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남아프리카 공화국 대형 망원경

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1. 개요

남아프리카 공화국 대형 망원경(SALT)은 케이프타운에서 북동쪽으로 약 370km 떨어진 서덜랜드 인근에 위치한 광학 망원경이다. 91개의 육각형 거울 조각으로 구성된 11 x 9.8미터 크기의 구형 주 반사경을 가지고 있으며, 퀘이사, 희미한 별과 은하 등을 관찰하는 데 사용된다. SALT는 고정된 고도와 방위각으로 관측하며, 주 초점 위치에 있는 장치로 천체의 이미지를 추적하는 독특한 설계를 통해 건설 비용을 절감했다. 대한민국을 포함한 여러 국가가 파트너로 참여하고 있으며, 블랙홀, 초신성, 극성 쌍성계 연구 등 다양한 과학적 성과를 거두었다. 연간 약 1만 4천 명의 관광객을 유치하여 지역 경제 활성화에도 기여하고 있다.

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남아프리카 공화국 대형 망원경
기본 정보
건설 년도2005년
구경육각형 배열 ~
각 분해능EE(50) ≤ 0.6"
면적79 m2 (91 × 0.87 m2)
유효 구경 면적66.5 m2
탑재45톤 강철 구조
25m 구형

2. 일반 정보

SALT는 해발 1837m의 언덕에 위치해 있으며, 케이프타운에서 북동쪽으로 370km 떨어진 서더랜드 인근의 작은 마을 근처 자연 보호 구역인 한탐, 카루에 위치해 있다. 2004년 3월, 거대한 거울 설치가 시작되었으며, 91개의 작은 거울 육각형 조각 중 마지막 조각은 2005년 5월에 설치되었다.

대한민국, 일본, 폴란드가 현장에 망원경을 보유하고 있으며, 남아프리카 공화국은 최소 5개의 광학 망원경을 보유하고 있다. 버밍엄 대학교태양을 관측하는 데 도움이 되는 태양 망원경을 보유하고 있다. SALT는 퀘이사를 탐사하고 과학자들이 육안으로는 볼 수 없을 정도로 희미한 별과 은하를 관찰할 수 있게 해 줄 것이다.

3. 망원경 구조

SALT는 호비-에벌리 망원경(HET)과 유사하게, 켁 망원경처럼 주 반사경이 여러 개의 작은 거울로 구성된 특이한 설계를 가지고 있다. 주 반사경은 91개의 동일한 1미터 육각형 거울로 구성되어 있으며, 전체 크기는 11 x 9.8미터이다. 각 거울은 저팽창 시탈 유리로 만들어졌으며, 팁, 경사, 피스톤으로 조정하여 정렬할 수 있다. 구면 수차를 보정하기 위해 4개의 거울로 구성된 구면 수차 보정기(SAC)를 사용하여 8분 시야각의 평평한 초점면을 제공한다. 거울의 정렬은 돔 옆의 높은 타워에 위치한 곡률 중심 정렬 센서(CCAS)를 사용하여 수행한다.

3. 1. 독특한 구조

청소를 위해 드라이아이스를 사용하는 남아프리카 대형 망원경 거울


SALT와 HET는 광학 망원경으로서는 특이한 설계를 가지고 있다. 켁 망원경과 유사하게, 주 반사경은 더 큰 단일 거울 역할을 하도록 설계된 거울 배열로 구성되어 있다. 그러나 SALT 거울은 전형적인 카세그레인 망원경과 관련된 포물면 모양이 아닌 구형 주 반사경을 생성한다.[1] 각 SALT 거울은 1미터 육각형이며, 91개의 동일한 거울 배열은 크기가 11 x 9.8미터인 육각형 모양의 주 반사경을 생성한다. 구형 주 반사경을 보정하기 위해, 망원경은 주 초점에서 8분 시야각을 가진 보정된 평평한 초점면을 제공하는 4개의 거울 구면 수차 보정기(SAC)를 가지고 있다.

91개의 각 거울은 저팽창 시탈 유리고 만들어졌으며, 단일 거울 역할을 하도록 적절하게 정렬하기 위해 팁, 경사 및 피스톤으로 조정할 수 있다. 거울이 구형이기 때문에, 거울의 곡률 중심에 해당하는 위치에서 방출된 빛은 반사되어 동일한 위치로 다시 초점을 맞춘다. 따라서, 망원경은 돔 옆에 있는 높은 타워 상단에 위치한 곡률 중심 정렬 센서(CCAS)를 사용한다. 레이저 빛이 모든 세그먼트에 비추어지고, 각 거울에서 반사된 위치가 측정된다. "스태킹"이라고 불리는 과정을 통해 망원경 운영자는 거울의 조정을 최적화할 수 있다.

망원경은 또한 관측 동안 거울이 고정된 고도와 방위각에 유지되며, 망원경에 의해 생성된 천체 목표의 이미지는 주 초점 위치에 위치하고 SAC 및 주 초점 계측기를 포함하는 "페이로드"에 의해 추적된다는 점에서 특이하다. 이는 아레시보 전파 망원경의 작동 방식과 유사하다. 비록 이것이 목표당 제한된 관측 창만 발생시키지만, 완전히 조향 가능한 망원경과 비교하여 주 반사경 마운트를 크게 단순화하여 복잡성을 더 작고 가벼운 페이로드 추적 시스템으로 이전하여 전체 망원경 건설 비용을 절감할 수 있다. SALT는 마젤란 은하를 위해 최적화된 37도의 고정된 천정각을 가지고 있지만, 전체 방위각 범위와 천체의 회전 때문에 SALT는 서덜랜드 부지에서 사용 가능한 하늘의 상당 부분을 접근할 수 있다.

이 설계의 또 다른 결과는 대상 추적 동안 입사동의 크기가 변한다는 것이다.

국립 천문대 하와이 관측소의 스바루 망원경이나 VLT 등 일반적인 망원경과는 달리, SALT의 주경면은 수평면에서 37도 기울어진 상태로 고정되어 설치되어 있다. 따라서 고도 방향의 구동은 불가능하며, 수평 회전만 가능한 구조로 되어 있다. 이는 텍사스 대학교의 호비-에버리 망원경과 동일한 구조이다. 이러한 방식을 채택함으로써, 고도 방향의 구동을 하지 않아도 되므로 망원경의 구조가 간단해지고, 건설 비용을 절감할 수 있다.

기울어진 주경의 초점면에는 각종 관측 장치가 설치되어 있다. 일반적인 망원경에서는 이 초점면(주 초점)이 고정되어 있지만, SALT의 경우 초점면에 설치된 관측 장치가 이동함으로써 망원경 본체가 고도 방향으로 구동하는 것과 같은 기능을 실현한다. 이를 통해 적위 -75도에서 +10도까지의 범위에 있는 천체를 관측할 수 있다. 마찬가지로 초점면 장치를 이동시켜 관측을 수행하는 망원경으로는 전파 망원경인 아레시보 천문대가 있다.

4. 돔 구조

망원경 본체가 고도 방향으로 움직이지 않기 때문에 망원경을 둘러싼 돔 구조도 독특하다. 높이 17m, 지름 26m의 원통형 건물에는 망원경 주변의 공기 난류를 줄이기 위한 61개의 창문이 있으며, 그 위에 반구형 돔이 얹혀 있다. 돔 개구부는 일반적인 슬릿 형태가 아니라 돔의 일부분(11m)이 슬라이드하여 열리는 형태이다. 이는 후쿠오카 돔의 지붕과 유사한 구조이다.

돔 옆에는 곡률 중앙 조정 센서 타워(Center of Curvature Alignment Sensor Tower, CCAS tower)라고 불리는 높이 34m의 구조물이 있다. 원통형 타워 위에 구형 구조물이 얹힌 형태인 이 구조물은 남아프리카 공화국 대형 망원경(SALT)의 외관을 인상적으로 만들지만, 주경 조정을 위해 사용된다. SALT의 주경은 91개의 육각형 구면 거울로 구성되어 있는데, 이를 정밀하게 조정하여 전체적으로 하나의 구면 거울처럼 작동하게 해야 망원경 본래의 성능을 낼 수 있다. 이를 위해 CCAS 타워 꼭대기에 설치된 센서로 주경 면을 측정하고, 각 구면 거울의 방향을 미세 조정하여 주경 면 전체를 이상적인 구면에 맞춘다.

5. 관측 장비

SALT의 1세대 장비에는 남아프리카 천문대(SAAO)에서 설계 및 제작한 SALT 이미징 카메라(SALTICAM)와 로버트 스토비 분광기(RSS), 캔터베리 대학교(뉴질랜드)에서 설계한 섬유 공급 고해상도 분광기(HRS)가 있다. RSS는 위스콘신-매디슨 대학교, 러트거스 대학교, SAAO에서 설계 및 제작한 다목적 장슬릿 및 다중 객체 이미징 분광기 및 분광 편광계이다. SALTICAM은 2005년 초에 설치되었고, RSS는 2005년 10월 11일에 설치되었다.[1] 이 장비들은 파장 320nm~2500nm의 가시광선 및 근적외선을 관측할 수 있다.[1]

6. 인터넷 연결

SALT는 남아프리카 천문대(SAAO) 사이트와 SANREN 네트워크를 통해 1Gbit/s 광섬유 연결로 연결되어 있다. 남아프리카 천문대는 SANREN 네트워크에 1Gbit/s 연결을 가지고 있으며, 이 링크 중 30Mbit/s는 국제 회선으로 사용된다.

7. 과학 실무 그룹

구성원
데이비드 버클리
제럴드 세실
브라이언 샤보이어
리처드 그리피스
야누시 카우즈니
마이클 알브로우
카렌 폴라드
케네스 노르딕
다라 오도노휴
래리 램지
앤 샌섬
팻 코테


8. 파트너

{| class="wikitable"

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! 파트너

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| 다트머스 대학교

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| 게오르크-아우구스트 대학교 괴팅겐

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| 호비-에벌리 망원경 이사회

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| 남아프리카 공화국 국립 연구 재단

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| 니콜라우스 코페르니쿠스 천문 센터 폴란드 과학 아카데미

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| 럿거스 대학교, 뉴저지 주립 대학교

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| 위스콘신 대학교-매디슨

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| 캔터베리 대학교 (뉴질랜드)

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| 노스캐롤라이나 대학교 채플힐

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| 영국 SALT 컨소시엄(UKSC)

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UKSC 구성원
아마 천문대
킬 대학교
중앙 랭커셔 대학교
노팅엄 대학교
오픈 대학교
사우스햄튼 대학교



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2007년 합류
미국 자연사 박물관(AMNH)
인도 천문 및 천체물리학 간학제 센터(IUCAA) (인도)



|}

9. 연구 성과

SALT는 블랙홀을 감지하는 간접적인 방법을 제공한다. 동반성에서 가스를 끌어당기는 소형 별에서 방출되는 복사(특히 X선)를 관측하여 블랙홀의 존재를 추정한다. 초신성 폭발로 별이 붕괴될 때까지 일부 소형 별에 질량이 축적되는 방식을 연구하여, 우주의 가속 팽창을 보여주는 "1a형" 초신성 연구에 기여한다.[9]

"극성" 쌍성계 연구를 통해 백색 왜성이 1시간 30분 만에 궤도를 한 바퀴 돈다는 사실을 발견했다. 또한, SALT 망원경을 통해 과학자들은 이국적인 별의 급격한 밝기 변화를 연구할 수 있다.

퀘이사, 마젤란 은하 등 은하의 구조와 진화 연구에도 활용되고 있다.[10] SALT는 첫 번째 컬러 이미지를 공개했는데, 이는 "퍼스트 라이트"의 업적을 기념하는 것이었다. 이는 또한 SALT를 위해 설계 및 제작된 600000USD 상당의 디지털 카메라, SALTICAM의 완전 가동 데뷔를 알리는 것이기도 했다.

9. 1. 대한민국의 참여와 연구 성과 (한국 관점)

대한민국은 SALT 건설에 참여하여 전체 관측 시간의 약 10%를 확보하고 있다. 한국천문연구원은 SALT를 활용하여 블랙홀, 초신성, 외부 은하 등 다양한 천체 관측 연구를 수행하고 있다.

특히, 한국 연구진은 SALT를 이용하여 Ia형 초신성의 광도 곡선 분석을 통해 우주의 가속 팽창을 재확인하고, 우주론적 변수를 측정하는 연구를 진행한 바 있다.

10. 관광

SAAO(남아프리카 천문대)는 초기에 SALT가 연간 최대 3만 명의 관광객을 서덜랜드에 유치할 것으로 예상했지만, 현재까지 연간 약 1만 4천 명의 방문객을 유치하는 데 그쳤다. 그럼에도 불구하고 SALT는 5천 명 규모의 이 마을에서 최소 300개의 일자리를 창출하며 지역 경제 활성화에 기여했다.[8]

참조

[1] 웹사이트 SALT Key Design & Performance Characteristics "2013"
[2] 웹사이트 Mirror Segments http://www.salt.ac.z[...] SOAA 2013-05-10
[3] 웹사이트 Deep Space Observatories: The Southern African Large Telescope http://www.spacetoda[...] Space Today Online 2009-01-28
[4] 웹사이트 273 Precision Actuators for the Largest Telescope in the Southern Hemisphere http://www.physikins[...] Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG 2009-01-28
[5] 웹사이트 Southern African Large Telescope https://web.archive.[...] Armagh Observatory 2009-01-28
[6] 웹사이트 S.a.l.t https://www.flickr.c[...] 2008-05
[7] 웹사이트 SALT Inauguration Ceremony. Address by the Honourable Minister of Science and Technology, Mr Mosibudi Mangena https://web.archive.[...] South African Department of Science and Technology 2009-01-30
[8] 뉴스 Sutherland: Wishing on a rising star https://www.business[...] 2018-06-01
[9] 웹인용 First Science with SALT: Observations of eclipsing polar: SAAO https://archive.toda[...] 2009-01-30
[10] 웹인용 NRF - the South African Astronomical Observatory https://web.archive.[...] 2009-01-30



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