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유클리드 (우주망원경)

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목차

1. 개요

유클리드 (우주망원경)는 유럽 우주국(ESA)이 개발한 우주 망원경으로, 은하들의 적색편이를 측정하여 우주 팽창의 역사와 구조 형성을 연구하는 것을 목표로 한다. 중력 렌즈 현상, 중입자 음향 진동 측정, 분광학을 활용하여 암흑 에너지와 암흑 물질의 분포를 조사하며, 100억 년 전 과거까지 거슬러 올라가는 우주를 관측한다. 유클리드는 가시광선 카메라(VIS)와 근적외선 분광기 및 광도계(NISP)를 탑재하여 최대 20억 개의 은하 3차원 분포를 매핑하고, 데이터는 18개국 1,200명 이상의 과학자가 참여하는 컨소시엄에 의해 분석된다. NASA는 근적외선 대역 검출기를 제공하고, 유클리드 컨소시엄에 40명의 미국 과학자를 임명하여 국제 협력을 진행한다.

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유클리드 (우주망원경)
개요
유클리드 렌더링
예술가의 인상
임무 유형천문학
운영 기관ESA
웹사이트https://sci.esa.int/web/euclid/
https://www.euclid-ec.org/
임무 기간6년 (명목상), 2023년 7월 1일 ~ (진행 중)
제작
제조업체탈레스 알레니아 스페이스 (주 계약자)
에어버스 디펜스 앤 스페이스 (탑재 모듈)
발사 질량2000 kg
탑재 질량800 kg
크기4.5 x 3.1 m
발사
발사일2023년 7월 1일 15:12 UTC
발사 로켓팰컨 9
발사 장소케이프 커내버럴 SLC-40
발사 계약자스페이스X
궤도
궤도 기준점태양-지구 L2
궤도 형태리사주 궤도
근지점 고도1150000 km
원지점 고도1780000 km
망원경
망원경 종류코르슈 망원경
망원경 직경1.2 m
망원경 초점 거리24.5 m
망원경 면적1.006 m2
망원경 파장550 nm (녹색) ~ 2 μm (근적외선)
망원경 해상도0.1 arcsec (가시광선)
0.3 arcsec (근적외선)
통신
통신 대역X 밴드 (TT&C 지원)
K 밴드 (데이터 수집)
통신 주파수8.0–8.4 GHz (X 밴드)
25.5–27 GHz (K 밴드)
통신 대역폭수 kbit/s (X 밴드)
74 Mbit/s (K 밴드)
탑재 장비
VIS가시광선 이미저
NISP근적외선 분광기 및 광도계
기타
유클리드 미션 로고
유클리드 미션 ESA 천체 물리학 휘장
프로그램코스믹 비전
이전 미션솔라 오비터
다음 미션JUICE

2. 과학적 목표와 방법

유클리드는 적색편이를 2값까지 측정함으로써 우주 팽창의 역사와 구조 형성을 조사하며, 이는 100억 년 전 과거를 거슬러 올라가는 것에 해당한다.[93] 은하 모양과 해당 적색편이 사이의 연결은 암흑 에너지가 우주의 가속 팽창에 어떻게 기여하는지를 보여주는 데 도움이 된다. 사용되는 방법은 중력 렌즈, 중입자 음향 진동 측정, 분광학에 의한 은하 거리 측정 등을 활용한다.[94]

이러한 데이터를 통해 암흑 물질과 은하들의 분포에 관한 통계적 특성을 동시에 측정하고, 우주선이 시간을 거슬러 올라감에 따라 이러한 특성이 어떻게 변화하는지 측정할 수 있다. 충분히 정확한 측정치를 얻기 위해서는 매우 정밀한 이미지가 필요하다. 센서에 내재된 왜곡은 고려하고 보정해야 하며, 그렇지 않으면 결과 데이터는 제한적 용도가 될 것이다.[93]

2. 1. 중력 렌즈 효과

중력 렌즈(또는 중력 전단)는 일반 상대성이론에 의해 유도되는 현상으로, 물질이 존재함으로써 시공간이 국부적으로 왜곡되어 그 물질 근처를 통과하는 빛의 진로가 꺾이는 현상이다.[95] 은하에서 방출되는 빛(관측된 이미지)은 은하에서 관측자에 이르는 시선에 따라 분포하는 물질 근처를 통과하면서 왜곡된다. 이 물질은 부분적으로 가시적인 은하로 구성되지만 대부분 암흑 물질이다. 이러한 왜곡을 측정함으로써 암흑 물질의 양을 추론할 수 있으며, 이는 우주에서 암흑 물질이 어떻게 분포하는지에 대한 이해를 돕는다.[95]

2. 2. 분광학적 측정

유클리드는 은하들의 적색편이를 2값까지 측정함으로써 우주 팽창의 역사와 구조 형성을 조사할 것이며, 이것은 100억년 전 과거로 거슬러 올라가는 것에 해당한다.[93] 은하 모양들과 해당 적색편이 사이의 연결은 암흑 에너지가 우주의 가속 증가에 어떻게 기여하는지를 보여주는 데 도움이 될 것이다. 사용된 방법은 중력 렌즈 현상, 중입자 음향 진동 측정 및 분광학에 의한 은하 거리 측정 등을 활용한다.[94]

분광학적 측정은 은하들의 적색편이들을 측정하고 또한 허블-르메트르 법칙을 사용하여 그것들의 거리들을 결정할 수 있게 해준다. 이러한 방식으로, 우주에 존재하는 은하들의 3차원적 분포를 재구성할 수 있다.[93]

이러한 데이터로부터, 암흑 물질과 은하들의 분포에 관련한 통계적 특성들을 동시에 측정하고 또한 그 우주선이 시간을 더욱 거슬러 올라감에 따라서 이러한 특성들이 어떻게 변화하는지 측정할 수 있다. 충분히 정확한 측정치들을 공급하기 위해서는 매우 정밀한 이미지들이 필요하다. 센서들에 내재된 어떤 왜곡은 고려되고 또한 보정되어야 하며, 그렇지 않으면 그 결과 데이터는 제한적 용도가 될 것이다.[93]

2. 3. 중입자 음향 진동

유클리드는 은하들의 적색편이를 2값까지 측정함으로써 우주 팽창의 역사와 구조 형성을 조사하는데, 이것은 100억 년 전 과거로 거슬러 올라가는 것에 해당한다.[93] 유클리드가 사용한 방법 중 하나는 중입자 음향 진동 측정이다.[94]

3. 우주선

''유클리드'' 우주망원경은 2007년 ESA 코스믹 비전 2015-2025 제안에 응답하여 제안된 암흑 우주 탐사선(DUNE)과 분광학적 전천 우주 탐사선(SPACE)을 통합하여 탄생했다. 이 두 미션은 우주의 기하학적 구조 측정을 목표로 했으며, 통합된 미션은 기하학의 아버지 알렉산드리아의 유클리드를 기려 유클리드로 명명되었다. 2011년 ESA에 의해 선정되었고, 2012년 공식 채택되었다.[1]

ESA는 탈레스 알레니아 스페이스를 제작사로 선정했다. ''유클리드''는 길이 4.5m, 직경 3.1m, 질량 2톤이다.[3] 에어버스 방위 및 우주는 페이로드 모듈을 담당하며, 이 모듈은 직경 1.2m 주경을 가진 코르쉬 망원경으로 구성, 0.91 deg2 면적을 커버한다.[18][19]

유클리드 컨소시엄은 13개 유럽 국가와 미국 과학자들로 구성된 국제 컨소시엄이며, 가시광선 카메라(VIS)[20]와 근적외선 분광기 및 측광기(NISP)[21]를 제공했다. 이들은 하늘 전체 3분의 1 이상에 걸쳐 최대 20억 개 은하의 3차원 분포를 매핑한다.[22]

클린룸에 있는 ''유클리드''


유클리드 우주망원경


''Euclid''의 태양 전지판


망원경 버스는 태양 전지판을 통해 전력을 공급하고, 망원경 자세와 지향을 35 밀리초 각초보다 더 정확하게 안정시킨다. 망원경은 광학 정렬을 위해 우수한 열적 안정성을 갖도록 절연되어 있다.

통신 시스템은 하루 850 기가비트를 전송하며, Ka 밴드와 CCSDS 파일 전송 프로토콜을 사용, 스페인 세브레로스 지상 기지에 하루 4시간 동안 초당 55 메가비트 속도로 과학 데이터를 보낸다. ''유클리드''는 4 테라비트 (500 GB) 온보드 저장 용량을 갖는다.[25]

서비스 모듈 (SVM)은 다음 우주선 하위 시스템을 포함한다.

  • TT&C – 원격 측정 및 원격 제어
  • AOCS – 자세 궤도 제어 시스템
  • CDMS – 중앙 데이터 관리 시스템
  • EPS – 전기 전원 시스템
  • RCS – 반작용 제어 시스템
  • MPS – 마이크로 추진 시스템


AOCS는 시각 노출당 35 밀리초 각초 미만 분산을 갖는 안정적 지향을 제공하며, 이를 위해 높은 열적 안정성이 필요하다.[26]

3. 1. 구조 및 디자인

''유클리드''는 2007년 3월에 발표된 ESA 코스믹 비전 2015-2025 제안 요청에 대한 응답으로 제안된 두 가지 미션 개념, 즉 암흑 우주 탐험가(DUNE)와 전천 스펙트럼 우주 탐험가(SPACE)에서 나왔다. 두 미션 모두 우주의 기하학을 측정하기 위한 보완적인 기술을 제안했으며, 평가 연구 단계를 거쳐 통합된 미션이 탄생했다. 새로운 미션 개념은 기하학의 아버지로 여겨지는 그리스 수학자 알렉산드리아의 유클리드(~기원전 300년)를 기려 유클리드라고 명명되었다. 2011년 10월, ''유클리드''는 ESA의 과학 프로그램 위원회에서 실행 대상으로 선정되었으며, 2012년 6월 25일에 공식적으로 채택되었다.[77]

ESA는 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space) 이탈리아 부서를 선정하여 토리노에서 위성을 제작했다. ''유클리드''는 길이가 4.5m이고 직경이 3.1m이며 질량은 2톤이다.[80]

''유클리드'' 페이로드 모듈은 에어버스 방위 및 우주(Airbus Defence and Space)의 프랑스 부서인 툴루즈에서 담당했다. 이 모듈은 직경 1.2미터의 주경을 가진 코르쉬 망원경(Korsch telescope)으로 구성되어 있으며, 0.91 deg2의 면적을 커버한다.[96][97]

13개 유럽 국가와 미국 과학자들로 구성된 국제 과학자 컨소시엄인 유클리드 컨소시엄은 가시광선 카메라(VIS)[84]와 근적외선 분광기 및 광도계(NISP)를 제공했다.[85] 이들은 함께 하늘 전체의 3분의 1 이상에 걸쳐 있는 최대 20억 개의 은하의 3차원 분포를 매핑할 것이다.[98] 이러한 대형 카메라들은 은하의 형태 계량, 측광 및 분광학적 특성을 특징짓는 데 사용될 것이다.

망원경 버스에는 전력을 공급하고 망원경의 자세와 지향을 35 밀리초 각초 (170 nrad)보다 더 정확하게 안정시키는 태양 전지판이 포함되어 있다. 망원경은 광학 정렬을 방해하지 않도록 우수한 열적 안정성을 보장하기 위해 신중하게 절연되어 있다.

통신 시스템은 하루에 850 기가비트를 전송할 수 있다. Ka 밴드와 CCSDS 파일 전송 프로토콜을 사용하여 망원경이 지평선 위에 있을 때 스페인의 35 m 안테나인 세브레로스 지상 기지에 할당된 하루 4시간 동안 초당 55 메가비트의 속도로 과학 데이터를 보낸다. ''유클리드 (우주망원경)''는 4 테라비트 (500 GB)의 온보드 저장 용량을 가지고 있다.[25]

서비스 모듈 (SVM)은 대부분의 우주선 하위 시스템을 호스팅한다.

  • TT&C – 원격 측정 및 원격 제어
  • AOCS – 자세 궤도 제어 시스템
  • CDMS – 중앙 데이터 관리 시스템
  • EPS – 전기 전원 시스템
  • RCS – 반작용 제어 시스템
  • MPS – 마이크로 추진 시스템


AOCS는 시각 노출당 35 밀리초 각초 미만의 분산을 갖는 안정적인 지향을 제공한다. 이러한 정확도로 망원경 조립체를 광학적 정렬 불량으로부터 보호하기 위해서는 높은 열적 안정성이 필요하다.[26]

3. 2. 계측기

유럽 13개국과 미국의 과학자들로 구성된 국제 과학자 컨소시엄인 유클리드 컨소시엄은 가시광선 카메라(VIS)[84]와 근적외선 분광기 및 광도계(NISP)[85]를 제공했다. 이 두 계측기는 전체 하늘의 3분의 1 이상에 걸쳐 있는 최대 20억 개의 은하들의 3차원 분포를 매핑하고[98], 은하들의 형태측량학(morphometrics)적, 측광학적 및 분광학적 특성을 특성화하는 데 사용될 것이다.

3. 2. 1. 가시광선 카메라(VIS)

VIS는 가시광선 파장(550~920nm)을 관측하는 카메라로, 36개의 CCD 소자를 배열한 구조로 되어 있으며 총 약 6억 픽셀이다. e2v 전하결합소자의 모자이크로 만들어졌으며, 중력 렌즈 효과에 의한 은하의 형태 왜곡을 측정한다.[99][63]

3. 2. 2. 근적외선 분광기 및 광도계(NISP)

NISP(근적외선 분광 측광 장치)는 근적외선 파장(920–2020 nm)에 민감한 4 × 4 텔레다인 H2RG 검출기 모자이크로 구성된 6500만 화소 카메라이다. NISP는 다음 두 가지 기능을 갖는다.[24][64]

  • 다색 필터(Y, J, H 밴드)를 사용하여 측광법(측광 적색편이 기술)으로 10억 개가 넘는 은하의 대략적인 적색편이 및 거리를 측정한다.
  • 슬릿리스 분광기를 사용하여 은하의 근적외선 스펙트럼(920–1850 nm)을 분석한다. 측광 적색편이보다 10배 높은 정밀도로 수백만 개의 은하에 대해 정확한 적색편이를 측정하여 바리온 음향 진동을 측정한다.

3. 3. 우주선 버스



유클리드 우주선 버스는 크게 서비스 모듈(SVM)과 탑재체 모듈로 구성된다. ESA는 이탈리아의 탈레스 알레니아 스페이스를 선정하여 인공위성을 건설했으며, 유클리드는 지름 3.1m, 길이 4.5m, 질량 2톤이다.[80] 서비스 모듈은 대부분의 우주선 하위 시스템을 포함하고 있으며, 다음과 같다.

  • TT&C - 원격 측정 및 원격 명령
  • AOCS - 자세 궤도 제어 시스템
  • CDMS - 중앙 데이터 관리 시스템
  • EPS - 전력 시스템
  • RCS - 반응 제어 시스템
  • MPS - 마이크로 추진 시스템

3. 3. 1. 통신 시스템

통신 시스템은 하루에 850기가비트를 전송할 수 있다. Ka 밴드와 CCSDS 파일 전송 프로토콜을 사용하여 망원경이 지평선 위에 있을 때 스페인의 35m 안테나인 세브레로스 지상국에 할당된 하루 4시간 동안 초당 55메가비트의 속도로 과학 데이터를 전송한다. 유클리드의 온보드 저장 용량은 최소 300GB이다.[101]

3. 3. 2. 자세 제어 시스템 (AOCS)

망원경 버스에는 전력을 공급하고 망원경의 자세와 지향을 35 밀리초 각초 (170 nrad)보다 더 정확하게 안정시키는 태양 전지판이 포함되어 있다. 망원경은 광학 정렬을 방해하지 않도록 우수한 열적 안정성을 보장하기 위해 신중하게 절연되어 있다.

AOCS는 시각 노출당 35 밀리초 각초 미만의 분산을 갖는 안정적인 지향을 제공한다. 이러한 정확도로 망원경 조립체를 광학적 정렬 불량으로부터 보호하기 위해서는 높은 열적 안정성이 필요하다.[101]

4. 임무 실행 및 데이터

NASA는 2013년 1월 24일 ESA와 임무 참여에 대한 양해 각서를 체결했다. NASA는 가시광선 대역 카메라와 병행하여 작동하는 근적외선 대역 장비에 20개의 검출기를 제공했다. 기기, 망원경 및 위성은 유럽에서 제작 및 운영될 예정이다. NASA는 또한 40명의 미국 과학자들을 유클리드 컨소시엄의 일원으로 임명했으며, 이 컨소시엄은 기기들을 개발하고 임무에서 생성된 데이터를 분석할 것이다. 현재 이 컨소시엄은 유럽 13개국 및 미국에서 1,000명 이상의 과학자들이 참여하고 있다.[102]

2015년에 유클리드는 수많은 기술 디자인들을 완료하고 주요 구성 요소들을 구축하고 테스트한 후, 예비 디자인 검토를 통과했다.[103] 2018년 12월에는 중요 디자인 검토를 통과하여 전반적인 우주선 디자인 및 임무 아키텍처 계획을 검증했고, 최종 우주선 조립을 시작할 수 있게 되었다.[104] 2020년 7월, 두 개의 계측기들(가시광선 및 근적외선)은 우주선과의 통합을 위해 프랑스 툴루즈의 에어 버스에 전달되었다.[105]

2022년 러시아가 유클리드의 소유즈 발사 계획에서 철수한 후, ESA는 스페이스X 팰컨 9 발사체로 재배정했고, 2023년 7월 1일에 발사되었다.[90][106][88]

유클리드는 L2 라그랑주 점 궤도를 돌고 있다.


발사 후 30일 뒤, 유클리드는 태양-지구 라그랑주 점 L2[80]를 헤일로 궤도에서 약 1000000km 폭으로 공전하기 시작했다. 초기 이미지를 수신하자마자 과학자들은 우주선 선체에 작은 틈이 있어 햇빛이 이미징 센서에 침투하여 이미지 품질이 저하되는 문제를 발견했다.[107] 연구팀은 우주선의 방향을 몇 도 조정하여 확인된 틈새로 햇빛이 들어오는 것을 효과적으로 차단하여 문제를 해결했다.[108]

유클리드는 최소 6년 동안 은하 외 하늘(우리 은하로부터 바라보는 하늘)의 약 3분의 1에 해당하는 약 15,000도2 (4.6 sr)를 관측할 예정이다.[79] 광시야 조사의 신호 대 잡음비를 5배로 높이기 위해 세 개의 심부 필드(50도2 (15.2msr))에 대한 추가 관측도 진행한다.[110]

각 은하의 측광학적 적색편이를 충분한 정확도로 측정하기 위해 유클리드 임무는 광학 파장에서 최소 4개의 필터에서 얻은 추가 측광학적 데이터에 의존한다. 이 데이터는 북반구와 남반구 모두에 위치한 지상 기반 망원경에서 수집하여 전체 15,000km2를 커버한다.[112][113] 각 은하는 460-2000nm 범위를 포괄하는 최소 7가지 필터에서 광도 정보를 얻는다.[114]

유클리드는 약 100억 개의 천체를 관측할 예정이며, 이 중 10억 개는 약한 렌즈 효과(중력 전단 측정)에 사용되어[115] 지상 망원경보다 50배 더 정확한 정밀도로 측정될 것이다. 은하 군집 연구를 위해 최소 3천만 개의 천체에 대한 분광 적색편이를 측정한다.

이 방대한 데이터는 18개국 100개 이상의 연구소에서 1200명 이상으로 구성된 유럽 주도 컨소시엄에 의해 수행된다.[116] 유클리드 컨소시엄은 유클리드 장비 페이로드 건설과 위성에서 수집한 모든 데이터를 처리할 유클리드 지상 세그먼트 개발 및 구현을 책임진다.

데이터 처리에는 상당한 주의와 노력이 필요하며, ESA, 각국 기관 및 유클리드 컨소시엄은 알고리즘 개발, 소프트웨어 개발, 테스트 및 검증 절차, 데이터 아카이빙 및 데이터 분산 인프라 분야에서 최고 수준의 연구자 및 엔지니어 팀을 구성하기 위해 상당한 자원을 투자하고 있다. 유클리드 컨소시엄 국가에 분산된 총 9개의 과학 데이터 센터는 최소 6년에 걸쳐 170페타바이트 이상의 원시 입력 이미지들을 처리하여 과학계에 이미지, 카탈로그, 스펙트럼 등 세 가지 주요 공개 데이터를 제공할 것이다.[118]

넓은 하늘 범위와 수십억 개의 별들과 은하들의 카탈로그를 통해 수집된 데이터는 우주론 연구뿐만 아니라 다양한 천문학 분야에 활용될 가치가 높다. 이 데이터는 제임스 웹 우주망원경, 아타카마 대형 밀리미터 집합체는 물론 유럽 초대형 망원경, 30미터 망원경, 스퀘어 킬로미터 어레이 및 베라 C. 루빈 천문대와 같은 미래 임무에 풍부한 출처와 표적을 전 세계 천문학 커뮤니티에 제공할 것이다.[119]

4. 1. 관측 영역

유클리드는 최소 6년 동안 정규 임무를 수행하며, 약 15,000 deg2 (4.6 sr), 즉 하늘의 약 3분의 1을 관측하여 은하수에서 멀리 떨어진 외은하 하늘에 집중할 것이다.[2] 6년의 임무 기간 동안 하루에 약 100기가바이트의 압축된 데이터를 생성할 것이다.[34] 이 조사는 넓은 조사보다 5배 높은 신호 대 잡음비를 가지는 3개의 딥 필드에 대한 추가 관측으로 보완될 것이며, 이 딥 필드는 50 deg2 (15.2 msr)를 커버한다.[35] 이 세 필드는 임무 기간 동안 정기적으로 방문하여 망원경 및 기기 성능의 안정성을 모니터링하고, 우주에서 가장 멀리 떨어진 은하 및 퀘이사를 관측하여 과학 데이터를 생성하는 보정 필드로 사용될 것이다.[36] 두 개의 딥 필드는 기존 조사의 딥 필드와 겹칠 것이며,[37] 세 번째 딥 필드는 베라 C. 루빈 천문대의 LSST 딥 드릴링 필드 중 하나의 위치로 제안되었다.[38]

각 은하에 대해 충분한 정확도로 광도 적색편이를 측정하기 위해, 유클리드 임무는 광학 파장에서 수집된 최소 4개의 필터에서 얻은 추가적인 광도 데이터를 필요로 한다. 이 데이터는 임무의 전체 15,000 deg2를 커버하기 위해 북반구와 남반구에 위치한 지상 망원경으로부터 얻을 것이다.[39][40] 총 7개의 서로 다른 필터에서 각 은하에 대한 광도 정보가 수집될 것이며, 이는 460–2000 nm 전체 범위를 커버한다.[41]

유클리드는 약 100억 개의 천문학적 물체를 관측할 것이며, 이 중 10억 개는 약한 렌즈 효과(중력렌즈) (중력 전단 측정을 위해)에 사용될 것이다.[43] 이는 현재 지상 망원경을 사용하여 가능한 정확도보다 50배 더 정확하다. 유클리드는 은하 밀집도를 연구하기 위해 최소 3천만 개의 물체에 대한 분광 적색편이를 측정할 것이다.

유클리드가 6년간의 정규 임무 동안 관측할 영역

4. 2. 데이터 처리 및 활용

유클리드는 발사 후 30일 뒤, 태양-지구 라그랑주 점 L2[80]를 헤일로 궤도에서 약 1000000km 폭으로 공전하기 시작했다. 초기 이미지를 수신한 과학자들은 우주선 선체에 작은 틈이 있어 햇빛이 이미징 센서에 침투하여 이미지 품질이 저하되는 문제를 발견했다.[107] 연구팀은 우주선의 방향을 조정하여 문제를 해결했다.[108]

유클리드는 최소 6년 동안 은하 외 하늘(우리 은하로부터 바라보는 하늘)의 약 3분의 1에 해당하는 약 15,000도2 (4.6 sr)를 관측할 예정이다.[79] 6년 임무 기간 동안 하루에 약 100기가바이트의 압축 데이터를 생성할 예정이다.[109] 이 조사는 세 개의 심부 필드에 대한 추가 관측으로 보완될 것이며, 심부 필드는 50도2 (15.2msr)를 커버한다.[110] 세 개의 필드는 임무 기간 동안 정기적으로 방문하여 망원경과 장비의 성능 안정성을 모니터링하고 우주에서 가장 먼 은하들과 퀘이사들을 관측하여 과학 데이터를 생성한다.[111]

각 은하의 측광학적 적색편이를 충분한 정확도로 측정하기 위해 유클리드 임무는 광학 파장에서 최소 4개의 필터에서 얻은 추가 측광학적 데이터에 의존한다. 이 데이터는 북반구와 남반구 모두에 위치한 지상 기반 망원경에서 수집하여 전체 15,000km2를 커버한다.[112][113] 유클리드 임무의 각 은하는 전체 범위 460-2000nm를 포괄하는 최소 7가지 필터에서 광도 정보를 얻는다.[114]

유클리드는 약 100억 개의 천체를 관측할 예정이며, 이 중 10억 개는 약한 렌즈 효과(중력 전단 측정)에 사용되어[115] 현재 지상 망원경을 사용하는 것보다 50배 더 정확한 정밀도로 측정될 것이다. 유클리드는 은하 군집을 연구하기 위해 최소 3천만 개의 천체에 대한 분광 적색편이를 측정할 것이다.

이 방대한 데이터의 활용은 18개국(오스트리아, 벨기에, 덴마크, 핀란드, 프랑스, 독일, 이탈리아, 네덜란드, 노르웨이, 포르투갈, 루마니아, 스페인, 스위스, 영국, 캐나다, 미국, 일본) 100개 이상의 연구소에서 1200명 이상으로 구성된 유럽 주도 컨소시엄에 의해 수행된다.[116] 유클리드 컨소시엄은 유클리드 장비 페이로드의 건설과 위성에서 수집한 모든 데이터를 처리할 유클리드 지상 세그먼트의 개발 및 구현을 책임진다. 유클리드 컨소시엄에 기여하는 실험실은 국가 기여에 대한 프로그램적 책임이 있는 국가 우주 기관과 국가 연구 구조(연구 기관, 관측소, 대학)로부터 자금과 지원을 받는다. 전체적으로 유클리드 컨소시엄은 임무가 완료될 때까지 총 예산의 약 25%를 부담한다.[117]

데이터 처리에는 상당한 주의와 노력이 필요하며, ESA, 각국 기관 및 유클리드 컨소시엄은 알고리즘 개발, 소프트웨어 개발, 테스트 및 검증 절차, 데이터 아카이빙 및 데이터 분산 인프라 분야에서 최고 수준의 연구자 및 엔지니어 팀을 구성하기 위해 상당한 자원을 투자하고 있다. 유클리드 컨소시엄 국가에 분산된 총 9개의 과학 데이터 센터는 최소 6년에 걸쳐 170페타바이트 이상의 원시 입력 이미지들을 처리하여 과학계에 세 가지 주요 공개 데이터(이미지, 카탈로그, 스펙트럼)를 제공할 것이다.[118]

넓은 하늘 범위와 수십억 개의 별들과 은하들의 카탈로그를 통해 수집된 데이터는 우주론 연구뿐만 아니라 다양한 천문학 분야에 활용될 가치가 높다. 이 데이터는 제임스 웹 우주망원경과 아타카마 대형 밀리미터 집합체는 물론 유럽 초대형 망원경, 30미터 망원경, 스퀘어 킬로미터 어레이 및 베라 C. 루빈 천문대와 같은 미래 임무에 풍부한 출처와 표적을 전 세계 천문학 커뮤니티에 제공할 것이다.[119]

4. 2. 1. 국제 협력

NASA는 2013년 1월 24일 ESA와 임무 참여를 위한 양해 각서를 체결했다. NASA는 가시광선 대역의 카메라와 병행하여 작동하는 근적외선 대역 장비에 20개의 검출기를 제공했다. 계측기, 망원경 및 위성은 유럽에서 제작 및 운영될 예정이다. NASA는 또한 40명의 미국 과학자들을 유클리드 컨소시엄의 일원으로 임명했으며, 이 컨소시엄은 계기들을 개발하고 임무에서 생성된 데이터를 분석할 것이다. 현재 이 컨소시엄은 유럽 13개국 및 미국에서 1,000명 이상의 과학자들이 참여하고 있다.[102]

2015년에 유클리드는 수많은 기술 디자인들을 완료하고 주요 구성 요소들을 구축하고 테스트한 후, 예비 디자인 검토를 통과했다.[103]

2018년 12월, 유클리드는 중요 디자인 검토를 통과했으며, 이것은 전반적 우주선 디자인 및 임무 아키텍처 계획을 검증했고, 또한 최종 우주선 조립이 시작할 수 있게 되었다.[104]

2020년 7월, 두 개의 계측기들(가시광선 및 근적외선)은 우주선과의 통합을 위해 프랑스 툴루즈의 에어 버스에 전달되었다.[105]

러시아가 2022년 유클리드의 소유즈 계획 발사로부터 철수한 후, ESA는 스페이스X 팰컨 9 발사체에 재배정되었고, 이것은 2023년 7월 1일에 발사되었다.[90][106][88]

유클리드에서 얻을 수 있는 방대한 데이터 세트는 유럽을 중심으로 오스트리아, 벨기에, 덴마크, 핀란드, 프랑스, 독일, 이탈리아, 네덜란드, 노르웨이, 포르투갈, 루마니아, 스페인, 스위스, 영국, 캐나다, 미국, 일본의 17개국 100개 이상의 연구 기관, 1200명 이상의 연구자가 참여하는 컨소시엄에 의해 분석된다.[116]

4. 2. 2. 데이터 공개

유클리드는 최소 6년 동안 임무를 수행하며 약 15,000제곱도(deg2), 즉 하늘의 약 3분의 1에 해당하는 영역을 관측하여 은하수 바깥쪽의 외은하늘을 집중적으로 탐사할 예정이다.[2] 이 과정에서 하루에 약 100기가바이트의 압축된 데이터를 생성할 것으로 예상된다.[34]

유클리드의 관측 데이터는 우주론 연구뿐만 아니라 다양한 천문학 분야에 활용될 가치가 높다. 이 데이터는 제임스 웹 우주망원경, 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파 간섭계와 같은 현재 운영 중인 관측 시설뿐만 아니라, 유럽 초대형 망원경, 30미터 망원경, 스퀘어 킬로미터 어레이, 베라 C. 루빈 천문대와 같은 미래의 대규모 관측 임무를 위한 풍부한 관측 대상 및 자료를 제공할 것이다.[46]

유클리드 임무는 주요 관측 영역 외에도 세 개의 딥 필드(deep field)를 추가로 관측하여 신호 대 잡음비를 5배 향상시킬 계획이다. 이 딥 필드는 총 50제곱도(deg2) 면적을 차지하며, 임무 기간 동안 정기적으로 관측될 예정이다.[35] 딥 필드는 망원경 및 장비 성능의 안정성을 모니터링하고, 우주에서 가장 멀리 떨어진 은하와 퀘이사를 관측하여 과학적 데이터를 생성하는 데 사용되는 보정 필드 역할을 수행한다.[36]

각 은하의 광도 적색편이를 충분한 정확도로 측정하기 위해, 유클리드는 광학 파장에서 최소 4개의 필터로 얻은 추가적인 광도 데이터를 필요로 한다. 이 데이터는 북반구와 남반구에 위치한 지상 망원경으로부터 얻어지며, 임무의 전체 관측 영역인 15,000제곱도를 포괄한다.[39][40] 유클리드는 각 은하에 대해 460-2000nm 범위를 포괄하는 총 7개의 서로 다른 필터에서 광도 정보를 수집한다.[41]

유클리드는 약 100억 개의 천체를 관측할 예정이며, 그 중 10억 개는 약한 렌즈 효과(중력 렌즈)를 측정하는 데 사용될 것이다.[43] 이는 현재 지상 망원경을 사용하는 것보다 50배 더 정확한 측정값을 제공한다. 또한, 유클리드는 은하 밀집도 연구를 위해 최소 3천만 개의 천체에 대한 분광학적 적색편이를 측정할 것이다.

이 방대한 데이터 세트는 오스트리아, 벨기에, 덴마크, 핀란드, 프랑스, 독일, 이탈리아, 네덜란드, 노르웨이, 포르투갈, 루마니아, 스페인, 스위스, 영국, 캐나다, 미국, 일본 등 18개국 100개 이상의 연구소에 소속된 1,200명 이상의 연구자들이 활용할 것이다.[42] 유클리드 컨소시엄은 유클리드 장비 탑재체의 건설과 위성에서 수집한 모든 데이터를 처리할 지상 세그먼트의 개발 및 구현을 담당한다.[43]

데이터 처리에는 상당한 주의와 노력이 필요하며, ESA, 각국 기관 및 유클리드 컨소시엄은 알고리즘 개발, 소프트웨어 개발, 테스트 및 검증 절차, 데이터 아카이빙 및 데이터 분산 인프라 분야에서 최고 수준의 연구자 및 엔지니어 팀을 구성하였다. 유클리드 컨소시엄 국가에 분산된 총 9개의 과학 데이터 센터는 최소 6년에 걸쳐 170페타바이트 이상의 원시 입력 이미지들을 처리하여, 유클리드 임무의 과학 아카이브 시스템에서 세 가지 주요 공개 데이터(이미지, 카탈로그, 스펙트럼)를 제공할 것이다.[45][41]

5. 한국 천문학계에 미치는 영향

유클리드 망원경 프로젝트는 한국 천문학계에 암흑 물질 및 암흑 에너지 연구, 은하 진화 연구 등 다양한 분야에서 중요한 기여를 할 것으로 예상된다.

5. 1. 암흑 물질 및 암흑 에너지 연구

''유클리드 (우주 망원경)''은 적색편이 2까지의 우주 팽창과 우주 구조 형성의 역사를 탐구하여, 100억 년 전 과거를 관측하는 것과 같은 효과를 낼 것이다.[15] 은하의 형태와 해당 적색편이 사이의 연관성은 암흑 에너지가 우주의 가속 팽창에 어떻게 기여하는지 보여주는 데 도움이 될 것이다. 사용되는 방법은 중력 렌즈, 중입자 음향 진동 측정, 그리고 분광법에 의한 은하 거리 측정 현상을 이용한다.[16]

중력 렌즈 (또는 중력 전단)는 국소적으로 일반 상대성 이론의 시공간 곡률을 수정하는 물질의 존재로 인해 빛의 광선이 굴절되는 현상의 결과이다. 은하에서 방출되는 빛, 즉 관측된 이미지는 시선 방향에 있는 물질을 통과하면서 왜곡된다. 이 물질은 부분적으로 가시적인 은하로 구성되지만 대부분 암흑 물질이다. 이러한 왜곡을 측정함으로써 암흑 물질의 양을 추론할 수 있으며, 이는 우주에서 암흑 물질이 어떻게 분포하는지에 대한 이해를 돕는다.[17]

분광법적 측정을 통해 은하의 적색편이를 측정하고 허블의 법칙을 사용하여 거리를 결정할 수 있다. 이러한 방식으로 우주에서 은하의 3차원 분포를 재구성할 수 있다.[15]

이러한 데이터를 통해 암흑 물질과 은하의 분포에 관한 통계적 특성을 동시에 측정하고 우주선이 더 먼 과거를 관측함에 따라 이러한 특성이 어떻게 변화하는지 측정하는 것이 가능하다. 충분히 정확한 측정을 제공하려면 매우 정밀한 이미지가 필요하다. 센서에 내재된 모든 왜곡은 고려하고 보정해야 하며, 그렇지 않으면 결과 데이터의 사용이 제한될 것이다.[15]

유클리드는 적색 편이가 2까지의 다수의 은하를 관측하여 우주의 팽창과 우주 구조 형성의 역사를 정밀하게 조사한다. 이는 지난 100억 년의 역사를 되돌아보는 것에 해당한다.[55] 은하의 형태와 해당 은하의 적색 편이 간의 관계는 암흑 에너지가 우주 가속 증가에 어떻게 기여하는지 파악하는 데 도움이 된다. 실제 관측은 분광법으로 은하까지의 거리를 측정하고, 중력 렌즈 효과에 의한 은하 형태의 왜곡으로부터 암흑 물질의 분포를 파악하며, 중입자 음향 진동 측정을 통해 우주 팽창의 상세한 스케일을 밝혀내는 것으로 구성된다.

중력 렌즈는 일반 상대성 이론에 의해 유도되는 현상으로, 물질이 존재함으로써 시공간이 국소적으로 왜곡되어 그 물질 근처를 통과하는 빛의 진로가 꺾이는 현상이다. 은하에서 방출되는 빛(관측된 이미지)은 은하에서 관측자에 이르는 시선에 따라 분포하는 물질 근처를 통과하면서 왜곡된다. 빛을 왜곡시키는 물질의 일부는 다른 은하 또는 은하 간 물질 등의 바리온이지만, 대부분은 암흑 물질이다. 분광 관측으로 측정한 은하의 적색 편이와 촬영된 은하의 형태 왜곡을 통계 처리함으로써 시선상에 존재하는 암흑 물질의 분포를 추정할 수 있다. 이로써 암흑 물질과 은하의 분포에 관한 통계적 특성을 동시에 측정하고, 우주의 진화에 따라 이러한 특성이 어떻게 변화했는지를 측정할 수 있다.

5. 2. 은하 진화 연구

''유클리드 (우주 망원경)''은 적색 편이가 2까지의 다수의 은하를 관측하여 우주의 팽창과 우주 구조 형성의 역사를 정밀하게 조사한다. 이는 지난 100억 년의 역사를 되돌아보는 것에 해당한다.[55] 은하의 형태와 해당 은하의 적색 편이 간의 관계는 암흑 에너지가 우주 가속 팽창에 어떻게 기여하는지 파악하는 데 도움이 된다. 실제 관측은 분광법으로 은하까지의 거리를 측정하고, 중력 렌즈 효과에 의한 은하 형태의 왜곡으로부터 암흑 물질의 분포를 파악하며, 중입자 음향 진동 측정을 통해 우주 팽창의 상세한 스케일을 밝혀내는 것으로 구성된다.

중력 렌즈는 일반 상대성 이론에 의해 유도되는 현상으로, 물질이 존재함으로써 시공간이 국소적으로 왜곡되어 그 물질 근처를 통과하는 빛의 진로가 꺾이는 현상이다. 은하에서 방출되는 빛(관측된 이미지)은 은하에서 관측자에 이르는 시선에 따라 분포하는 물질 근처를 통과하면서 왜곡된다. 빛을 왜곡시키는 물질의 일부는 다른 은하 또는 은하 간 물질 등의 바리온이지만, 대부분은 암흑 물질이다. 분광 관측으로 측정한 은하의 적색 편이와 촬영된 은하의 형태 왜곡을 통계 처리함으로써 시선상에 존재하는 암흑 물질의 분포를 추정할 수 있다. 이로써 암흑 물질과 은하의 분포에 관한 통계적 특성을 동시에 측정하고, 우주의 진화에 따라 이러한 특성이 어떻게 변화했는지를 측정할 수 있다.[17]

분광법적 측정을 통해 은하의 적색편이를 측정하고 허블의 법칙을 사용하여 거리를 결정할 수 있다. 이러한 방식으로 우주에서 은하의 3차원 분포를 재구성할 수 있다.[15]

6. 갤러리

유클리드가 '스텝 앤 스태어' 방식을 사용하여 밤하늘을 스캔하며, 개별 측정을 결합하여 가시광선 및 근적외선에서 수행되는 가장 큰 우주론적 탐사를 형성한다.


2024년 10월 15일 유럽 우주국(ESA)의 유클리드 임무에 의해 공개된 모자이크 및 확대 이미지
[48]

6. 1. 말머리 성운

6. 2. 페르세우스자리 은하단

참조

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