우주배경 탐사선

3. COBE 탐사선

COBE는 1989년 11월 18일 델타 로켓으로 발사되어 우주 마이크로파 배경(CMB)의 비등방성을 정밀하게 측정, 초기 우주에 대한 중요한 정보를 제공한 우주 탐사선이다. 1994년 1월 과학적 임무가 종료된 후 월롭스 비행 시설(WFF)로 이관되어 시험 위성으로 활용되었다.^[5]

COBE는 이전의 IRAS 위성의 기술을 활용했지만, 계통 오차를 철저히 제어하고 측정해야 했기 때문에 엄격하고 통합적인 설계가 필요했다. COBE는 최소 6개월 이상 작동해야 했으며, 지구, 태양, 달은 물론 지상의 전파, COBE 자체, 다른 위성으로부터 발생하는 모든 방사 간섭을 최소화해야 했다.^[10] 또한, 관측 장비는 안정적인 온도를 유지하고 높은 이득을 유지해야 했으며, 미광(stray light)과 미립자로부터의 열 방출을 줄이기 위해 매우 높은 수준의 청결도를 유지해야 했다.

3. 1. 설계 특징

3. 2. 자세 제어

3. 3. 궤도

3. 4. 주요 부품

4. 과학적 성과

COBE는 DIRBE, FIRAS, DMR 세 가지 관측 장비를 통해 과학 임무를 수행했다. 이 장비들은 겹치는 파장 범위를 활용하여 측정의 일관성을 확인하고, 우리 은하, 태양계, 우주 마이크로파 배경으로부터의 신호를 구별했다.^[10]

COBE의 각 기기는 본래 목적뿐만 아니라 초기 예상 범위를 넘어서는 관측 결과를 도출하여 과학적 발견에 기여했다.

4. 1. 관측 장비

이들 관측 장비는 관측 파장대가 일부 겹치기 때문에, 관측 데이터의 모순 여부를 확인하고, 우리 은하계 및 태양계 신호와 우주 마이크로파 배경(CMB)을 구별하는 데 사용되었다.

4. 2. 주요 발견

4. 3. 추가적인 과학적 기여

5. 우주론적 함의

COBE의 결과는 해결되지 않은 수많은 우주론적 질문들을 남겼다. 은하 외 배경광(EBL)의 직접적인 측정은 별 생성, 금속 및 먼지 생성, 그리고 먼지에 의한 별빛의 적외선 방출로의 변환에 대한 통합된 우주론적 역사를 제한하는 중요한 단서를 제공할 수 있다.^[21]

DIRBE와 FIRAS의 140~5000 μm 결과를 통해 통합 EBL 강도가 ≈16 와트(nW)/(m²·sr)임을 감지할 수 있다. 이는 핵합성 중에 방출된 에너지와 일치하며, 우주의 역사 전반에 걸쳐 헬륨과 금속의 생성에 방출된 총 에너지의 약 20~50%를 차지한다. 핵원에만 기인할 때, 이 강도는 빅뱅 핵합성 분석으로 추정되는 중입자 질량 밀도의 5~15% 이상이 별에서 헬륨과 더 무거운 원소로 처리되었음을 의미한다.^[21]

별 생성에도 상당한 영향이 있었다. COBE 관측은 우주적 별 생성률에 대한 중요한 제약을 제공하며, 다양한 별 생성 역사를 위한 EBL 스펙트럼을 계산하는 데 도움이 된다. COBE에 의한 관측은 적색편이 ''z'' ≈ 1.5에서 별 생성률이 UV-광학 관측으로 추정되는 것보다 2배 더 커야 함을 요구한다. 이 과도한 별 에너지는 아직 감지되지 않은 먼지에 가려진 은하 또는 관측된 은하의 극도로 먼지가 많은 별 생성 지역의 거대 질량 별에 의해 주로 생성되어야 한다.^[21] 정확한 별 생성 역사는 COBE로 모호하게 해결될 수 없으며, 향후 추가 관측이 이루어져야 한다.

6. 후속 연구

COBE의 결과로 해결되지 않은 여러 우주론적 질문들이 남아있다. 은하 외 배경광(EBL)의 직접적인 측정은 별 생성, 금속 및 먼지 생성, 그리고 먼지에 의한 별빛의 적외선 방출로의 변환에 대한 통합된 우주론적 역사를 제한하는 중요한 단서를 제공할 수 있다.^[21]

DIRBE와 FIRAS의 140~5000 μm 결과를 통해 통합 EBL 강도가 ≈16nW/(m²·sr)임을 감지할 수 있다. 이는 핵합성 중에 방출된 에너지와 일치하며, 우주의 역사 전반에 걸쳐 헬륨과 금속의 생성에 방출된 총 에너지의 약 20~50%를 차지한다. 핵원에만 기인할 때, 이 강도는 빅뱅 핵합성 분석으로 추정되는 중입자 질량 밀도의 5~15% 이상이 별에서 헬륨과 더 무거운 원소로 처리되었음을 의미한다.^[21]

별 생성에도 상당한 영향이 있었다. COBE 관측은 우주적 별 생성률에 대한 중요한 제약을 제공하며, 다양한 별 생성 역사를 위한 EBL 스펙트럼을 계산하는 데 도움이 된다. COBE에 의한 관측은 적색편이 ''z'' ≈ 1.5에서 별 생성률이 UV-광학 관측으로 추정되는 것보다 2배 더 커야 함을 요구한다. 이 과도한 별 에너지는 아직 감지되지 않은 먼지에 가려진 은하 또는 관측된 은하의 극도로 먼지가 많은 별 생성 지역의 거대 질량 별에 의해 주로 생성되어야 한다.^[21] 정확한 별 생성 역사는 COBE로 모호하게 해결될 수 없으며, 향후 추가 관측이 이루어져야 한다.

2001년 6월 30일, NASA는 DMR 부책임 연구원 찰스 L. 베넷이 이끄는 COBE의 후속 임무를 시작했다. 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐사선은 COBE의 업적을 명확히 하고 확장했다. WMAP에 이어, 유럽 우주국의 탐사선인 플랑크는 배경의 매핑 해상도를 계속해서 높였다.^[22][23]

참조

_[1] 웹사이트 COBE Mission Design, Spacecraft and Orbit http://lambda.gsfc.n[...] Goddard Space Flight Center 2008-04-18
_[2] 웹사이트 Cosmic Background Explorer http://www.pddnet.co[...] Product Design & Development 2015-07-16
_[3] 웹사이트 Trajectory: COBE (1989-089A) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA 2021-10-28
_[4] 웹사이트 The Nobel Prize in Physics 2006 https://www.nobelpri[...] The Royal Swedish Academy of Sciences 2011-08-23
_[5] 웹사이트 Display: COBE (1989-089A) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA 2021-10-28
_[6] 서적 New Cosmic Horizons: Space Astronomy from the V2 to the Hubble Space Telescope Cambridge University Press 2000
_[7] 뉴스 COBE PICKS OUT PRIMORDIAL SEEDS AT LAST https://www.aip.org/[...] 2023-07-23
_[8] 뉴스 SCIENTISTS REPORT PROFOUND INSIGHT ON HOW TIME BEGAN https://www.nytimes.[...] 2023-07-23
_[9] 웹사이트 The Nobel Prize in Physics 2006 http://nobelprize.or[...] Nobel Foundation 2008-10-09
_[10] 간행물 The COBE Mission: Its Design and Performance Two Years after the launch 1992
_[11] 웹사이트 Experiment: Differential Microwave Radiometers (DMR) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA 2021-10-28
_[12] 웹사이트 Experiment: Diffuse Infrared Background Experiment (DIRBE) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA 2021-10-28
_[13] 웹사이트 Experiment: Far Infrared Absolute Spectrophotometer (FIRAS) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA 2021-10-28
_[14] 간행물 Fluctuations in the microwave background at intermediate angular scales http://articles.adsa[...] 2011-08-23
_[15] 간행물 Cosmological implication of a new measurement of the submillimeter background radiation http://articles.adsa[...] 2012-05-17
_[16] 간행물 Cosmic microwave background dipole spectrum measured by the COBE FIRAS instrument 1994
_[17] 웹사이트 Voyages to the Beginning of Time https://www.nasa.gov[...] NASA 2022-06-16
_[18] 간행물 Large-Scale Characteristics of Interstellar Dust from COBE DIRBE Observations 1994
_[19] 간행물 Near and far-infrared observations of interplanetary dust bands from the COBE Diffuse Infrared Background Experiment 1995
_[20] 간행물 The shape and color of the galactic disk 1996
_[21] 간행물 The COBE Diffuse Infrared Background Experiment search for the cosmic infrared background: IV. Cosmological Implications 1998
_[22] 웹사이트 Planck's Probe Map - A picture of the Universe http://dawn.com/2013[...] Spider Magazine 2013-05-28
_[23] 웹사이트 Planck's HFI Completes Its Survey of the Early Universe http://www.esa.int/O[...] ESA 2013-05-28