뉴 허라이즌스

1. 개요

뉴 허라이즌스는 미국 항공우주국(NASA)의 뉴 프런티어 계획의 일환으로, 명왕성과 그 위성을 탐사하기 위해 2006년에 발사된 무인 탐사선이다. 2015년 명왕성 근접 통과를 통해 명왕성과 카론의 지질 및 표면 조성을 연구하고, 대기 및 위성을 관측하는 등 과학적 성과를 거두었다. 이후 카이퍼 대 천체인 아로코트를 탐사했으며, 태양권 외곽 탐사를 계속 진행 중이다.

2. 역사

뉴 허라이즌스호는 NASA '뉴 프런티어 계획'의 첫 번째 임무로, 명왕성과 카이퍼 벨트 탐사를 목표로 했다. 이 탐사에는 2001년부터 2016년까지 최대 700 (약 80)의 비용이 소요될 것으로 예상되었다.

뉴 허라이즌스호는 발사 후 9시간 만에 달 궤도를 통과하고, 13개월 후 목성을 스윙바이하는 등 빠른 속도로 우주를 항해했다. 이는 탐사선 본체를 경량화하고, 강력한 아틀라스 V 로켓을 사용했기 때문이다. 아틀라스 V는 1단에 고체 로켓 부스터 AJ-60A 5기를 장착한 "551" 구성을 처음으로 사용한 발사 사례이다. 발사는 2006년 1월 11일(EST) 예정이었으나, 로켓 점검 및 악천후로 인해 연기되었다.

탐사선에는 성조기, 43만여 명의 이름이 적힌 CD-ROM, 최초의 민간 우주선 스페이스십원의 카본파이버 파편, 클라이드 톰보의 유해 등 특별한 물품들이 실렸다. 2014년에는 "New Horizons Message Initiative"가 결성되어 외계인을 향한 디지털 메시지를 공모하여 뉴 허라이즌스호에 전송하는 계획이 추진되었다.

태양에서 멀리 떨어진 곳에서 임무를 수행해야 했기 때문에 태양전지 대신 원자력 전지를 사용했다. 또한, 통신 속도 제한으로 인해 8GB 플래시 메모리에 데이터를 저장하고 장기간에 걸쳐 지구로 전송하는 방식을 택했다.

명왕성 궤도 통과 후, 뉴 허라이즌스호는 엣지워스-카이퍼 벨트 내 다른 천체 탐사를 계획했다. 스바루 망원경 등의 관측을 통해 아로코스가 다음 탐사 대상으로 선정되었다. 뉴 허라이즌스호는 2019년 1월 1일 아로코스에 접근하여 근접 탐사를 수행했으며, 아로코스는 붉은 눈사람 형태의 접촉 이중 소행성으로 밝혀졌다.

2.1. 배경

NASA의 '뉴 프런티어 계획'의 첫 번째 임무이다. '디스커버리 계획'보다는 규모가 크고 비용이 더 많이 들지만, '플래그십 계획'보다는 작고 적게 든다. 이 탐사의 비용은 15년(2001년 ~ 2016년)동안 최대 700가 소요된다. 초기에 제안된 명왕성 탐사 미션은 '플루토 카이퍼 익스프레스'였는데, 예산 문제로 2000년 NASA가 취소했다.

탐사선은 주로 SwRI (남서부 연구소)와 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소에서 제작되었다. 탐사의 주 책임자는 남서부 연구소의 앨런 스턴이다. 발사체로부터 분리 후 종합적인 통제는 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소(APL) MOC(Mission Operations Center)에서 한다.

탐사선에는 성조기, 인간 탐사를 기념하기 위해 디자인한 플로리다 25센트 동전, 다른 기념품, 434,738명의 이름이 들어 있는 CD, 최초 민간 우주선 스페이스십원의 기체 일부 조각이 들어있다. 그리고 발사 기념으로 명왕성을 처음으로 발견한 클라이드 톰보의 화장한 유골 일부가 들어있다.

원래 태양계에서 탐사하지 못한 행성에 가려고 했으나, 발사 후에 국제천문연맹이 새 행성 기준에 맞지 않는 명왕성을 왜소행성으로 강등시켰다. 앨런 스턴을 포함하여 뉴 허라이즌스 팀의 일부 멤버는 국제 천문 연맹의 새 행성 기준에 동의하지 않았다. 여전히 명왕성을 태양계 9번째 행성이라고 말하고 있다.

명왕성의 위성 닉스와 히드라는 이 탐사선과 관련성이 있다. 뉴 허라이즌스(New Horizons)의 머리글자와 닉스(Nix)와 히드라(Hydra)의 머리글자가 같기 때문이다. 명왕성의 위성을 발견한 사람은 이러한 이유로 뉴 허라이즌스라는 이름을 선택했다. 게다가 신화적으로 닉스와 히드라는 관계가 있다.

1992년 8월, JPL의 과학자 로버트 스테일은 명왕성 발견자인 클라이드 톰보에게 그의 행성을 방문할 허락을 요청했다. 톰보는 나중에 "그에게 환영한다고 말했죠. 하지만 엄청나게 길고 춥고 먼 여정이 될 거라고요."라고 회상했다. 이 전화는 결국 뉴 허라이즌스호에 이르는 일련의 명왕성 탐사 계획으로 이어졌다.

뉴 프런티어 프로그램 경쟁에 참가한 많은 참가자 중 한 명인 응용물리학연구소 우주 부문 책임자 스타마티오스 "톰" 크리미기스는 2000년 12월 앨런 스턴과 함께 뉴 허라이즌스호 팀을 구성했다. 프로젝트의 주임 연구원으로 임명된 스턴은 크리미기스에 의해 "명왕성 임무의 화신"으로 묘사되었다. 뉴 허라이즌스호는 스턴이 플루토 350 이후로 해 온 연구를 기반으로 했으며, 플루토 카이퍼 익스프레스의 대부분의 팀이 참여했다.

뉴 허라이즌스호 제안은 NASA에 공식적으로 제출된 다섯 개의 제안 중 하나였다. 이후 2001년 6월 3개월간의 개념 연구 대상이 될 두 개의 최종 후보 중 하나로 선정되었다. 다른 최종 후보인 POSSE(명왕성 및 외태양계 탐사선)는 콜로라도 볼더 대학교의 주임 연구원 래리 W. 에스포지토가 이끄는 별개이지만 유사한 명왕성 탐사 임무 개념으로, JPL, 록히드 마틴 및 캘리포니아 대학교의 지원을 받았다.

그러나 존스 홉킨스 대학교 APL은 고다드 우주비행센터와 스탠퍼드 대학교의 플루토 카이퍼 익스프레스 개발자들의 지원을 받았을 뿐만 아니라 유리한 위치에 있었다. 그들은 NASA를 위해 최근에 니어 슈메이커호를 개발했는데, 이는 그 해 초에 433 에로스의 궤도에 성공적으로 진입했고, 나중에는 소행성에 착륙하여 과학적 및 공학적 성공을 거두었다.

2001년 11월, 뉴 허라이즌스호는 뉴 프런티어 프로그램의 일환으로 공식적으로 자금 지원 대상으로 선정되었다. 그러나 부시 행정부가 임명한 새로운 NASA 국장 션 오키프는 뉴 허라이즌스호를 지지하지 않았고, 2003년 NASA 예산에 포함시키지 않음으로써 사실상 취소했다. NASA 과학 임무 이사회 부국장 에드 와일러는 뉴 허라이즌스호의 자금 조달을 위해 로비를 벌여 과학계의 의견을 반영한 우선 순위 "희망 목록"인 미국 국립연구위원회가 편찬한 행성 과학 10년 조사에 임무가 포함되기를 바랐다.

뉴 허라이즌스호에 대한 지지를 얻기 위한 집중적인 캠페인 이후, 2003-2013년 행성 과학 10년 조사가 2002년 여름에 발표되었다. 뉴 허라이즌스호는 중형 범주에서 과학계에서 가장 높은 우선 순위로 간주되는 프로젝트 목록에서 최상위에 올랐으며, 달 및 목성 탐사 임무보다 앞섰다. 와일러는 그 결과를 두고 "[그의] 행정부가 반대하지 않을 것이라는 결과"라고 말했다. 보고서 발표 후 마침내 임무에 대한 자금이 확보되었다. 스턴의 팀은 2006년 1월 발사와 2015년 명왕성 도착을 계획으로 우주선과 계측기를 건설하기 시작할 수 있었다. 앨리스 보우먼이 임무 운영 책임자(MOM)가 되었다.

뉴 호라이즌스호 발사 비용은 로켓 제작비, 시설 이용비, 장치 개발비, 그리고 임무 전체 인건비를 포함하여 약 700이다. 존스홉킨스 대학교 응용물리학 연구소의 임무 팀이 관제를 담당하고 있다.

지구에서 발사 당시 탐사선 본체의 질량은 추진제 77kg을 포함하여 465kg이었다. 본체를 경량화하여 발생한 로켓 추력 여유는 탐사선 항행 속도 향상에 사용되었다. 발사 직후 지구에 대한 속도는 약 16km/s를 초과했는데, 이는 역대 탐사선 중 최고 속도이다. 발사 후 9시간 만에 달의 궤도(지구로부터 약 38만 km)를 통과했고, 13개월 후 목성을 스윙바이했다. 달 궤도 및 목성까지의 소요 기간은 역사상 최단 기록이다.

태양계 외곽 천체 근방은 태양으로부터 멀리 떨어져 있어 빛이 약하기 때문에 태양전지를 사용할 수 없어 원자력 전지를 탑재했다. 또한, 명왕성 궤도로부터의 통신 속도는 약 800bps에 불과하기 때문에 64Gbit(8GB) 상당의 플래시 메모리를 탑재하여 명왕성 탐사에서 얻은 데이터는 메모리에 축적한 후 장기간에 걸쳐 지구로 송신한다.

임무 장비 외에도 성조기, 공모를 통해 모은 43만 명의 이름이 기록된 CD-ROM, 최초의 민간 우주선 스페이스십원의 기체 일부였던 카본파이버 파편, 명왕성을 발견한 클라이드 톰보의 유해가 탑재되었다. 유해 탑재는 발사 후 공표되었다. 또한, 2014년에는 "New Horizons Message Initiative"가 결성되었다. 인류로부터 외계인을 향한 디지털 메시지를 공모하여 모든 임무 완료 후 뉴 호라이즌스호에 전송하는 계획이다.

2.2. 개발

NASA의 '뉴 프런티어 계획'의 첫 번째 임무로, '디스커버리 계획'보다는 크고 '플래그십 계획'보다는 작은 규모이다. 탐사 비용은 15년(2001년 ~ 2016년) 동안 최대 700가 소요될 것으로 예상되었다. 초기 명왕성 탐사 계획인 '플루토 카이퍼 익스프레스'는 예산 문제로 2000년에 취소되었다.

탐사선은 주로 SwRI (남서부 연구소)와 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소에서 제작되었다. 주 책임자는 앨런 스턴이다. 발사 후 탐사선의 종합적인 통제는 응용 물리학 연구소 MOC(Mission Operations Center)에서 담당한다.

탐사선에는 성조기, 플로리다 25센트 동전, 434,738명의 이름이 들어 있는 CD, 스페이스십원의 기체 일부, 클라이드 톰보의 유골 일부 등 여러 기념품이 탑재되었다.

1992년 8월, JPL의 과학자 로버트 스테일은 클라이드 톰보에게 명왕성 방문 허락을 요청했고, 이는 뉴 허라이즌스호로 이어지는 명왕성 탐사 계획의 시작이 되었다.

2000년 12월, 스타마티오스 "톰" 크리미기스는 앨런 스턴과 함께 뉴 허라이즌스호 팀을 구성했다. 스턴은 "명왕성 임무의 화신"으로 묘사되었으며, 뉴 허라이즌스호는 스턴의 연구와 플루토 카이퍼 익스프레스 팀의 참여를 기반으로 했다.

뉴 허라이즌스호 제안은 NASA에 제출된 다섯 개의 제안 중 하나였으며, 2001년 6월 최종 후보로 선정되었다. 다른 후보는 래리 W. 에스포지토가 이끄는 POSSE였다. APL은 니어 슈메이커호 개발 경험을 바탕으로 유리한 위치에 있었다.

2001년 11월, 뉴 허라이즌스호는 뉴 프런티어 프로그램의 일환으로 공식 선정되었다. 그러나 부시 행정부의 NASA 국장 션 오키프는 뉴 허라이즌스호를 지지하지 않았고, 2003년 NASA 예산에서 제외하여 취소될 위기에 처했다. 에드 와일러는 과학계의 지지를 얻기 위해 노력했고, 미국 국립연구위원회의 행성 과학 10년 조사에 뉴 허라이즌스호가 포함되도록 했다.

2002년 여름, 2003-2013년 행성 과학 10년 조사에서 뉴 허라이즌스호는 중형 범주에서 가장 높은 우선 순위로 선정되었다. 와일러는 이 결과를 "행정부가 반대하지 않을 것"이라고 말했다. 보고서 발표 후 자금이 확보되었고, 스턴의 팀은 2006년 1월 발사와 2015년 명왕성 도착을 목표로 우주선과 계측기를 건설하기 시작했다. 앨리스 보우먼이 임무 운영 책임자(MOM)가 되었다.

뉴 호라이즌스호 발사 비용은 로켓 제작비, 시설 이용비, 장치 개발비, 임무 전체 인건비를 포함하여 약 700 (80)이다. 존스홉킨스 대학교 응용물리학 연구소의 임무 팀이 관제를 담당하고 있다.

지구에서 발사 당시 탐사선 본체의 질량은 추진제 77kg을 포함하여 465kg이었다. 본체 경량화로 확보된 로켓 추력 여유는 탐사선 항행 속도 향상에 사용되었다. 발사 직후 지구에 대한 속도는 약 16km/s로 역대 탐사선 중 최고 속도였다. 발사 후 9시간 만에 달 궤도를 통과했고, 13개월 후 목성을 스윙바이했다. 달 궤도 및 목성까지의 소요 기간은 역사상 최단 기록이다.

태양계 외곽 천체 근방은 태양으로부터 멀리 떨어져 있어 태양전지를 사용할 수 없어 원자력 전지를 탑재했다. 명왕성 궤도로부터의 통신 속도는 약 800bps에 불과하기 때문에 8GB 상당의 플래시 메모리를 탑재하여 명왕성 탐사에서 얻은 데이터를 메모리에 축적한 후 장기간에 걸쳐 지구로 송신한다.

임무 장비 외에도 성조기, 43만 명의 이름이 기록된 CD-ROM, 스페이스십원의 기체 일부였던 카본파이버 파편, 클라이드 톰보의 유해가 탑재되었다. 2014년에는 "New Horizons Message Initiative"가 결성되어 인류의 외계인을 향한 디지털 메시지를 공모하여 임무 완료 후 뉴 호라이즌스호에 전송하는 계획이다.

당초 발사는 2006년 1월 11일(EST) 예정이었지만, 로켓 본체 점검 및 악천후 등으로 여러 차례 연기되었다.

아틀라스 V는 1단에 고체 로켓 부스터 AJ-60A를 5기 장착한 "551" 구성을 이용한 첫 발사 사례이다.

다수의 부스터와 가벼운 페이로드 때문에, 2단의 센토르는 지구 중력권에서 벗어나 소행성대에 원일점을 가진 인공행성이 되었다. 최종 단계인 3단의 스타 48 로켓 모터는 명왕성 궤도 바깥쪽으로 날아가는 궤도에 진입했다.

명왕성 궤도 통과 후 뉴 호라이즌스호는 엣지워스-카이퍼 벨트 내 다른 태양계 외곽 천체를 탐사할 계획이었다. 스바루 망원경도 참여하여 탐색이 이루어졌고, 2015년 8월 28일 아로코스가 관측 후보로 선택되었다.

아로코스는 울티마 툴레라는 애칭이 붙여졌고, 뉴 호라이즌스호는 2019년 1월 1일에 최접근하여 근접 탐사를 실시했다. 이 천체는 붉은 눈사람과 같은 형태의 접촉 이중 소행성임이 확인되었다. 2019년 11월 8일 국제천문연맹(IAU) 소행성센터는 아로코스의 고유 명칭을 "아로코스"(Arrokoth)로 결정했다.

3. 탐사 일정

뉴 허라이즌스는 NASA의 뉴 프런티어스 계획의 일환으로, 2006년 1월 19일에 발사되어 2015년 7월 14일 명왕성을, 2019년 1월 1일에는 486958 아로코트를 성공적으로 근접 통과했다. 탐사선은 현재 태양을 기준으로 초당 13.85km의 속도로 궁수자리 방향으로 이동 중이며, 2021년 4월 15일에는 태양으로부터 50AU 거리에 도달한 다섯 번째 우주선이 되었다.

뉴 허라이즌스의 주요 탐사 일정은 다음과 같다.

뉴 허라이즌스는 계속 작동한다면 보이저처럼 태양권 외곽을 탐사할 계획이다. 태양권덮개와 태양권 계면을 지도로 제작할 가능성이 있으며, 태양권계면에는 2047년에 도착할 것으로 예상된다. 2038년 12월에는 탐사선이 100AU에 있을 것으로 예상된다.

3.1. 발사

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2006년 1월 19일 19시 00분경(UTC), 뉴 허라이즌스는 케이프커내버럴 공군 기지 발사대 41에서 성공적으로 발사되었다. 발사는 원래 2006년 1월 11일에 계획되었으나, 애틀러스 로켓의 등유 저장소 보스코프 검사를 위해 2006년 1월 17일로 연기되었다. 이후 강풍과 기술적 어려움, 낮은 구름 등으로 인해 3번 더 연기된 후 최종적으로 발사되었다.

뉴 허라이즌스는 발사 후 9시간 만에 달 궤도에 도달할 정도로 빨랐다. 이는 예비 발사 기회가 2006년 2월과 2007년 2월로 제한되어 있었기 때문이다. 2006년에 발사하지 못하면 목성을 통과하지 못해 명왕성까지 가는 데 2~4년 더 소요될 예정이었다.

탈출 속도를 높이기 위해 록히드 마틴 애틀러스 V-551에 3단 로켓과 ATK Star 48B 5개를 부착하여 발사했다. 3단을 탑재해서 발사한 것은 551버전에서 처음으로, 이륙 시 8.9MN가 넘는 추진력을 냈다.

센타우르 2단은 UTC 19시 30분에 재점화되어 탐사 궤도에 성공적으로 안착했다.

3.2. 목성 근접 통과

2006년 9월 4일, LORRI로 목성의 첫 사진을 촬영했다. 2007년 1월부터 목성에 대한 다양한 탐사가 시작되었고, 칼리스토의 적외선 사진과 목성의 흑백사진이 촬영되었다. 2007년 2월 28일 UTC 5시 43분 40초, 목성의 중력을 도움받아 2304537km에서 가장 가까이 근접했다. 이때 순간속도는 초속 22.85 km이다. 목성계에 있는 동안 초속 21~23 km 속도로 운행했다. 뉴 허라이즌스의 속도는 약 초속 4 km 증가했고, 명왕성으로 가는 시간이 약 3년 단축되었다. 2009년 12월, 초속 16km로 느려졌다. 1990년에 발사된 율리시스 이후로 목성으로 바로 가는 첫 번째 탐사선이다.

목성 탐사의 주요 목표 중 하나는 대기 상태를 관찰하고 구조와 구름의 성분을 분석하는 것이다. 목성 내부의 열에너지가 극지방에 번개를 치게 한다.

뉴 허라이즌스호는 2006년 9월 4일, 약 291000000km 거리에서 LORRI를 이용하여 목성의 첫 사진을 촬영했다. 2007년 1월, 칼리스토의 적외선 영상과 목성 자체의 흑백 영상 여러 장을 촬영하면서 보다 자세한 탐사가 시작되었다. 뉴 허라이즌스호는 목성으로부터 중력 도움을 받았으며, 2007년 2월 28일 05시 43분 40초 UTC에 목성으로부터 약 2300000km 지점에서 가장 근접했다. 이 근접비행은 뉴 허라이즌스호의 속도를 시속 약 14400km 증가시켜 태양에 대한 탐사선의 속도를 시속 약 82800km로 높였고, 명왕성까지의 여정을 3년 단축시켰다.

이 근접비행은 1월부터 6월까지 4개월간의 집중적인 관측 캠페인의 중심이었다. 끊임없이 변화하는 과학적 목표인 목성은 2003년 9월 갈릴레오호 임무 종료 이후 간헐적으로 관측되었다. 뉴 허라이즌스호의 장비는 특히 카메라 분야에서 최신 기술을 사용하여 제작되었기 때문에, 보이저호 카메라(이는 다시 수정된 마리너호 카메라)를 수정한 버전인 갈릴레오호의 카메라보다 상당한 발전을 이루었다. 이러한 사실은 목성에 대한 지식에 도움이 되었다. 목성 근접비행은 또한 명왕성 근접비행을 위한 시험 및 리허설 역할도 했다. 목성은 명왕성보다 지구에 훨씬 가까이 있기 때문에 통신 링크는 메모리 버퍼의 여러 로딩을 전송할 수 있었고, 따라서 이 임무는 목성계에서 명왕성에서 전송할 것으로 예상했던 것보다 더 많은 데이터를 반환했다.

목성 근접비행 중 주요 목표 중 하나는 대기 상태를 관찰하고 구름의 구조와 구성을 분석하는 것이었다. 극지방에서 열에 의해 발생하는 번개와 격렬한 폭풍 활동을 나타내는 "파동"이 관측되고 측정되었다. 지구 지름의 최대 70%에 달하는 작은 붉은 점이 처음으로 근접 촬영되었다. 뉴 허라이즌스호는 다양한 각도와 조명 조건에서 촬영하여 목성의 희미한 고리계에 대한 상세한 이미지를 얻었고, 고리 내부의 최근 충돌이나 다른 설명할 수 없는 현상으로 남은 잔해를 발견했다. 고리 내부에서 미발견 위성을 찾는 작업은 아무런 결과를 얻지 못했다. 목성의 자기권을 통과하면서 뉴 허라이즌스호는 귀중한 입자 판독 자료를 수집했다. 이오 위성에서 방출된 물질로 형성된 것으로 생각되는 플라스마의 "기포"가 자기꼬리에서 발견되었다.

목성의 네 개의 가장 큰 위성들은 관측하기에 불리한 위치에 있었다. 중력 도움 기동에 필요한 궤적 때문에 뉴 호라이즌스호는 갈릴레이 위성들로부터 수백만 킬로미터 떨어진 곳을 지나갔다. 그럼에도 불구하고, 뉴 허라이즌스호의 장비는 작고 어두운 표적을 위한 것이었기에, 크고 먼 위성들에 대해서도 과학적으로 유용한 데이터를 얻을 수 있었다. 관측의 초점은 목성의 가장 안쪽 갈릴레이 위성인 이오(Io)에 맞춰졌는데, 이오의 활화산은 수많은 물질을 목성의 자기권과 그 너머로 분출한다. 관측된 11번의 분출 중 3번은 처음 발견된 것이었다. 트바슈타르(Tvashtar Paterae)의 분출은 최대 330km 고도에 달했다. 이 사건은 과학자들에게 상승하는 플룸의 구조와 움직임, 그리고 이후 표면으로 다시 떨어지는 과정을 전례 없는 수준으로 관찰할 수 있는 기회를 제공했다. 또한 36개의 화산에서 나오는 적외선 신호가 감지되었다. 칼리스토 표면은 LEISA를 이용하여 분석되었으며, 조명과 관측 조건이 표면의 물 얼음에 대한 적외선 스펙트럼 판독에 어떤 영향을 미치는지 밝혀졌다. 아말테아와 같은 작은 위성들의 궤도 해법이 개선되었다. 카메라가 이들의 위치를 결정하여 "역 광학 항법" 역할을 했다.

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📌 열 고정 해제

뉴 호라이즌스호가 촬영한 목성의 위성들

3.3. 명왕성 근접 통과

뉴 허라이즌스는 2015년 7월 14일 11시 50분(UTC)에 명왕성에 약 12500km까지 접근했다. 최근접점에서 뉴 허라이즌스의 상대 속도는 13.78km/s였으며, 카론에는 28800km까지 접근했다.

명왕성 근접 통과 시 과학적 목표는 다음과 같았다.

* 주요 목표 (필수)
명왕성과 카론의 전 지구적 지질 및 형태 특성 분석
명왕성과 카론 표면의 화학적 구성 매핑
명왕성의 중성(비이온화) 대기와 그 탈출률 특성 분석
* 보조 목표 (기대)
명왕성 표면과 대기의 시간적 변동성 특성 분석
명왕성과 카론의 선택된 영역을 입체 사진으로 촬영
명왕성과 카론의 종단선(주야 경계선)을 고해상도로 매핑
명왕성과 카론의 선택된 영역의 화학적 구성을 고해상도로 매핑
명왕성의 전리층(대기 상층)과 태양풍과의 상호 작용 특성 분석
수소 분자, 탄화수소, 시안화수소 및 기타 니트릴과 같은 분자 중성종 탐색
카론 대기 탐색
명왕성과 카론의 전체 복사량 본드 반사율 결정
명왕성과 카론의 표면 온도 매핑
닉스, 히드라, 케르베로스, 스틱스의 추가 표면 매핑
* 3차 목표 (희망)
명왕성과 카론의 고에너지 입자 환경 특성 분석
명왕성과 카론의 질량, 반지름과 같은 벌크 매개변수 및 궤도 개선
추가 위성 및 고리 탐색

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최근접점 3.2일 전부터 시작된 장거리 촬영에는 명왕성과 카론의 40km 해상도 매핑이 포함되었으며, 이는 명왕성-카론계의 자전 주기의 절반에 해당하여 두 천체의 모든 면을 촬영할 수 있게 해주었다. 국지적인 눈보라나 표면 저온 화산 활동으로 인한 표면 변화를 조사하기 위해 하루에 두 번씩 근접 촬영을 반복했다. 명왕성의 기울기 때문에 북반구의 일부는 항상 그림자에 가려져 있었다.

근접 비행 중에는 LORRI가 픽셀당 50m의 해상도를 가진 이미지를, MVIC는 1.6km 해상도로 4색 전역 주간 지도를 얻을 것으로 예상되었다. LORRI와 MVIC는 겹치는 영역을 촬영하여 입체 영상을 만들었다. LEISA는 픽셀당 7km 해상도(전역), 픽셀당 0.6km 해상도(선택 지역)로 근적외선 초분광 지도를 얻었다.

Alice는 대기 분자의 방출(대기광)과 명왕성 뒤 배경 별의 밝기 감소(엄폐)를 통해 대기를 분석했다. SWAP과 PEPSSI는 고층 대기와 태양풍의 영향을 측정했고, VBSDC는 먼지를 탐색하여 유성체 충돌률과 고리 존재 여부를 추론했다. REX는 전파 과학 실험을 수행, 명왕성의 지름, 대기 밀도 및 구성을 측정했다.

카론에서 반사된 햇빛은 야간 관측을 가능하게 했다. 태양의 역광은 고리나 대기 연무를 탐색할 기회를 제공했으며, REX는 야간 측 복사 측정을 수행했다.

소형 위성들의 최고 공간 해상도는 닉스 330m, 히드라 780m, 케르베로스와 스틱스 약 1.8km였다.

초기 예측과 달리, 케르베로스는 작고(지름 19km) 반사율이 높은 표면을 가졌다. 이는 다른 작은 위성들처럼 깨끗한 물 얼음이 존재함을 시사한다.

뉴 허라이즌스호의 명왕성 최근접점은 2015년 7월 14일 11시 49분(UTC)이었으며, 표면으로부터 약 12500km, 중심으로부터 약 13658km 거리였다. 2015년 7월 15일 00시 52분 37초(UTC)에 탐사선의 무사 통과 및 상태 데이터가 지구에 도착했다. 탐사선은 22시간 동안 무선 침묵 상태였다.

뉴 허라이즌스 탐사는 NASA와 미국 국립과학원이 설정한 명왕성 관련 목표를 모두 달성, 여러 부분에서 초과 달성했다는 평가를 받았다.

3.4. 아로코트 근접 통과

뉴 허라이즌스는 2019년 1월 1일 카이퍼 대 천체 아로코트를 성공적으로 근접 통과했다.

2015년 8월 28일, 486958 아로코트(당시 2014 MU₆₉, 별칭 '울티마 툴레')가 근접비행 목표로 선정되었다. 2015년 10월 22일부터 11월 4일까지 네 번의 엔진 분사로 궤도를 수정했다. 근접비행은 2019년 1월 1일 00시 33분(UTC)에 이루어졌다.

이번 근접비행의 과학적 목표는 아로코스의 지질 및 형태를 특징짓고, 표면 구성(암모니아, 일산화탄소, 메탄, 수빙 탐색)을 매핑하는 것이었다. 위성, 코마, 고리 및 주변 환경도 탐색했다.

아로코스는 뉴 허라이즌스 발사 후 발견된 천체 중 최초로 근접비행 목표가 되었다. 뉴 허라이즌스는 아로코스에 약 3500km까지 접근했으며, 이는 명왕성 근접비행 때보다 세 배 가까운 거리이다. 픽셀당 최대 30m 해상도의 이미지가 예상되었다.

가장 가까운 접근은 2019년 1월 1일 05:33 (UTC)에 이루어졌으며, 당시 탐사선은 태양으로부터 떨어져 있었다. 이 거리에서 지구와 뉴 허라이즌스 간 무선 신호의 단방향 전송 시간은 6시간이었다. 탐사선이 디지털 기록 장치를 성공적으로 채웠다는 확인은 10시간 후인 15:29 (UTC)에 지구가 데이터를 수신하면서 이루어졌다.

탐사 후, 우선순위가 높은 예비 데이터가 2019년 1월 1일과 2일에 지구로 전송되었다. 1월 9일, 뉴 허라이즌스는 나머지 데이터를 지구로 보내기 위해 스핀 안정화 모드로 전환했다. 데이터 전송은 초당 1~2킬로비트 속도로 20개월이 걸릴 것으로 예상되었다.

3.5. 태양권 탐사

뉴 허라이즌스는 현재 태양을 기준으로 초당 13.85km/s 속도로 궁수자리 방향으로 이동하고 있다. 2021년 4월 15일에는 태양으로부터 50AU 거리에 도달한 다섯 번째 우주선이 되었으며, 이 거리에서 보이저 1호를 촬영했다.

2015년 7월 14일 명왕성을 성공적으로 통과한 후, 2019년 1월 1일에는 486958 아로코트를 근접 통과했다.

이후에도 계속 작동한다면 보이저처럼 태양권 외곽을 탐사할 계획이다. 태양권덮개와 태양권 계면을 지도로 제작할 가능성이 있으며, 태양권계면에는 2047년에 도착할 것으로 예상된다.

2021년 4월 30일 확장 탐사가 종료되었으며, 작동이 계속된다면 태양권 바깥을 탐사할 예정이다. 2029년에는 태양계를 벗어날 예정이며, 2038년 12월에는 탐사선이 100AU에 있을 것으로 예상된다.

뉴 허라이즌스 팀은 2021년까지 임무를 연장하여 추가적인 카이퍼 대 천체(KBOs)를 탐사할 것을 요청했고 승인받았다. 2016년 7월 1일에 자금이 확보되었다. 카이퍼 대 확장 임무(KEM) 기간 동안 우주선은 486958 아로코트의 근접 비행을 수행했으며, 24개 이상의 추가 천체에 대한 원거리 관측을 수행할 것이다.

2020년 4월, 뉴 허라이즌스는 지구의 망원경과 함께 근처의 별인 프록시마 켄타우리와 울프 359의 사진을 찍는 데 사용되었다. 64억km(40억 마일) 이상 떨어진 각 관측 지점에서 얻은 이미지를 비교하여 "쉽게 관측 가능한 연주 시차의 최초 시연"을 제작했다.

뉴 허라이즌스가 태양으로부터 42~45AU 떨어져 있을 때 LORRI 카메라로 촬영한 이미지를 사용하여 우주 광학 배경을 측정했다. 그 거리에서 뉴 허라이즌스는 내부 태양계의 황도광으로 인한 확산 배경 하늘 밝기가 없기 때문에 허블 우주 망원경보다 10배 더 어두운 하늘을 보았다.

이 우주선은 2021년 4월 17일 12시 42분 UTC에 50AU 거리에 도달했다. 뉴 허라이즌스가 2021년에 이 기록적인 지점에 도달했을 때, 보이저 1호는 태양으로부터 152AU 이상 떨어진 가장 먼 우주선이었다.

4. 탐사 장비

뉴 허라이즌스는 7개의 과학 장비를 탑재하고 있다. 광학 장비 3개, 플라스마 장비 2개, 먼지 센서 1개, 전파 과학 수신기/전파계 1개로 구성되어 있으며, 이들은 명왕성과 그 위성들의 지질, 표면 구성 및 온도, 대기압, 대기 온도, 대기 탈출률 등을 조사하는 데 사용된다. 모든 장비가 동시에 작동하는 것은 아니며, 정격 출력은 21W이다. 또한, 뉴 허라이즌스는 초고정밀 발진기(Ultrastable Oscillator) 하위 시스템을 갖추고 있어, 파이오니어 아노말리 연구 및 검증에 활용될 수 있다.

4.1. LORRI (Long Range Reconnaissance Imager)

장거리 정찰 이미저(LORRI)는 가시광선 파장에서 고해상도와 응답성을 위해 설계된 장초점 이미저이다. 208.3 mm 구경의 리치-크레티앙 반사경과 계측 구조는 탄화규소로 만들어져 강성을 높이고 무게를 줄이며 저온에서 휨을 방지한다. 광학 요소는 복합 재질의 광 차폐막과 티타늄 및 유리섬유 마운트에 장착되어 열 차단을 한다.

이 장비는 5 μrad(~1 arcsec)의 해상도를 제공하는 1024×1024 픽셀, 픽셀당 12비트의 단색 CCD 이미저를 갖추고 있다. CCD는 우주선의 태양 반대편에 있는 수동 방열기를 통해 영하 훨씬 아래로 냉각되며, 이러한 온도 차이 때문에 나머지 구조물로부터 단열 및 격리될 필요가 있다.

전체 질량은 8.6 kg이며, 광학 튜브 어셈블리(OTA)의 무게는 약 5.6 kg이다. 이것은 당시 비행한 가장 큰 탄화규소 망원경 중 하나였으나, 이후 허셜에 의해 기록이 깨졌다. 공개 웹사이트에서 볼 수 있도록 픽셀당 12비트의 LORRI 이미지는 픽셀당 8비트의 JPEG 이미지로 변환된다. 이러한 공개 이미지는 원시 LORRI 이미지 파일에서 얻을 수 있는 전체 다이나믹 레인지의 밝기 정보를 포함하지 않는다.

4.2. PERSI (Pluto Exploration Remote Sensing Investigation)

PERSI는 2개의 기기를 포함한다. 하나는 Ralph인데 카메라 (흑백, 컬러)이다. 또 하나는 Alice인데 명왕성 대기의 구성과 구조를 조사하는 '자외선 화상 스펙트럼 관측기'이다.

앨리스(Alice)는 뉴 허라이즌스의 플루토 탐사 원격 감지 조사(PERSI)를 구성하는 두 개의 사진 촬영 장비 중 하나인 자외선 이미징 분광계이다. 다른 하나는 랠프(Ralph) 망원경이다. 앨리스는 32개의 시야에서 50~180nm의 원거리 및 극자외선 영역에 걸쳐 1,024개의 파장대를 분석한다. 그 목표는 명왕성 대기의 구성 성분을 밝히는 것이다. 이 앨리스 장비는 유럽우주기구(ESA)의 로제타 우주 탐사선에 탑재된 또 다른 앨리스 장비에서 파생되었다. 이 장비는 무게가 4.4kg이고 4.4W의 전력을 소모한다. 주요 역할은 명왕성 대기에서 다양한 원소와 동위원소의 상대적 농도를 결정하는 것이다.

구경 75mm의 랄프 망원경은 다른 하나가 알리스 장비인 뉴 허라이즌스 명왕성 탐사 원격 감지 조사(PERSI)를 구성하는 두 가지 사진 장비 중 하나이다. 랄프는 광대역 및 컬러 채널이 있는 가시광선 CCD 이미저인 MVIC(다중분광 가시광선 이미징 카메라)와 근적외선 이미징 분광계인 LEISA(선형 에탈론 이미징 분광 배열)의 두 가지 별도의 채널을 가지고 있다. LEISA는 어스 어브저빙-1 우주선의 유사한 장비에서 파생되었다. 랄프는 "허니무너스"의 알리스의 남편의 이름을 따서 명명되었으며, 알리스를 본떠 설계되었다.

2017년 6월 23일, NASA는 2017년 1월 50세의 나이로 사망한 볼 에어로스페이스의 랄프 프로그램 매니저인 리사 하드어웨이를 기리기 위해 LEISA 장비의 이름을 "리사 하드어웨이 적외선 매핑 분광계"로 변경했다고 발표했다.

4.3. PAM (Plasma and high energy particle spectrometer suite)

PAM은 SWAP(Solar Wind at Pluto)과 PEPSSI(Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)라는 두 가지 기기로 구성된다. SWAP은 태양풍과 명왕성 대기의 상호작용을 조사하고, PEPSSI는 명왕성에서 우주 공간으로 빠져나가는 대기 물질을 측정하는 입자선 관측기이다.

SWAP은 뉴 허라이즌스 탐사선에 탑재된 플라스마 및 고에너지 입자 분광계(PAM)를 구성하는 토로이드형 정전 분석기이자 감속 전위 분석기(RPA)이다. 최대 6.5 keV의 입자를 측정하며, 명왕성의 거리에서 희박한 태양풍 때문에 지금까지 비행한 어떤 장비보다도 가장 큰 구경으로 설계되었다.

PEPSSI는 뉴 허라이즌스의 플라스마 및 고에너지 입자 분광계 장비(PAM)를 구성하는 비행시간형 이온 및 전자 센서이다. SWAP이 최대 6.5 keV의 입자를 측정하는 것과 달리, PEPSSI는 최대 1 MeV까지 측정한다. PEPSSI 센서는 명왕성 주변의 대전 입자의 질량, 에너지 및 분포를 측정하도록 설계되었으며, 양성자, 전자 및 기타 중이온을 구분할 수도 있다.

4.4. REX (Radio Science Experiment)

REX (Radio Science Experiment)는 탐사기의 통신 시스템과 일체형 실험 장치이다. 명왕성과 카론 대기의 온도, 압력, 밀도를 측정한다. 탐사기의 미세한 궤도 변화를 측정하여 명왕성과 카론의 질량을 구한다. 또한, 명왕성과 카론에 의한 지구의 식(지구에서 오는 전파가 차단되는 현상) 시각을 측정하여 명왕성과 카론의 정확한 크기를 알 수 있다.

REX는 초고정밀 크리스털 발진기(소형 오븐에 장착된 교정된 크리스털)와 추가적인 전자 장비를 사용하여 통신 채널을 이용한 무선 과학 연구를 수행했다. 이 장비들은 단일 카드에 장착될 만큼 작다. 두 개의 중복 통신 하위 시스템이 있기 때문에 두 개의 동일한 REX 회로 기판이 있다.

Radio Science Experiment^영어의 주요 연구원은 렌 타일러와 이반 린스콧으로, 스탠퍼드 대학교 소속이다.

4.5. VBSDC (Venetia Burney Student Dust Counter)

콜로라도 볼더 대학교 학생들이 제작한 베네티아 버니 학생 먼지 계수기(VBSDC)는 먼지 측정을 위해 주기적으로 작동한다. 이 장치는 우주선 태양 반대편(충돌 방향)에 약 18x 크기의 검출기 패널이 있고, 우주선 내부에 전자 장치 상자가 있다. 검출기에는 14개의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 패널(과학용 12개, 기준 패널 2개)이 있으며, 충돌 시 전압을 생성한다. 유효 수집 면적은 0.125m²이다. 천왕성 궤도 너머에서 작동한 먼지 계수기는 없었으며, 특히 카이퍼 벨트를 포함한 외태양계의 먼지에 대한 모델은 추측에 불과하다. VBSDC는 항상 켜져 있으며, 행성 간 및 성간 먼지 입자(나노그램 및 피코그램 범위)가 뉴 호라이즌스 우주선에 장착된 PVDF 패널과 충돌할 때 그 질량을 측정한다. 측정된 데이터는 태양계 먼지 스펙트럼 이해에 크게 기여할 것으로 예상된다. 이후 먼지 스펙트럼을 다른 별의 관측 결과와 비교하여 지구와 같은 행성을 우주 어디에서 찾을 수 있는지에 대한 새로운 단서를 얻을 수 있다. 이 먼지 계수기는 11세 때 "플루토"라는 이름을 처음 제안한 베네티아 버니의 이름을 따서 명명되었다. VBSDC에 관한 13분짜리 단편 영화는 2006년 학생 업적 부문 에미상을 수상했다.

5. 과학적 성과

뉴 허라이즌스는 7개의 과학 장비를 탑재하고 있다. 광학 장비 3개, 플라스마 장비 2개, 먼지 센서 1개, 그리고 전파 과학 수신기/전파계 1개이다. 이 장비들은 명왕성과 그 위성들의 전 지구적 지질, 표면 구성, 표면 온도, 대기압, 대기 온도, 그리고 대기 탈출률을 조사하는 데 사용된다. 정격 출력은 21와트(W)이지만 모든 장비가 동시에 작동하는 것은 아니다. 또한 뉴 허라이즌스는 초고정밀 발진기(Ultrastable Oscillator) 하위 시스템을 가지고 있으며, 이는 우주선의 수명이 다할 무렵 파이오니어 아노말리를 연구하고 검증하는 데 사용될 수 있다.

* 장거리 정찰 이미저 (LORRI, Long-Range Reconnaissance Imager)

장거리 정찰 이미저(LORRI)는 가시광선 파장에서 고해상도와 응답성을 위해 설계된 장초점 이미저이다. 이 장비는 5 μrad(~1 arcsec)의 해상도를 제공하는 1024×1024 픽셀, 픽셀당 12비트의 단색 CCD 이미저를 갖추고 있다. CCD는 우주선의 태양 반대편에 있는 수동 방열기를 통해 영하 훨씬 아래로 냉각된다. 208.3 mm 구경의 리치-크레티앙 반사경과 계측 구조는 탄화규소로 만들어졌다. 전체 질량은 8.6 kg이며, 광학 튜브 어셈블리(OTA)의 무게는 약 5.6 kg이다. 이것은 당시 비행한 가장 큰 탄화규소 망원경 중 하나였다.

* 명왕성 주변 태양풍 (SWAP, Solar Wind Around Pluto)

명왕성 주변 태양풍(SWAP)은 뉴 호라이즌스 탐사선에 탑재된 플라스마 및 고에너지 입자 분광계(PAM)를 구성하는 장비 중 하나이다. SWAP은 최대 6.5 keV의 입자를 측정하며, 명왕성의 거리에서 희박한 태양풍 때문에 이 장비는 지금까지 비행한 어떤 장비보다도 가장 큰 구경으로 설계되었다.

* 명왕성 고에너지 입자 분광계 과학 조사 (PEPSSI, Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)

명왕성 고에너지 입자 분광계 과학 조사(PEPSSI)는 뉴 허라이즌스(New Horizons)의 플라스마 및 고에너지 입자 분광계 장비(PAM)를 구성하는 장비 중 하나이다. 비행시간형 이온 및 전자 센서이며, 최대 1 MeV까지 측정한다. PEPSSI 센서는 명왕성 주변의 대전 입자의 질량, 에너지 및 분포를 측정하도록 설계되었으며, 양성자, 전자 및 기타 중이온을 구분할 수 있다.

* 앨리스 (Alice)

앨리스(Alice)는 뉴 허라이즌스의 플루토 탐사 원격 감지 조사(PERSI)를 구성하는 사진 촬영 장비 중 하나인 자외선 이미징 분광계이다. 앨리스는 32개의 시야에서 50~180nm의 원거리 및 극자외선 영역에 걸쳐 1,024개의 파장대를 분석한다. 그 목표는 명왕성 대기의 구성 성분을 밝히는 것이다. 이 앨리스 장비는 유럽우주기구(ESA)의 로제타 우주 탐사선에 탑재된 또 다른 앨리스 장비에서 파생되었다. 이 장비는 무게가 4.4kg이고 4.4와트의 전력을 소모한다. 주요 역할은 명왕성 대기에서 다양한 원소와 동위원소의 상대적 농도를 결정하는 것이다.

2018년 8월, NASA는 뉴 허라이즌스 우주선의 앨리스 장비의 결과를 바탕으로, 1992년 보이저 우주선 두 대에 의해 처음 감지된 태양계 외곽의 "수소 벽"을 확인했다.

* 랄프 (Ralph)

구경 75mm의 랄프 망원경은 뉴 호라이즌스 명왕성 탐사 원격 감지 조사(PERSI)를 구성하는 사진 장비 중 하나이다. 랄프는 광대역 및 컬러 채널이 있는 가시광선 CCD 이미저인 MVIC(다중분광 가시광선 이미징 카메라)와 근적외선 이미징 분광계인 LEISA(선형 에탈론 이미징 분광 배열)의 두 가지 별도의 채널을 가지고 있다. LEISA는 어스 어브저빙-1 우주선의 유사한 장비에서 파생되었다.

* 베네티아 버니 학생 먼지 계수기 (VBSDC, Venetia Burney Student Dust Counter)

콜로라도 볼더 대학교 학생들이 제작한 베네티아 버니 학생 먼지 계수기(VBSDC)는 주기적으로 작동하여 먼지 측정을 수행한다. 이 장치는 약 460mm 크기의 검출기 패널이 우주선의 태양 반대편(충돌 방향)에 장착되어 있으며, 우주선 내부에는 전자 장치 상자가 있다. 검출기에는 14개의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 패널이 있으며, 이 패널들은 충돌 시 전압을 생성한다. 유효 수집 면적은 0.125m²이다. VBSDC는 항상 켜져 있으며, 행성 간 및 성간 먼지 입자(나노그램 및 피코그램 범위)가 뉴 호라이즌스 우주선에 장착된 PVDF 패널과 충돌할 때 그 질량을 측정한다.

* 무선 과학 실험 (REX, Radio Science EXperiment)

무선 과학 실험(REX)은 초고정밀 크리스털 발진기와 추가적인 전자 장비를 사용하여 통신 채널을 이용한 무선 과학 연구를 수행했다.

뉴 허라이즌스는 목성을 스윙바이하면서 과학적 성과를 얻기도 했다. 2007년 2월 28일 05시 43분 40초 UTC에 목성으로부터 약 2300000km 지점에서 가장 근접했으며, 이로 인해 뉴 허라이즌스호의 속도가 시속 약 14400km 증가했다. 목성 근접비행은 1월부터 6월까지 4개월간의 집중적인 관측 캠페인의 중심이었으며, 대기 상태를 관찰하고 구름의 구조와 구성을 분석했다. 극지방에서 열에 의해 발생하는 번개와 격렬한 폭풍 활동을 나타내는 "파동"이 관측되고 측정되었으며, 작은 붉은 점이 처음으로 근접 촬영되었다. 또한, 목성의 희미한 고리계에 대한 상세한 이미지를 얻었고, 고리 내부의 최근 충돌이나 다른 설명할 수 없는 현상으로 남은 잔해를 발견했다. 고리 내부에서 미발견 위성을 찾는 작업은 아무런 결과를 얻지 못했다. 목성의 자기권을 통과하면서 뉴 허라이즌스호는 귀중한 입자 판독 자료를 수집했으며, 이오 위성에서 방출된 물질로 형성된 것으로 생각되는 플라스마의 "기포"가 자기꼬리에서 발견되었다.

5.1. 명왕성

이 임무의 목표는 명왕성계, 카이퍼 벨트의 형성과 초기 태양계의 변화를 이해하는 것이다. 탐사선은 명왕성과 그 위성들의 대기, 표면, 내부 및 환경에 대한 데이터를 수집했다. 또한 카이퍼 벨트의 다른 천체들도 연구할 것이다. "비교하자면, 뉴 허라이즌스는 명왕성에서 마리너 계획(Mariner program)이 화성(Red Planet)에서 수집한 데이터보다 5,000배나 많은 데이터를 수집했다."

이 임무가 답하려고 시도하는 몇 가지 질문은 다음과 같다. 명왕성의 대기는 무엇으로 이루어져 있으며 어떻게 작용하는가? 명왕성의 표면은 어떻게 생겼는가? 거대한 지질 구조물이 있는가? 태양풍 입자가 명왕성의 대기와 어떻게 상호 작용하는가?

구체적으로, 이 임무의 과학적 목표는 다음과 같다.

* 명왕성과 카론의 표면 구성 매핑
* 명왕성과 카론의 지질 및 형태 특징 규명
* 명왕성의 대기와 그 탈출률 특징 규명
* 카론 주변 대기 탐색
* 명왕성과 카론의 표면 온도 매핑
* 명왕성 주변 고리와 추가 위성 탐색
* 하나 이상의 카이퍼 벨트 천체에 대한 유사한 조사 수행

뉴 허라이즌스 탐사의 과학적 목표는 세 가지 우선순위로 분류되었다. "주요 목표"는 반드시 달성해야 했다. "보조 목표"는 달성하는 것이 기대되었지만 필수는 아니었다. "3차 목표"는 달성하기를 바라는 목표였다. 이러한 목표는 상위 목표 달성을 위해 생략될 수 있었다. 우주선에 자력계를 포함하는 데 드는 질량과 비용 때문에 명왕성의 자기장을 측정하는 목표는 삭제되었다. 대신 SWAP 및 PEPSSI가 명왕성 주변의 자기장을 간접적으로 탐지할 수 있었다.

* 주요 목표 (필수)
명왕성과 카론의 전 지구적 지질 및 형태 특성 분석
명왕성과 카론 표면의 화학적 구성 매핑
명왕성의 중성(비이온화) 대기와 그 탈출률 특성 분석
* 보조 목표 (기대)
명왕성 표면과 대기의 시간적 변동성 특성 분석
명왕성과 카론의 선택된 영역을 입체 사진으로 촬영
명왕성과 카론의 종단선(주야 경계선)을 고해상도로 매핑
명왕성과 카론의 선택된 영역의 화학적 구성을 고해상도로 매핑
명왕성의 전리층(대기 상층)과 태양풍과의 상호 작용 특성 분석
수소 분자, 탄화수소, 시안화수소 및 기타 니트릴과 같은 분자 중성종 탐색
카론 대기 탐색
명왕성과 카론의 전체 복사량 본드 반사율 결정
명왕성과 카론의 표면 온도 매핑
가장 바깥쪽 위성인 닉스, 히드라, 케르베로스, 스틱스의 추가 표면 매핑
* 3차 목표 (희망)
명왕성과 카론의 고에너지 입자 환경 특성 분석
명왕성과 카론의 질량, 반지름과 같은 벌크 매개변수 및 궤도 개선
추가 위성 및 고리 탐색

"명왕성계에 대한 뉴 허라이즌스의 근접비행은 완전히 성공적이었으며, NASA와 미국 국립과학원이 설정한 명왕성 관련 목표를 달성하고 여러 경우에는 초과 달성했습니다."

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뉴호라이즌스호는 2015년 7월 14일 11시 50분 UTC에 명왕성에 약 12500km까지 접근했다. 최근접점에서 뉴호라이즌스호의 상대 속도는 13.78km/s였으며, 카론에는 28800km까지 접근했다. 최근접점 3.2일 전부터 시작된 장거리 촬영에는 명왕성과 카론의 40km 해상도 매핑이 포함되었다. 이는 명왕성-카론계의 자전 주기의 절반에 해당하며, 두 천체의 모든 면을 촬영할 수 있게 해주었다. 국지적인 눈보라나 표면 저온 화산 활동으로 인한 표면 변화를 조사하기 위해 하루에 두 번씩 근접 촬영을 반복했다. 명왕성의 기울기 때문에 북반구의 일부는 항상 그림자에 가려져 있었다. 근접 비행 중에 엔지니어들은 최근접 거리가 약 12500km일 경우 LORRI가 픽셀당 50m의 해상도를 가진 선택된 이미지를 얻을 수 있을 것으로 예상했으며, MVIC는 1.6km 해상도로 4색 전역 주간 지도를 얻을 것으로 예상했다. LORRI와 MVIC는 각각의 영역을 겹쳐 입체 영상을 만들려고 시도했다. LEISA는 전역적으로 픽셀당 7km 해상도, 선택된 지역에서는 픽셀당 0.6km 해상도로 근적외선 초분광 지도를 얻었다.

한편, Alice는 대기 분자의 방출(대기광), 그리고 명왕성 뒤를 지나는 배경 별의 밝기 감소(엄폐)를 통해 대기를 특징 지었다. 최근접점 동안과 이후에 SWAP과 PEPSSI는 고층 대기와 태양풍에 대한 영향을 샘플링했다. VBSDC는 먼지를 탐색하여 유성체 충돌률과 보이지 않는 고리를 추론했다. REX는 능동 및 수동 전파 과학을 수행했다. 지구의 통신 안테나는 탐사선이 명왕성 뒤를 지날 때 전파 엄폐 신호의 사라짐과 다시 나타남을 측정했다. 그 결과 명왕성의 지름(시간 측정을 통해)과 대기 밀도 및 구성(약화와 강화 패턴을 통해)이 밝혀졌다. (Alice는 전파 신호 대신 태양광을 사용하여 유사한 엄폐 현상을 수행할 수 있다.) 이전 임무에서는 우주선이 대기를 통과하여 지구로 신호를 전송했다("다운링크"). 명왕성의 질량과 질량 분포는 우주선에 대한 중력적인 당김으로 평가되었다. 우주선이 속도가 빨라지고 느려짐에 따라 무선 신호는 도플러 편이를 나타냈다. 도플러 편이는 통신 전자 장비의 초안정 발진기와 비교하여 측정되었다.

카론에서 반사된 햇빛은 야간 측의 일부 영상 관측을 허용했다. 태양의 역광은 고리나 대기 연무를 강조할 수 있는 기회를 제공했다. REX는 야간 측의 복사 측정을 수행했다.

뉴 허라이즌스의 명왕성 탐사 관련 주요 사건들은 다음과 같다.

5.2. 카론

뉴 허라이즌스는 2015년 7월 14일 11시 50분(UTC)에 카론에 28800km까지 접근했다. 최근접점에서 뉴 허라이즌스의 상대 속도는 13.78km/s였다. 최근접점 3.2일 전부터 시작된 장거리 촬영에는 명왕성과 카론의 40km 해상도 매핑이 포함되었으며, 이는 명왕성-카론계의 자전 주기의 절반에 해당하여 두 천체의 모든 면을 촬영할 수 있게 해주었다. 국지적인 눈보라나 표면 저온 화산 활동으로 인한 표면 변화를 조사하기 위해 하루에 두 번씩 근접 촬영을 반복했다.

근접 비행 중 엔지니어들은 LORRI가 픽셀당 50m의 해상도를 가진 선택된 이미지를, MVIC는 1.6km 해상도로 4색 전역 주간 지도를 얻을 수 있을 것으로 예상했다. LORRI와 MVIC는 각각의 영역을 겹쳐 입체 영상을 만들려고 시도했다. LEISA는 전역적으로 픽셀당 7km 해상도, 선택된 지역에서는 픽셀당 0.6km 해상도로 근적외선 초분광 지도를 얻었다.

뉴 허라이즌스 탐사의 주요 목표 중 하나는 명왕성과 카론의 전 지구적 지질 및 형태 특성을 분석하고, 표면의 화학적 구성을 매핑하는 것이었다. 보조 목표에는 명왕성과 카론의 종단선(주야 경계선)을 고해상도로 매핑하고, 선택된 영역의 화학적 구성을 고해상도로 매핑하는 것이 포함되었다. 또한 카론 대기 탐색과 표면 온도 매핑도 목표에 포함되었다.

카론에서 반사된 햇빛은 야간 측의 일부 영상 관측을 허용했다. 태양의 역광은 고리나 대기 연무를 강조할 수 있는 기회를 제공했다. REX는 야간 측의 복사 측정을 수행했다.

2015년 7월 14일, 뉴 허라이즌스는 명왕성을 플라이바이(근접 통과)하면서 위성 카론도 촬영했다. 최접근 시 거리는 13695km였으며, 카론 공전 궤도 안쪽을 통과했다. 당시 속도는 14km/s였다.

5.3. 닉스, 히드라, 케르베로스, 스틱스

뉴 허라이즌스는 닉스, 히드라, 케르베로스, 스틱스 등 소형 위성들에 대해 다음과 같은 최고 공간 해상도로 촬영했다.

* 닉스: 픽셀당 330m
* 히드라: 픽셀당 780m
* 케르베로스, 스틱스: 픽셀당 약 1.8km

초기에는 케르베로스가 크고 질량이 큰 천체이며 어두운 표면으로 인해 반사율이 낮을 것으로 예상되었다. 그러나 2015년 7월 14일 뉴 허라이즌스호가 촬영하고 10월에 지구로 전송된 이미지를 통해 케르베로스는 지름 19km의 더 작은 크기에 반사율이 높은 표면을 가지고 있음이 밝혀졌다. 이는 다른 명왕성의 작은 위성들과 마찬가지로 비교적 깨끗한 물 얼음이 존재함을 시사한다.

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5.4. 아로코트

이번 근접비행의 과학적 목표는 아로코스의 지질 및 형태를 분석하고, 표면 구성(암모니아, 일산화탄소, 메탄 및 수빙 탐색)을 매핑하는 것이었다. 위성, 코마, 고리 및 주변 환경도 탐색했다. 추가 목표는 다음과 같다.

* 표면 지질 매핑을 통해 형성 및 진화 과정 이해
* 표면 온도 측정
* 3차원 표면 지형 및 표면 구성 매핑을 통해 67P/추류모프-게라시멘코와 같은 혜성 및 명왕성과 같은 왜소행성과의 유사점과 차이점 파악
* 구름과 같은 코마 활동 징후 탐색
* 위성이나 고리 탐색 및 연구
* 질량 측정 또는 제한

다음은 아로코스 탐사와 관련된 주요 사건들이다.

* 2018년 3월 13일: NASA는 관측 대상에 대해 "울티마 툴레"(Ultima Thule)라는 별명을 제안했다. (정식 명칭은 후에 "아로코스"로 결정)
* 2019년 1월 1일: 아로코스에 3500km 거리로 최근접하여 관측을 실시했다.
* 2020년 11월경: 약 20개월에 걸쳐 아로코스의 관측 데이터를 전송했다.
* 이후 새로운 관측 대상을 검토 중이다.
* 최종적으로는 태양계를 벗어난다.