스페이스 클럽 PUNCH 시운전이 계속되는 동안 SPHEREx는 과학 관측을 시작합니다.

[우주센터]

미국 항공우주국(NASA)의 최신 우주 망원경이 수십 가지 색으로 우주를 연구하는 2년간의 임무 중 첫 번째 과학 관측을 수행했습니다. SPHEREx(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) 망원경은 은하 형성, 우주 팽창, 행성계에서 물과 유기 분자의 기원을 연구하기 위해 102개의 적외선 파장 또는 색상으로 전체 하늘을 매핑합니다.

SPHEREx는 지난 3월 팰컨 9(Falcon 9) 차량에 실려 NASA의 편광계(Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere, PUNCH) 미션에 탑승했습니다. 펀치(PUNCH) 위성도 첫 번째 이미지를 전송하면서 우주선은 이제 태양 코로나와 태양풍을 연구할 준비를 마쳤다.

SPHEREx, 과학 미션 시작

출시 15일 후인 3월 27일, SPHEREx는 첫 번째 빛을 보며 기기가 설계된 대로 작동했음을 입증했습니다. 이 이정표 다음에는 보정 및 점검이 이어졌으며 5월 1일 SPHEREx의 과학 운영이 시작되었습니다.

"우리 중 일부는 12년 동안 이 목표를 향해 노력해 왔습니다." 캘리포니아 공과대학과 NASA 제트추진연구소(JPL)의 SPHEREx 수석 연구원 제이미 복(Jamie Bock)의 말입니다. "악기의 성능은 우리가 기대했던 것만큼 좋습니다. 이는 우리가 계획했던 모든 놀라운 과학을 수행할 수 있고 어쩌면 예상치 못한 발견을 할 수도 있다는 것을 의미합니다."

다양한 색상 필터를 사용하여 SPHEREx의 이미지에서 먼지 구름을 확대합니다. (제공: NASA/JPL-Caltech)

NASA는 SPHEREx가 과학 임무를 시작했다고 발표하면서 4월에 촬영한 망원경의 첫 번째 이미지 중 일부도 공개했습니다. 이 이미지는 SPHEREx가 다양한 파장의 적외선으로 포착한 거대 마젤란 구름(Large Magellanic Cloud)으로 알려진 인근 왜소은하의 먼지 모음을 보여줍니다. 먼지를 구성하는 분자가 특정 파장만 흡수하고 방출하기 때문에 먼지 구름의 모양은 이미지마다 다릅니다.

참고 항목

• SPHEREx 업데이트
• 우주 과학 보도
• NSF 스토어
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다양한 화합물과 원소가 망원경에 도달하는 빛의 스펙트럼에 고유한 특성을 부여함에 따라 천문학자들은 이러한 특성을 사용하여 천체의 화학적 조성을 연구합니다. SPHEREx의 설계를 통해 하늘 전체에 걸쳐 이러한 분광학 연구를 대규모로 수행하여 총 102개의 파장을 캡처할 수 있습니다.

이러한 범위의 파장을 포착하기 위해 SPHEREx에는 각각 선형 가변 필터가 있는 6개의 검출기가 장착되어 있습니다. 각 필터는 17개의 세그먼트로 구성된 그라데이션을 가지며 각 세그먼트는 단일 파장의 빛만 통과시킵니다. 모든 검출기로 이미지 또는 노출을 촬영한 후 SPHEREx는 위치를 약간 이동하여 다른 파장에서 하늘의 각 부분을 캡처합니다.

계획된 임무 중 25개월 동안 SPHEREx는 매일 600개의 노출을 촬영하여 모든 검출기에서 총 3,600개의 이미지를 촬영할 예정입니다. 지구 주위의 태양 동기 궤도에 있는 이 망원경은 6개월 안에 하늘 전체를 볼 수 있습니다. 이를 통해 NASA는 SPHEREx의 임무가 끝날 때까지 4개의 우주 지도를 만들 수 있습니다.

https://youtu.be/EuO-u9airpA

워싱턴에 있는 NASA 본부의 천체물리학 부서 책임자 대행인 숀 도마갈-골드만(Shawn Domagal-Goldman)은 "이 임무를 구축한 NASA, 산업계 및 학계 전반의 팀들의 노력 덕분에 SPHEREx는 우리가 예상했던 대로 운영되고 있으며 이전과는 다른 완전한 하늘 지도를 제작할 것"이라고 말했습니다. "이 새로운 천문대는 NASA의 낸시 그레이스 로만 우주 망원경(Nancy Grace Roman Space Telescope)의 발사로 이어지는 우주 기반 천체 물리학 조사 임무에 추가되고 있습니다. 이러한 다른 임무와 함께 SPHEREx는 NASA에서 매일 씨름하는 우주에 대한 큰 질문에 답하는 데 중요한 역할을 할 것입니다."

은하의 화학적 조성을 분석하는 것 외에도, 은하의 스펙트럼을 연구하는 것은 또한 천문학자들이 그 거리를 결정할 수 있게 해준다. 우주의 팽창으로 인해 멀리 있는 모든 은하들은 우리에게서 멀어지고, 멀리 있는 은하들은 더 빨리 움직인다. 이것은 은하의 빛 스펙트럼을 적색편이(redshift)로 알려진 효과로 더 긴 파장으로 이동시킨다. 이 적색편이의 크기를 측정함으로써 천문학자들은 은하의 상대 속도를 결정할 수 있고, 따라서 그 거리를 결정할 수 있다.

SPHEREx는 정보를 사용하여 은하의 위치를 3차원으로 매핑하여 천문학자들이 우주망으로 알려진 우주의 구조를 연구할 수 있도록 합니다.

은하들은 우주 전체에 고르게 분포되어 있지 않고, 가스와 다른 물질들의 필라멘트를 따라 무리를 이루어 나타난다. 과학자들은 이 우주망이 빅뱅 직후에 나타난 작은 잔물결의 흔적이라고 믿고 있다. SPHEREx의 팀은 이러한 대규모 구조를 연구함으로써 초기 우주의 급팽창을 주도한 과정을 밝히기를 희망합니다.

"우리는 현대 우주를 가장 큰 규모로 관찰함으로써 우주의 가장 이른 순간에 가장 작은 규모로 무슨 일이 일어났는지 연구할 것입니다." 남부 캘리포니아에 있는 NASA 제트 추진 연구소의 임무 프로젝트 관리자인 짐 팬슨(Jim Fanson)의 말이다. "거기에는 시적인 호가 있다고 생각해요."

KSAT의 안테나와 네트워크를 사용하여 NASA에 데이터를 전송하는 SPHEREx의 개략도. (제공: NASA/Dave Ryan)

SPHEREx는 NASA의 Near Space Network를 통해 매일 약 20기가바이트의 데이터를 전송합니다. 그러나 새로운 망원경을 최적으로 지원하기 위해 NASA는 남극 대륙에 있는 네트워크의 지상국 중 하나를 업그레이드해야 했습니다. NASA는 SCaN(Space Communications and Navigation) 프로그램에 따라 업그레이드를 구현하기 위해 상업 파트너와 계약을 체결했습니다.

노르웨이 회사인 Kongsberg Satellite Services(KSAT)는 남극 대륙의 Troll 연구 기지에서 안테나를 업그레이드했습니다. SPHEREx는 이 안테나의 범위 내에서 비행할 때 지상국으로 전송한 다음 KSAT의 중계 위성 네트워크로 데이터를 보냅니다. 여기에서 SPHEREx의 관측 결과는 NASA의 DAPHNE+(Data Acquisition Process and Handling Environment)로 이어집니다.

NASA 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 근거리 우주 네트워크(Near Space Network) SPHEREx 미션 매니저인 매트 빈센트(Matt Vincent)는 "트롤 안테나를 DAPHNE+에 연결함으로써 민간 및 정부 소유의 클라우드 시스템을 가상으로 연결함으로써 대형 해저 광섬유 케이블의 필요성을 없애고 프로젝트의 비용과 복잡성을 줄일 수 있었다"고 말했다. "우리는 KSAT와 함께 남극 대륙에 추가 하드웨어를 설치할 필요가 없는 네트워킹 솔루션을 찾을 수 있었습니다. 이제 우리는 해당 위치에서 다운링크된 것 중 가장 높은 데이터 속도로 운영하고 있습니다."

PUNCH 시운전은 계속됩니다.

SPHEREx는 우주 날씨를 조사하기 위해 계획된 NASA의 PUNCH 미션과 함께 우주로 여행을 떠났습니다. 이 별자리에 있는 4개의 위성은 함께 내부 태양계와 태양 대기의 바깥층, 즉 태양 코로나를 3D 관측할 것입니다. 편광에서 코로나를 연구하는 PUNCH는 과학자들이 코로나의 질량과 에너지가 어떻게 태양풍이 되는지 알아내는 데 도움이 될 것입니다.

PUNCH의 Narrow Field Imager의 첫 번째 이미지(왼쪽)와 임무의 Wide Field Imager 중 하나(오른쪽). (제공: NASA/SwRI/NRL)

PUNCH 위성 중 하나는 4월 14일에 첫 번째 이미지를 촬영한 NFI(Narrow Field Imager)를 탑재하고 있습니다. 다른 3개의 위성에는 WFI(Wide Field Imager)가 장착되어 있으며, 모두 다음 날에 첫 번째 빛을 포착했습니다. 이 첫 번째 이미지는 모든 카메라가 초점이 맞춰져 있고 설계된 대로 작동한다는 것을 증명했습니다.

그 후, 팀은 이미지 품질을 개선하기 위해 기기를 보정하기 시작합니다. 한편, 위성은 궤도에서 올바른 정렬로 이동하고 있으며, 이를 통해 WFI 이미지를 함께 연결하여 태양풍과 코로나를 더 넓게 볼 수 있습니다.

(리드 이미지: 3.29미크론의 파장에서 SPHEREx가 관찰한 대마젤란 구름의 먼지 모음. 출처: NASA/JPL-Caltech)

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