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OST (우주망원경)

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목차

1. 개요

Origins Space Telescope (OST)는 NASA가 개발 중인 우주 망원경으로, 중적외선에서 원적외선 영역을 관측하여 우주의 기원과 진화, 외계 행성 및 생명체 탐색, 태양계 연구를 목표로 한다. 제임스 웹 우주 망원경과 비교하여 더 낮은 파장대의 빛을 감지하며, 허셜 우주 관측소보다 감도가 향상되고 각분해능이 높아질 것으로 예상된다. OST는 2035년 발사를 목표로 하고 있으며, 극저온 냉각 시스템, 차광판, 다양한 과학 장비를 갖출 예정이다.

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OST (우주망원경)
기본 정보
거울과 초점면 기기의 초기 설계
거울과 초점면 기기의 초기 설계
임무 유형우주 망원경
운영 기관미국 항공우주국
웹사이트Origins Space Telescope 웹사이트
프로그램대형 전략 과학 임무
임무 정보
발사 예정일2035년 (제안)
발사 로켓미정
발사 장소미정
궤도태양-지구 L2
망원경 정보
파장원적외선
망원경 이름Origins
OST
유형우주 망원경
구경8~15m
기타
이전 임무없음
다음 임무없음

2. 역사와 제작 배경

2016년, 미국 항공 우주국(NASA)은 플래그쉽 프로그램의 일환으로 대규모 전략 과학 임무를 위한 4가지 우주 망원경 후보에 대한 검토를 시작했다.[32][6][17] 이 후보들은 생명 가능한 외계 행성 영상화 임무(HabEx), 대형 자외선 가시광선 적외선 관측기(LUVOIR), 오리진스 우주 망원경(OST), 그리고 린스 X선 관측소(Lynx X-ray Observatory)였다.[6][17] 이에 따라 OST의 개발과 연구가 시작되었다.[32]

2019년, 4개의 임무 팀은 미국 국립 과학 아카데미에 최종 보고서를 제출했다.[6][17] 국립 과학 아카데미의 독립적인 천문학 및 천체물리학 10개년 조사 보고서는 이 보고서들을 바탕으로 NASA에 어떤 임무를 최우선으로 추진해야 할지 조언하게 된다. 만약 OST가 최종 선정되어 자금 지원을 받게 된다면, 대략 2035년경에 발사될 것으로 예상된다.[6][17]

3. 과학 목표

오리진스 우주 망원경(Origins Space Telescope, OST)은 중적외선에서 원적외선 영역을 관측하여 우주의 기원과 진화, 생명체의 기원 등 근본적인 과학적 질문에 답하기 위해 제안된 우주 망원경이다.[3] 이는 근적외선과 중적외선을 주로 관측하는 제임스 웹 우주 망원경과는 다른 관측 영역을 담당하며, 이전의 원적외선 망원경인 허셜 우주 관측소보다 감도는 100배에서 1000배, 각분해능은 최소 4배 더 향상시키는 것을 목표로 삼았다.[3][8][19] 이러한 성능 향상을 통해 이전에는 관측할 수 없었던 우주의 모습을 탐구하고자 한다.

이러한 야심찬 과학 목표를 달성하기 위해, OST는 9.1m(개념 1) 또는 5.9m(개념 2)의 대형 구경을 갖추고, 망원경 광학 장치는 약 4,000, 검출기는 약 50mK이라는 극저온 상태로 냉각되어 운영될 예정이다.[8][9]

OST 임무의 구체적인 과학 목표는 워킹 그룹의 논의를 통해 설정되었으며, 이는 망원경의 기술적 요구 사항을 결정하는 기초가 되었다. OST는 우주의 새벽부터 은하와 블랙홀의 형성 및 진화, 별과 행성의 탄생, 외계 행성에서의 생명체 존재 가능성 탐색, 그리고 우리 태양계의 이해에 이르기까지 광범위한 주제를 다룬다.[19][8] 예를 들어, 성간 물질에서 원시 행성계 원반을 거쳐 행성으로 물이 전달되는 과정을 추적하거나, 외계 행성의 대기에서 생명의 존재를 암시하는 생물지표를 찾는 연구 등이 포함된다.[8] 이러한 다양한 과학 목표들은 하위 섹션에서 더 자세히 설명된다.

OST는 2016년 NASA가 차세대 대규모 전략 과학 임무(Large Strategic Science Mission)로 고려했던 4개의 우주 망원경 후보 중 하나였다. 다른 후보로는 거주 가능 외계 행성 이미징 미션(HabEx), 대형 자외선 가시광선 적외선 망원경(LUVOIR), 링크스 X선 천문대가 있었다.[17] 2019년 각 팀의 최종 보고서를 바탕으로 미국 국립 과학 아카데미의 천문학 및 천체물리학 10년 단위 조사(Decadal Survey) 보고서에서 임무 우선순위를 정하게 되며, 만약 OST가 최종 선정되어 예산을 확보한다면 2035년경 발사될 것으로 예상된다.[17]

3. 1. 우주의 기원과 진화

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오리진스 우주 망원경(Origins Space Telescope, OST)은 근적외선에서 중적외선 영역을 주로 관측하는 제임스 웹 우주 망원경과 달리, 중적외선에서 원적외선 영역을 관측하도록 구상되었다. 이는 이전의 원적외선 망원경인 허셜 우주 관측소보다 감도를 크게 높이고, 각분해능은 최소 4배 더 높이는 것을 목표로 한다.[3][19]

이 망원경 개발의 핵심은 주요 과학적 목표를 설정하고 이를 통해 기술적 요구 사항을 구체화하는 것이다. 워킹 그룹은 OST가 탐구할 주요 과학 주제들을 다음과 같이 제시했다. 이 주제들은 우주의 기원과 진화 과정을 이해하는 데 중요한 질문들에 답하는 것을 목표로 한다.

3. 2. 외계 행성과 생명체 탐색

오리진스 우주 망원경(OST)은 3.3–25 μm 파장 범위에서 외계 행성 관측을 목표로 한다.[8][23] 특히, 생명체 거주 가능 온도(약 300,000)를 가진 작고 따뜻한 행성의 대기에서 온도를 측정하고, 생명의 기본적인 화학적 성분을 탐색하며 대기 조성을 밝히는 데 중점을 둔다.[8][23]

이를 위해 통과 분광법과 직접적인 코로나그래프 영상을 결합한 방법을 사용한다.[8][23] 주요하게 관측할 대기 성분으로는 질소의 존재를 알려주는 암모니아( ), 중요한 생물학적 지표인 9 μm 파장의 오존( ), 주요 온실 가스인 15 μm 파장의 이산화탄소( ) 밴드, 그리고 다양한 파장대에서 나타나는 물(H2O) 스펙트럼 밴드 등이 있다.[8][23]

또한, OST는 성간 매질에서 원시 행성계 원반을 거쳐 지구에 이르기까지 얼음과 기체 상태의 물이 어떻게 이동하는지를 연구하여, 생명체가 살 수 있는 행성에 필요한 물의 양과 이용 가능성을 이해하는 것을 목표로 한다.[8][20] 태양계 내에서는 혜성의 중수소/수소 비율을 추적하여, 초기 지구에 물을 공급하는 데 혜성이 어떤 역할을 했는지 밝힐 계획이다.[8][20]

이러한 관측을 수행할 분광기는 가장 먼 은하, 우리 은하계, 외계 행성 및 태양계 외곽 지역을 발견하고 그 특징을 규명하는 3차원 우주 조사를 가능하게 할 것이다.[8][24]

3. 3. 태양계 연구

오리진스 우주 망원경의 주요 과학 연구 주제 중 하나는 태양계이다. 이 망원경은 성간 매질에서 원시 행성계 원반의 내부 영역, 성간 구름, 원시 행성계 원반을 거쳐 지구에 이르기까지 얼음과 가스 형태의 물 수송 과정을 연구할 계획이다. 이를 통해 생명체가 거주 가능한 행성에 필요한 물이 얼마나 풍부하고 어떻게 이용 가능해지는지를 이해하는 것을 목표로 한다.[20] 특히 태양계 내에서는 혜성의 중수소/수소 비율과 분자 유전 정보를 추적하여, 초기 지구에 물을 공급하는 데 혜성이 어떤 역할을 했는지 밝히고자 한다.[20]

4. 망원경의 특징



오리진스 우주 망원경은 제임스 웹 우주 망원경이 주로 관측하는 근적외선 및 중적외선 영역과 달리, 중적외선에서 원적외선 영역을 관측하도록 설계되었다.[3][19] 이는 이전의 원적외선 망원경인 허셜 우주 관측소보다 감도를 100배에서 1,000배,[8][20] 각분해능은 최소 4배 향상시키는 것을 목표로 한다.[3][19] 망원경의 구경은 9.1m(개념 1) 또는 5.9m(개념 2)로 계획되었으며,[8][9][21][22] 중적외선에서 원적외선 파장 범위에서 천체측량 및 천체물리학 연구를 수행할 예정이다.

이 임무 개발의 핵심은 주요 과학적 목표를 달성하기 위한 기술적 요구 사항을 정의하는 것이었으며, 워킹 그룹은 다음과 같은 기본 과학 주제를 설정했다.[3]



특히 3.3–25 μm 파장 범위에서 외계 행성 관측에 중점을 두며,[8][23] 거주 가능 온도(약 300,000)를 가진 작고 따뜻한 행성의 대기 온도를 측정하고, 생명의 기본적인 화학 성분과 대기 조성을 탐색하는 것을 목표로 한다.[8][23] 이를 위해 통과 분광법과 직접적인 코로나그래프 영상 기법을 함께 사용할 계획이다.[8][23] 주요 관측 대상 대기 성분으로는 암모니아(NH4, 질소의 독특한 추적자), 9 μm 오존 선(오존, O3, 주요 생물학적 지표), 15 μm CO2 밴드(이산화탄소, 중요한 온실 가스), 그리고 많은 물(H2O) 파장 대역의 스펙트럼 밴드가 포함된다.[8][23]

탑재될 분광기는 가장 먼 은하, 은하수, 외계 행성 및 태양계 바깥 범위를 발견하고 특징짓는 하늘의 3D 조사를 가능하게 한다.[8][24]

4. 1. 주경 및 부경

주경은 지름 8m에서 15m 정도의 크기로, 관측 대상의 모습을 선명하게 포착하는 것이 주된 목적이다.

부경은 주경이 모아 반사시킨 빛을 다시 카메라 등의 관측 장비로 보내는 역할을 담당한다.

4. 2. 극저온 냉각 시스템

오리진스 우주 망원경은 검출기를 약 50 mK, 망원경 광학 장치를 약 4 K으로 능동적으로 냉각하기 위한 극저온 냉각 시스템이 필요하다.[8][20]

4. 3. 차광판

적외선 관측은 온도 변화에 민감하여 관측 결과에 영향을 받기 쉽다. 차광판은 이러한 온도 영향을 차단하여 우주망원경이 정확한 관측을 수행할 수 있도록 돕는 역할을 한다.

5. 과학 장비



오리진스 우주 망원경(OST)은 목표 천체를 선명하게 관측하기 위한 주경(직경 8m~15m 목표), 주경이 반사한 빛을 모아 카메라로 보내는 부경, 그리고 적외선 관측 시 온도 영향을 최소화하여 정확도를 높이는 차광판 등으로 구성될 예정이다.

OST는 구경 9.1m(개념 1) 또는 5.9m(개념 2) 크기의 망원경을 이용하여 중적외선 및 원적외선 영역에서 천문학 및 천체물리학 연구를 수행하는 것을 목표로 한다.[21][22] 이를 위해 검출기는 약 50mK, 망원경 광학계는 약 4,000까지 냉각시키는 극저온 시스템이 필요하며, 이를 통해 기존 허셜 우주 관측소와 같은 원적외선 망원경보다 100배에서 1,000배 향상된 감도를 달성할 것으로 기대된다.[20][19] 또한, 각 분해능 역시 최소 1만 배 향상시키는 것을 목표로 한다.[19]

이러한 성능을 바탕으로 OST 임무 개발은 다음과 같은 핵심 과학 목표들을 탐구하기 위한 기술적 요구 사항을 확립하는 데 중점을 둔다.[19]



이러한 과학 임무를 수행하기 위해, 최종 보고서에서는 3개의 필수 과학 장비와 1개의 선택적 장비(up-scope)를 제안하고 있다.[10][8][1][25][26][27] 각 장비에 대한 자세한 설명은 아래 하위 문서를 참고할 수 있다.

# 원적외선 영상 편광계

# 외계 행성 통과 분광법을 위한 중적외선 기기

# 광시야 저해상도 또는 단일 빔 고해상도 기능을 갖춘 다목적 원적외선 분광기

# (선택 사항) 매우 고해상도 헤테로다인 분광기

5. 1. 원적외선 영상 편광계

OST 최종 보고서에 따르면, 망원경에 필요한 주요 기기 중 하나로 원적외선 영상 편광계(또는 원적외선 이미징 편광계)가 제안되었다.[10][8][1][25][26][27]

5. 2. 외계 행성 통과 분광기

OST는 3.3–25 μm 파장 범위에서 외계 행성 관측을 목표로 하며, 특히 거주 가능 온도(약 300,000)를 가진 작고 따뜻한 행성의 대기에서 온도와 생명의 기본적인 화학 성분을 측정하고 대기 조성을 탐색할 계획이다.[8] 이를 위해 통과 분광법과 직접적인 코로나그래피 영상 기법을 함께 사용할 예정이다.[8]

주요 탐색 대상으로는 암모니아(NH4, 질소의 독특한 추적자), 9 μm 오존 선(오존, O3은 주요 생물학적 지표), 15 μm 이산화탄소(CO2는 중요한 온실 가스), 그리고 많은 물 파장 대역의 스펙트럼 밴드가 포함된다.[8]

OST에 탑재될 주요 기기 중 하나로 '외계 행성 통과 분광법을 위한 중적외선 기기'가 계획되어 있다.[10][8][1][25][26][27]

5. 3. 다목적 원적외선 분광기

OST 최종 보고서에 따르면, 임무 수행에 필요한 3가지 핵심 기기 중 하나로 다목적 원적외선 분광기가 제안되었다.[10][8][1][25][26][27] 이 분광기는 넓은 시야각에서 낮은 해상도로 관측하거나, 단일 빔을 이용해 높은 해상도로 관측하는 기능을 갖추도록 계획되었다.[8][1][26][27]

5. 4. 고해상도 헤테로다인 분광기

OST 최종 보고서[25]에 따르면, 관측 임무 수행을 위해 3개의 필수 기기와 1개의 선택적 기기(업스코프, up-scope)가 필요하다.[26][27] 그 목록은 다음과 같다.

# 원적외선 이미징 편광계

# 외계 행성 통과 분광법을 위한 중적외선 기기

# 넓은 시야 저해상도 또는 단일 빔 고해상도 기능을 갖춘 다목적 원적외선 분광기

# 매우 고해상도의 헤테로다인 분광계

6. 발사 계획

OST(우주망원경)는 2035년에 발사될 예정이다. 세부적인 발사 계획은 추후 확정될 예정이다.

7. 개발 참여 기관


  • NASA
  • JPL
  • GSFC
  • Caltech

참조

[1] 간행물 Preparing for the 2020 Decadal Survey Large Mission Concepts https://smd-prod.s3.[...] Paul Hertz, NASA
[2] 논문 Origins space telescope: from first light to life https://link.springe[...] 2021
[3] 간행물 The Far-Infrared Surveyor Mission Study: Paper I, the Genesis https://arxiv.org/ft[...] 2016-07-29
[4] 문서 Far-IR Surveyor https://cor.gsfc.nas[...]
[5] 웹사이트 Far IR Surveyor Workshop 2015-06
[6] 뉴스 NASA Considers Its Next Flagship Space Telescope https://www.scientif[...] Scientific American 2016-03-30
[7] 문서 Origins Space Telescope Mission Flyer https://asd.gsfc.nas[...] Goddard Space Flight Center 2017-02-10
[8] 웹사이트 The Origins Space Telescope Mission Study http://newsletter.st[...]
[9] 웹사이트 Origins Space Telescope http://adsabs.harvar[...] 2017-01
[10] 논문 "Origins Space Telescope: baseline mission concept," J. Astron. Telesc. Instrum. Syst. 7(1) 011002 (6 January 2021) https://doi.org/10.1[...]
[11] 간행물 オリジンズ宇宙望遠鏡(OST)用の中赤外撮像装置,分光器,コロナグラフ(MISC) https://jglobal.jst.[...] 2018
[12] 간행물 Preparing for the 2020 Decadal Survey Large Mission Concepts https://smd-prod.s3.[...] Paul Hertz, NASA
[13] 논문 Origins space telescope: from first light to life https://link.springe[...] 2021
[14] 간행물 The Far-Infrared Surveyor Mission Study: Paper I, the Genesis https://arxiv.org/ft[...] 2016-07-29
[15] 문서 Far-IR Surveyor https://cor.gsfc.nas[...]
[16] 웹사이트 Far IR Surveyor Workshop 2015-06
[17] 뉴스 NASA Considers Its Next Flagship Space Telescope https://www.scientif[...] Scientific American 2017-10-15
[18] 문서 Origins Space Telescope Mission Flyer https://asd.gsfc.nas[...] Goddard Space Flight Center 2017-02-10
[19] 간행물 The Far-Infrared Surveyor Mission Study: Paper I, the Genesis https://arxiv.org/ft[...] 2016-07-29
[20] 웹사이트 The Origins Space Telescope Mission Study http://newsletter.st[...]
[21] 웹사이트 The Origins Space Telescope Mission Study http://newsletter.st[...]
[22] 웹사이트 Origins Space Telescope https://ui.adsabs.ha[...] 2017-01
[23] 웹사이트 The Origins Space Telescope Mission Study http://newsletter.st[...]
[24] 웹사이트 Origins Space Telescope https://ui.adsabs.ha[...] 2017-01
[25] 논문 "Origins Space Telescope: baseline mission concept," J. Astron. Telesc. Instrum. Syst. 7(1) 011002 (6 January 2021) doi:10.1117/1.JATIS.[...]
[26] 웹사이트 The Origins Space Telescope Mission Study http://newsletter.st[...]
[27] 간행물 Preparing for the 2020 Decadal Survey Large Mission Concepts https://smd-prod.s3.[...] Paul Hertz, NASA
[28] 웹인용 Preparing for the 2020 Decadal Survey Large Mission Concept https://smd-prod.s3.[...] 2018-06-03
[29] 웹인용 Origins Space Telescope: Telescope Design and Instrument Specifications http://adsabs.harvar[...] 2017-01
[30] 웹인용 NASA Considers Its Next Flagship Space Telescope https://www.scientif[...] 2016-03-30
[31] 웹인용 Origins Space Telescope: Study Plan http://adsabs.harvar[...] 2018-01
[32] 웹인용 NASA Considers Its Next Flagship Space Telescope https://www.scientif[...] 2016-03-30


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