히파르코스 (인공위성)

3. 위성 및 탑재체

히파르코스 위성은 29cm 구경의 단일 전반사, 편심 슈미트 망원경을 탑재했다. 특수 빔 결합 거울은 58° 간격으로 떨어진 두 개의 시야를 공통 초점면에 중첩시켰는데, 이 거울은 직사각형 입구 동공의 절반을 각각 차지하고 약 1° × 1°의 비네팅되지 않은 시야를 제공하는 두 개의 반대 방향으로 기울어진 거울로 구성되었다.^[5] 망원경 초점면에는 2688개의 투명 및 불투명 밴드를 번갈아 가며 1.208 초각(8.2 마이크로미터)의 주기를 갖는 그리드 시스템이 사용되었다.^[5] 이 그리드 시스템 뒤에는 약 38 초각 직경의 민감한 시야를 가진 이미지 분해기 튜브(광전자 증배관 유형 감지기)가 별에서 나오는 빛을 변조하여 일련의 광자 카운트(1200 Hz)로 변환, 별 펄스 열의 위상을 유도했다. 결합된 시야에서 두 별 사이의 겉보기 각도는 그리드 주기를 modulo한 값으로 두 별 펄스 열의 위상차로부터 얻었다.^[5]

추가적인 광전자 증배관 시스템은 광학 경로의 빔 분할기를 관찰하고 별 지도기로 사용되었다. 이는 위성 자세를 모니터링하고 결정하는 데 사용되었으며, 그 과정에서 약 11등급까지 모든 별의 광도 및 측성 데이터를 수집했다. 이 측정은 (존슨) UBV 광도 시스템에서 B와 V에 대략 해당하는 두 개의 넓은 대역에서 이루어졌다. 이 별들의 위치는 주 임무 별보다 25배 작은 0.03 초각의 정밀도로 결정될 예정이었다.^[5]

4. 관측 원리

히파르코스 위성은 우주 공간에서 관측을 수행하여 천문 시상, 대기, 기기 중력 굴곡 및 열 변형의 영향을 최소화하거나 제거했다.^[7] 전천 가시성을 통해 하늘 전체에서 관측된 별들을 직접 연결할 수 있었다.

58° 간격의 두 관측 방향으로 하늘의 서로 다른 부분에서 거의 즉각적인 1차원 관측을 가능하게 했다. 이는 상대적인 것이 아닌 절대적인 시차 결정을 가능하게 했다. 위성의 지속적인 황도 기반 스캔으로 관측 시간을 최적으로 활용하였으며, 그 결과 균일한 하늘 밀도와 측량 정확도를 가진 목록을 제공했다.

5. 데이터 처리 및 기준 좌표계

주요 임무 결과를 위한 데이터 분석은 NDAC와 FAST라는 두 개의 독립적인 과학 팀이 수행했다. 이들은 약 1000Gbit의 위성 데이터를 분석하여 포괄적인 상호 검증 및 유효성 검사 시스템을 구축했다.^[10]

하늘에서 기기 좌표로의 변환을 매핑하기 위해 상세한 광학 보정 모델이 사용되었다. 지구와 위성의 궤도를 고려하여 관측 시점마다 관측자의 위치를 정확하게 계산했으며, 이는 지구 궤도력과 정확한 위성 거리 측정을 통해 이루어졌다. 특수 상대성 이론에 의한 별의 수차 보정과 일반 상대성 이론에 의한 광선 굴절 보정(황도면에 90°에서 4 밀리 초각)도 수행되었다. 일반 상대성적 광선 굴절 보정에는 PPN 형식(PPN formalism)에서 γ=1이라고 결정론적으로 가정했다.^[10]

위성 관측을 통해 얻은 고정된 좌표계는 외부 은하 천체에 연결된 관성 좌표계로 변환되었다. 이를 위해 3C 273 퀘이사를 제외하고 외부 은하 천체의 직접적인 관측이 없었기 때문에, 다양한 파장의 측량을 ''히파르코스'' 별과 직접적으로 연관시키고, 카탈로그의 고유 운동이 가능한 한 운동학적으로 회전하지 않도록 했다. 세 개의 강체 회전 각도와 세 개의 시간 의존적 회전율을 결정하여, 관성, 외부 은하, 좌표계에 대한 정확하지만 간접적인 연결이 이루어졌다.^[10]

6. 항성 목록

1997년 히파르코스 위성의 관측 결과를 바탕으로 히파르코스 목록과 티코 목록이 출판되었다.^[16] 히파르코스 목록은 약 118,000개의 별에 대한 정밀한 위치, 연주시차, 고유 운동 정보를 담고 있으며, 평균 정밀도는 0.001 초각 수준이다. 티코 목록은 약 100만 개 이상의 별에 대한 위치와 2색(B 및 V 밴드) 광도 측정값을 제공한다.^[15] 이후, 티코 목록은 더 많은 별의 데이터를 포함하는 티코-2 목록(약 250만 개)으로 확장되었다.^[17]

최종 히파르코스 목록은 두 분석(NDAC 및 FAST 컨소시엄)을 비교하고 병합하여 만들어졌으며, 전체 하늘에서 제곱도당 평균 3개 정도의 별에 해당하는 118,218개의 항목(별 또는 다중성)을 포함한다.^[12] 다섯 개의 측성 매개변수(Hp<9 등급)의 정밀도는 원래 목표를 초과했으며, 0.6~1.0 mas 사이이다. 약 20,000개의 거리는 10% 이내로, 50,000개는 20% 이내로 결정되었다. 추론된 외부 오차 대 표준 오차의 비율은 ≈1.0–1.2이며, 추정된 체계적 오차는 0.1 mas 미만이다. 23,882개의 이중성 또는 다중성이 해결되었거나 의심된다.^[13]

히파르코스 및 티코-1 목록은 밀레니엄 스타 아틀라스를 만드는 데 사용되었다. 이 아틀라스는 시각 등급 11까지의 100만 개의 별과 약 10,000개의 비별 객체를 포함한다.^[18]

모든 목록 데이터는 스트라스부르 천문 데이터 센터에서 온라인으로 이용할 수 있다.

6. 1. 쌍성 및 다중성

쌍성의 궤도 주기가 길어 짧은(3년) 측정 기간 동안 광도 중심의 비선형 운동이 미미했다면, 별의 이중성 특성은 히파르코스 위성에 의해 인식되지 못했을 수 있다. 그러나 지상에서 장기간 관측된 고유 운동과 히파르코스 위성의 고유 운동을 비교하여 불일치를 확인할 수 있었다. 고차 광도 중심 운동은 7 파라미터 또는 9 파라미터 모델 적합으로 나타낼 수 있으며, 일반적으로 적합한 적합도가 얻어질 때까지 이러한 모델의 복잡성을 향상시킬 수 있었다. 7개의 요소를 필요로 하는 완전한 궤도는 45개 시스템에 대해 결정되었다. 1년에 가까운 궤도 주기는 시차와 퇴화되어 두 값 모두에 대한 신뢰할 수 없는 해를 초래할 수 있다. 삼중성 또는 고차 시스템은 데이터 처리에 추가적인 과제를 제공했다.^[1]

6. 2. 광도 측정

6. 3. 시선 속도

7. 과학적 성과

''히파르코스''의 결과는 천문학 연구의 매우 광범위한 범위에 영향을 미쳤다. 주요 성과는 다음과 같다.

• 정확한 기준 틀 제공: 슈미트 판, 자오선환, 100년 된 천측도 등 과거 측성학적 측정을 일관되고 엄격하게 재검토하여 고정밀, 장기 고유 운동을 가진 조밀한 기준 프레임워크(타이코-2 목록)를 산출했다. 이는 미국 해군 천문대의 UCAC2 목록, 슬론 디지털 스카이 서베이, 2MASS와 같은 최근 조사의 측성 데이터를 개선하는 데 사용되었다. 또한, 중력 렌즈 현상 측정, 이중 및 다중 별의 감지 및 특성화에도 활용되었다.
• 별의 구조 및 별의 진화 제약 조건: 10만 개 별의 정확한 거리와 광도는 별의 내부 회전, 원소 확산, 대류 운동 및 별 지진학 연구에 중요한 데이터를 제공했다. 이론적 모델 및 기타 데이터와 결합하여 광범위한 진화 상태를 포괄하는 많은 별의 진화 질량, 반경 및 연령을 산출하는 데 기여했다.
• 은하 운동학과 역학: 균일하고 정확한 거리와 고유 운동은 별 운동학에 대한 이해와 태양계 인근의 역학적 구조에 대한 발전을 가져왔다. 이는 성단, 연관 및 이동 그룹의 존재와 진화, 은하 중앙 막대 및 나선 팔로 인한 공명 운동, 은하 회전 곡선을 설명하는 매개변수 결정, 원반과 헤일로 모집단의 식별, 헤일로 부착의 증거, 도주성 별, 구상 성단 등의 공간 운동 측정에 활용되었다.

7. 1. 플레이아데스 성단 거리 논쟁

7. 2. 북극성 거리 논쟁

7. 3. 히파르코스-가이아

8. 참여 인물

9. 후속 계획

히파르코스 위성의 임무가 성공적으로 수행된 이후, 더 정밀한 천체 관측을 위한 후속 계획이 추진되었다.

참조

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_[5] 웹사이트 The Hipparcos and Tycho Catalogues https://www.cosmos.e[...] ESA
_[6] 논문 Hipparcos, The Input Catalogue https://articles.ads[...] Universidad Nacional Autonoma de Mexico 1987
_[7] 서적 Astronomical Applications of Astrometry: Ten Years of Exploitation of the Hipparcos Satellite Data https://assets.cambr[...] Cambridge University Press 2008-12-01
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