBER (Cosmic Infrared Background ExpeRiment)

2006년 8월에 “우주용 적외선카메라 개발 및 로켓관측” 과제가 기초기술연구회의 협동과제로 선정됨으로써 한국천문연구원, 한국기초과학지원연구원, 그리고 경희대학교로 구성된 적외선 연구 그룹이 적외선 우주배경복사 관측 국제 공동 연구인 CIBER에 본격적으로 참여하게 되었다. CIBER 프로젝트는 미국의 캘리포니아 공과대학 (California Institute of Technology, Caltech), 제트추진연구소 (Jet Propulsion Laboratory, JPL) 및 일본의 우주과학연구소 (Institute of Space and Astronautical Science, ISAS) 등이 주축이 되어 진행하는 국제 공동 연구로서, 미국 NASA의 과학로켓에 적외선 카메라 및 분광기를 탑재하여 근적외선 (1-2 μm) 영역에서의 우주배경복사를 관측함으로써 우주 초기의 별 및 은하에 대한 연구를 수행하려는 목적을 가지고 있다.

우주 초기의 원시성 (종족 III)들이 초기 은하를 형성하면서 오늘날 관측되는 근적외선 파장 대역에 두 가지 특징적인 형상을 남기는데, 하나는 Ly-α 분광 형상이고, 다른 하나는 공간적 비등방성이다. 빅뱅 이후 최초의 별들이 생성되면, 이들 별들에서 방출되는 빛에 의해 성간 공간에 있는 수소 원자가 재이온화 되기 시작한다. 따라서 Ly-α선(121.6 nm)보다 에너지가 큰, 즉 파장이 짧은 빛은 수소 원자에 의해 차단되게 되며, 원자외선 영역에서의 이러한 형상을 Ly-α 분광 형상이라 한다. 적색편이가 약 10-20에 이르는 우주 초기에서 방출된 이 빛이 오늘날 지구까지 도달하면서 적색편이를 겪게 되어 약 1-2 μm 정도의 근적외선 영역에서 관측되게 된다.

두 대의 광시야 카메라와 저분산 분광기, 그리고 고분산 분광기로 구성되는 CIBER는 액체 질소를 이용한 cryostat 안에 장착되어 절대 온도 77 K의 온도를 유지한 상태에서 작동된다. 카메라와 분광기에 공통적으로 운용되는 전자부 시스템은 데이터 획득 및 로켓과의 인터페이스를 담당한다. 두 대의 광시야 카메라는 근적외선 우주배경복사 공간 섭동을 측정하며, 저분산 분광기는 근적외선 우주배경복사의 스펙트럼을 관측할 예정이다. 고분산 분광기는 근적외선 우주배경복사의 잡음에 해당하는 태양계 내의 황도광을 정밀 측정하는 것이 목표이다. 근적외선 광시야 카메라는 10 cm 구경을 가지는 굴절망원경으로 77K까지 냉각되어 사용된다. 초점면에는 1024 x 1024 HgCdTe 센서가 장착되어 2도 x 2도의 시야를 7"의 각분해능으로 관측할 수 있게 하였다. 두 대의 광시야 카메라는 각각 0.9 μm (I band) 및 1.6 μm (H band) 대역의 파장에 맞추어 설계, 제작된다. 이때 광학계는 전체 시야각에서 수차가 최소화되도록 설계되었다. 저분산 분광기는 0.8-2.0 μm 파장 영역의 근적외선 배경복사 세기를 정확하게 측정하도록 설계, 제작된다. 저분산 분광기는 구경이 7.3 cm인 굴절 망원경으로 프리즘이 삽입되어 R ~ 20 정도의 분해능을 가진다. 256 x 256 HgCdTe 적외선 센서를 사용하여 한 픽셀의 크기가 40 μm 정도이며, 네 개의  슬릿이 4도의 시야를 60"의 각분해능으로 각각 관측하게 되는데, 하나의 슬릿 당 256 스펙트럼이 나오므로 총 1024 개의 스펙트럼이 관측 가능하다. 고분산 분광기는 7.5 cm의 구경을 가지는 굴절망원경으로 협대역 필터를 이용하여 0.8542 μm 부근의 좁은 영역의 파장을 관측하는데, 패브리-페로 분광기를 삽입하여 파장 분해능이 약 1000 정도가 되도록 분광 관측한다. 저분산 분광기와 마찬가지로 256 x 256 HgCdTe 적외선 센서를 사용하며 시야각이 8.5 x 8.5도로 크기 때문에 픽셀의 각분해능은 2분이 된다.

CIBER는 1차 (2009.2) 및 2차 (2010.7)에 걸쳐 미국 뉴멕시코주 화이트샌드 미사일기지에서 성공적으로 발사되었다. 두 차례의 발사를 거쳐 황도광 관측 연구 논문을 ApJ에 발표하였으며 그 밖에 네 편의 논문을 준비 중이다. 1, 2차 발사 결과를 토대로 CIBER 기기에 대한 수정 보완 후에 2012년과 2013년에 3차 및 4차 발사를 목표로 하고 있다.

한편, CIBER 보다 성능을 10배 이상 개선한 CIBER2가 미국 NASA의 연구 과제로 선정되었으며 이에 따라 한국천문연구원에서도 CIBER2의 참여를 위한 연구 과제 선정에 노력중이다.

UFFO (Ultra-Fast Flash Observatory)

이화여대에서는 Wide Field of View(광시야각), Zoom-in(확대), Tracking(추적) 기능을 동시에 가지는 신개념 추적우주망원경의 제안함으로써, 2006년 교육과학기술부의 창의적연구진흥사업에 선정된 후, 2009년 러시아 인공위성 타티아나-2에 최초의 초소형 멤스망원경 탑재체(MTEL: MEMS Telescope for Extreme Lightning, 5kg)를 발사하였으며, 2011년 말에는 러시아 인공위성 Lomonosov에 20kg의 UFFO Pathfinder를 발사한다. 2015년에는 본격적인 120kg의 UFFO-100을 발사할 계획이다. 이러한 추적망원경의 핵심 소자는 최첨단 반도체 및 MEMS (MicroElectroMechanical Systems: 초미세전기기계 시스템) 기술에 기초하고 있다.

UFFO의 과학적 목표는 감마선폭발(Gamma Ray Burst: GRB)과 같은 극한 우주폭발 현상의 정밀 관측과 규명이며, 특히 NASA의 Swift 인공위성에서도 관측할 수 없는 감마선폭발 극초기 순간의 포착을 시도하고 있으며, 이로써 감마선폭발의 standard candle의 가능성 타진, 그리고 dark burst, short burst, very short burst와 같은 의문의 천체 규명, 나아가 미지의 우주플래시 등의 새로운 현상 발견을 기대한다.

UFFO-Pathfinder는 크게 두 개의 탑재체로 구분되며, 하나는 coded mask를 이용한 X-ray 관측의 UBAT(UFFO Burst Alert Telescope)이며, 17 arcmin 분해능으로 GRB의 방향을 측정한다. 다른 하나는 4 arcsec의 분해능을 가지는 UV/optical 영역의 SMT(Slewing Mirror Telescope)이다. 일 년에 Swift의 70%인 약 60개의 GRB를 관측하나, 기존의 NASA 및 ESA 미션과 달리, 1초 정도로 GRB를 zoom할 수 있어,  X-선 트리거 후 수십 초까지의 극초기 순간 afterglow의 정밀 측정을 ‘최초’로 기대하고 있다. (자세한 것은 uffo.ewha.ac.kr 참조)

UFFO는 국제공동연구로 한국, 미국, 러시아, 대만, 스페인, 덴마크, 노르웨이, 프랑스의 16기관이 참여하며, 이화여대가 PI로써 주도하고 있다. 2015년에 발사 계획인 UFFO-100는 러시아 또는 중국의 위성을 활용, NIR, 분광계 등 더욱 다양한 탑재체가 추가될 것이며, 각 나라들은 한국 주도의 프로젝트에의 기여를 확대하고 있으며, 예로 미국 그룹은 NASA의 SALMON 제안서에 UFFO-100 참여를 제안하고 있는 상태이다.

MIRIS  (Multi-purpose InfraRed Imaging System)

MIRIS는 과학기술위성 3호(주관기관: 항공우주연구원)의 주탑재체로서 2007년에 한국천문연구원에서 개발이 시작되었다. 국내에서는 최초의 적외선 우주망원경이 될 예정이며, 내년인 2012년 러시아 발사체에 의해 발사되어 1년 정도의 관측을 수행할 계획이다. MIRIS는 0.9μm부터 2μm를 포함하는 근적외선 영역에서 관측을 수행할 것이며, 이를 위해 두 개의 근적외선 광역필터(I, H 밴드)와 적외선 라인 관측을 위한 하나의 협대역 필터(Paschen α와 연속선), 암잡음 보정을 위한 알루미늄 재질의 필터를 가지고 있다. 카메라의 주경이 8cm로 작기 때문에, 광시야 관측에 초점을 두어 관측이 이루어질 예정이다. MIRIS의 관측 시야는 3.67도 × 3.67도이며, 주요한 과학임무는 적외선 우주배경복사 연구를 위한 황도북극영역의 광역필터 관측과 우리 은하면의 Paα 방출선 서베이가 있다.

근적외선 우주배경복사는 초기 우주에서부터 오는 미약한 적외선 신호이며, 초기의 무거운 별이라고 생각되는 종족III 별로부터 기인한다고 이론적으로 알려져 있다. 적외선 배경원이 비교적 어두운 황도북극영역을 10도 × 10도 정도로 넓게 관측하여, 이전 연구에서 얻지 못한 근적외선 영역에서 수각도 정도 되는 적외선 우주배경복사의 요동을 관측할 계획이다. 아울러, 황북극과 남극을 매일 모니터링 함으로 정확한 절대값 보정이 이루어질 것이며, 이 자료는 적외선 우주배경복사를 위해 제거되어야 하는 성분인 황도광의 모델링에도 쓰일 예정이다.

우리은하의 약 20%정도의 공간을 차지하는 이온화된 가스는 뜨거운 무거운 별들에 의해 Hα로 보인다고 알려져 왔다. 최근 연구에서부터 Hα 방출선은 전자나 먼지입자들에 의한 산란에 의해서도 설명되기도 한다. Paα 방출선은 Hα에 비하여 먼지에 의한 소광이나 산란에 덜 영향을 받기 때문에, 이온화된 가스에 있어 산란효과를 이해하는데 큰 도움이 될 것이다. 이를 위해 은하면을 Paα 방출선으로 서베이하여 이온화된 가스의 후보들을 관측하여 Hα 관측 자료와의 비교를 통해 이들의 기원에 대해 밝힐 예정이다.

MIRIS는 현재 비행모델을 개발 중에 있으며, 이후 진동과 열 환경시험을 수행할 계획이다. 최종 검보정을 통해 MIRIS 시험을 완료한 후, 과학기술 위성 3호에 탑재되어 2012년 발사를 기다리게 된다.

TRIO-CINEMA (Triplet Ionospheric Observatory-Cubesat for Ion, Neutral,  Electron, Magnetic fields)

경희대에서는 2008년 12월부터 중성입자, 전자, 이온을 동시에 측정할 수 있는 초소형센서(STEIN: Supra-Thermal Electron, Ion and Neutral detector)를 개발하여 이를 3kg, 3W급 초소형위성(CINEMA)에 탑재 발사하는 WCU 사업을 수행하고 있다. CINEMA는 경희대 사업단과 UC Berkeley의 우주과학연구소가 STEIN 공동제작 및 위성개발 운용을 진행하고 있으며 영국 Imperial College에서 제공하는 소형 자기저항(MR: Magnetoresistive) 자력계인 MAGIC 탑재체를 추가하여 3개 기관이 참여하는 사업이다. 국내에서 처음으로 stereo 관측위성을 시도하기 위하여 당초 경희대 WCU 사업에서 2기만 제작을 하려 했으나 2009년 5월에 미국 과학재단(NSF)에 미국 연구팀과 공동으로 제출한 추가 CINEMA 사업 제안서가 성사되어 당해년도 8월부터 1기를 추가하여 총 3기의 위성으로 이루어진 TRIO-CINEMA mission이 최종 진행 중이다. 기존 중대형위성들에 시도된 실험들에 비하여 STEIN은 2-300keV 영역에서 1keV의 최첨단 분해능을 갖는 실험 성능을 갖고 있으며 2012년 중반기에 발사예정이다. 각 위성은 4rpm의 회전속도로서 각각 다른 회전방향축을 갖게 되어 전방위를 감시할 수 있는 저궤도 다중위성실험이 성사될 예정이다. 관측 결과는 현재 우주환경 분야에서 가장 주목을 받고 있는 지구주변 공간에서의 고에너지 입자들의 발생 및 분포 변화에 대한 다중관측 기회를 제공할 것이다. 첨단 성능의 초소형 실험 탑재체인 STEIN 연구는 현재 유럽우주국(ESA)에서 계획하고 있는 대형 사업인 Solar Orbiter사업의 입자 측정실험에도 공식적인 공동연구원으로 초빙되어 미국 APL(Applied Physics Lab) 및 독일, 스페인, 프랑스, 핀란드 등 유럽 각국 연구기관들과 함께 태양-금성 궤도의 입자 측정을 수행할 계획이다. 경희대에서는 STEIN array 센서를 개발하여 MAGIC등과 함께 향후 국내 달 탐사 탑재체에 이용할 계획이다.

SPICA (SPace Infrared telescope for Cosmology and Astrophysics)

SPICA는 일본 ISAS/JAXA 주도로 국제협력에 의해 추진되고 있는 차세대 대형 적외선 우주망원경이다. 3m급의 주경을 가지고 있으며, 망원경을 5K까지 냉각하여 중적외선과 원적외선 영역에서 기존 적외선 우주망원경에 비해 최고의 감도를 가질 것으로 예상되며, 탑재기기 개발과 테스트 완료 후 발사는 2018년으로 계획되어 있다. 은하, 별, 행성, 지구와 생명체의 기원과 진화의 이해와 같은 천문학에서의 큰 이슈들을 해결하는 것을 과학적인 목표로 삼고 있다. SPICA는 3m급의 대형 우주망원경 프로젝트이기 때문에, 큰 예산과 인력이 소요되어 국제 협력으로 추진 중에 있다. 일본은 중적외선 기기 개발과 발사체를, 유럽 ESA (European Space Agency)는 주경 제작, 지상국 지원 및 원적외선 기기 개발을, 한국은 근적외선 기기 개발을, 미국은 원적외선 및 서브밀리 파장대의 분광기 개발을 제안하여 과학적인 요구조건과 탑재 가능성을 맞추기 위해 국제 심사 중에 있다. SPICA 프로젝트에 대한 예산 확보를 위한 일본 내에서의 최종 승인은 내년으로 예정되어 있으며, 유럽에서도 Cosmic Vision에 따라 일본에서의 결정 이후에 최종 승인이 이루어질 것으로 예상된다.

이전에 있었던 일본 적외선 우주망원경 AKARI 프로젝트에서의 협력기반을 토대로 한국이 제안한 근적외선 기기는 정밀 가이딩과 과학 관측을 동시에 담당하는 기기이다. 우주에서의 적외선 관측 장비 개발 경험이 있는 한국천문연구원 주도로 근적외선 기기가 개발될 예정이며, 과학 임무에 대한 연구를 위해서는 서울대학교와 한국천문연구원을 주축으로 다른 대학들과 협력이 이루어질 것이다. 한국 천문연구원에서는 기획연구를 통하여 SPICA에 탑재될 근적외선 기기의 타당성에 대해 검증하였다. 아직 기기 개발을 위한 최종 예산을 획득하지는 못하였지만, 작년에 있었던 국가 대형 장비 로드맵 구축에 있어 최우선적으로 개발되어야 할 중점 대형 연구시설로 선정되어, 이를 바탕으로 정부 예산을 얻기 위해 노력 중이다.

근적외선 기기의 주요 과학임무는 근적외선 우주배경복사의 관측과 우주와 재이온화에 있어 높은 적색편이에서 별생성 역사를 이해하는 것이다. 이를 위해 저분해능 분광 및 이미징을 동시에 수행하는 관측이 이루어질 예정이다. 또한, 개발되는 근적외선 기기는 상대적으로 시스템 자원을 덜 소모하기 때문에, 다른 중적외선 원적외선 기기와 동시 관측이 가능하다. 다른 기기들과의 잘 짜여진 협력 관측을  통하여, 근적외선 기기의 활용도를 높일 계획이다.

태양우주환경 관측프로그램

2013년 태양활동 극대기를 맞아 전세계적으로 ILWS (International Living With a Star)와 같은 태양 및 우주환경 위성공동관측프로그램이 활발히 진행되고 있다. 한편 국내에서는 다음 극대기 (~2015년)를 대비한 태양우주환경 관측위성 개발을 목표로 다양한 기획연구가 진행되고 있다.

태양우주환경 관측은 ILWS (International Living With a Star)와 같은 관측프로그램을 통해 현재 국제적인 공조가 이루어지고 있다. 이 프로그램은 NASA, ESA, JAXA 등 세계 여러 나라의 우주개발 기관이 참여하여 우주환경을 공동으로 관측하고 그 관측자료 및 기술을 공유하는 것을 목표로 하고 있다. 이런 세계적인 흐름에 발맞추어 천문연에서는 2010년부터 ILWS에 가입하여 우주환경 관측위성 개발방안을 모색하고 있으며 이와 별도로 기상청과 전파연구소 등에서도 지구정지궤도 위성에 탑재할 우주환경관측기 개발을 위한 기획연구를 진행하고 있다.

국내의 우주환경 위성관측의 시작은 우리별 1호(1992)와 2호(1993)에 고에너지 입자를 관측하는 탑재체가 실리면서 부터이다. 그 후 우리별 3호(1999)와 아리랑 1호(1999)에 이온층 관측기가 탑재되면서 이들 관측자료를 활용한 다수의 논문이 나왔다. 이런 개발경험을 발판으로 삼아 2003년 발사된 과학기술위성 1호에는 보다 복잡하고 향상된 성능을 갖춘 우주환경관측 탑재체가 개발되어 탑재되었는데 이를  우주과학패키지 (Space Physics Package: SPP)라 불리었다. SPP에는 ESA(Electro-Static Analyzer), SST(Solid State Telescope), LP(Langmuir Probe), SM(Scientific Magnetometer)과 같은 여러 관측장비들이 실려 극지방의 우주환경을 성공적으로 관측하였다. 과학기술위성 1호의 과학적 성과는 주로 방사선대의 전자의 가속과 소멸현상연구에 집중되어 있고 대표적 성과로는 (1) 자기장의 수직 및 수평으로 흐르는 전자하강운동 특성연구, (2) 상대론적 전자의 급격한 감소(dropouts)와 지구자기장의 팽창과의 상관성 연구, (3) FUV 오로라 연구 등을 들 수 있다.

이렇듯 우주환경 관측위성의 경우, 1990년대 초부터 크지는 않지만 기반기술 연구가 꾸준히 이루어져 왔음에도 불구하고 아쉽게도 과학기술위성 1호 이후 그렇다할 우주환경관측 탑재체 개발이 이루어지지 않고 있다. 한국천문연구원에서는 중장기 로드맵에 태양우주환경관측 탑재체 개발을 포함하고 이에 대한 타당성 조사를 진행하고 있다. 전파연구소는 2010년도에 전자통신연구소와 공동으로 지구정지궤도 통신위성에 탑재 가능한 우주환경 탑재체 선정을 위한 기획연구를 수행하였다. 최근 기상청에서도 2016년 발사될 예정인 기상위성에 탑재하기 위한 우주환경탑재체 기획연구를 시작하였다.

이상과 같이 많은 우주관측 프로그램은 증가 일로에 있으며 비약적으로 발전할 것으로 예상된다. 이에 학회 차원에서도 발전을 도모할 수 있도록 관심을 가지고 지원을 하여야 할 것이다.

작성자 : 김영수(위원장), 박일흥, 윤석진, 이대희, 이동훈, 정웅섭, 조경석 (가나다 순)