맨위로가기

이오 화산 관측선

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

이오 화산 관측선(IVO)은 목성의 위성인 이오의 화산 활동과 내부 구조를 연구하기 위해 제안된 NASA의 디스커버리 프로그램 임무였다. 2019년에 제안되었으나, 2021년 금성 탐사 임무인 DAVINCI+와 VERITAS에 밀려 선정되지 못했다. IVO는 이오의 지질학적 활동의 근본적인 원인을 밝히고, 마그마 오션의 존재 여부와 특성을 파악하는 것을 목표로 한다. 또한, 열 파이프 구조론을 통해 초기 지구, 달, 화성의 열 손실 과정을 이해하는 데 기여하고자 했다. IVO는 2033년 발사되어 화성과 지구의 중력 보조를 활용하여 목성에 접근할 예정이었으며, 이오를 9번 근접 통과하며 다양한 과학 장비를 통해 데이터를 수집할 계획이었다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 목성 탐사선 - 보이저 1호
    보이저 1호는 1977년 발사된 미국의 무인 탐사선으로 목성, 토성 탐사 후 태양계를 벗어나 성간 공간을 탐험 중이며, 이오 화산 활동 발견 등의 과학적 성과를 거두었고, 지구에서 가장 멀리 떨어진 인공 물체로서 외계 생명체와의 소통을 위한 황금 레코드를 싣고 있다.
  • 목성 탐사선 - 뉴 허라이즌스
    뉴 허라이즌스는 NASA의 뉴 프런티어 계획 탐사선으로, 명왕성과 카이퍼 벨트를 탐사하며 명왕성의 표면, 지형, 대기 등을 조사하고 카이퍼 벨트 천체 아로코스의 근접 관측을 통해 초기 태양계 형성에 대한 과학적 자료를 제공했으며, 플루토늄-238을 동력원으로 2030년대까지 탐사를 진행할 예정이다.
  • 우주 개발에 관한 - 제미니 10호
    제미니 10호는 1966년 7월에 발사된 미국의 유인 우주 비행으로, 궤도상 랑데부, 도킹, 우주 유영, 과학 실험을 수행하고 70시간 10분간 비행 후 대서양에 착수했다.
  • 우주 개발에 관한 - 아제나 표적기
    아제나 표적기는 제미니 계획에서 사용된 우주 표적 비행체로, 록히드 항공이 제작한 아제나-D 로켓 상단과 맥도넬 항공의 도킹 어댑터로 구성되어 제미니 우주선과의 랑데부 및 도킹을 위한 목표물 역할을 했다.
이오 화산 관측선
미션 개요
임무 유형과학
운영 기관NASA / 응용물리학연구소 / 애리조나 대학교
웹사이트이오 화산 관측선 공식 웹사이트
임무 기간목성까지 이동: 5년
목성에서의 주요 임무: 47개월
우주선 정보
제작사응용물리학연구소
발사 시 질량2000 kg 미만
건조 질량800 kg 미만
발사 정보
발사 예정일2029년 1월 (예정)
발사 로켓TBD (미정)
발사 장소케이프커내버럴
궤도 정보
접근 천체목성
궤도 횟수10회
궤도 긴반지름제네
플라이바이 정보
플라이바이 천체이오
통신 정보
프로그램 정보
소속 프로그램디스커버리 프로그램
이전 임무프시케

2. 역사와 제작 배경

원래 DSMES 프로그램의 일환으로 고려되었으나[14][16] 실제로 추진되지는 못했다. 이후 디스커버리 계획의 후보로 제안되었지만, 최종적으로 디스커버리 계획의 일부로 선정되지는 않았다.[16][17]

이오 화산 관측선(Io Volcano Observer, IVO)은 2019년 7월 NASA의 디스커버리 계획에 세 번째로 제안되었으며, 2020년 2월에는 추가 연구 대상으로 선정되기도 했다.[1][5][8] 하지만 2021년 6월, 최종 심사에서 금성 탐사 임무인 DAVINCI+와 VERITAS가 선정되면서 이오 화산 관측선은 탈락했다.[9]

3. 과학 목표

목성의 위성 이오


현재 이오의 매우 활발한 지질 활동은 그 자체로 중요한 과학적 관심사이지만, 이오 화산 관측선(IVO)은 이 특별한 위성을 넘어 더 넓은 영향을 미치는 근본적인 과정을 이해하는 것을 목표로 한다. 이오에서 수행될 다양한 과학 연구를 관통하는 핵심 주제는 "열을 따라가라"이다.

IVO는 이오를 태양계 전체, 나아가 외계 행성 연구에도 중요한 단서를 제공할 수 있는 행성 크기의 자연 실험실로 보고 접근한다. 이를 통해 과거 지구나 다른 행성들의 초기 상태를 엿보고, 현재 다른 천체에서 진행 중인 과정을 비교 연구할 수 있다.

이 제안된 임무의 구체적인 과학 목표는 다음과 같다.[1]

  • 이오의 맨틀 내 용융물의 정도와 분포를 결정한다.
  • 이오의 암석권 구조를 밝힌다.
  • 이오가 내부의 열을 어떻게, 어디서 잃는지 규명한다.
  • 이오의 궤도 진화를 측정한다.
  • 현재 이오에서 방출되는 휘발성 물질의 손실률을 결정한다.

3. 1. 이오 내부 구조 연구



이오의 내부는 활발한 지질 활동의 원동력인 조석열이 어디서 어떻게 발생하는지에 대한 중요한 질문이 있다. 조석열이 주로 얕은 맨틀에서 발생하는지, 아니면 더 광범위하게 분포하는지에 대한 논쟁이 계속되고 있다. 또한, 이 열이 고체 암석의 변형으로 인해 발생하는지, 아니면 액체 상태인 마그마의 이동으로 인해 발생하는지도 명확하지 않다.

이오의 얼어붙은 지각 아래에 녹아있는 거대한 층, 즉 마그마 오션이 존재할 가능성에 대한 증거가 제시되었지만, 이것이 지속적으로 존재하기 어렵다는 반론도 있다. 이오 화산 관측선(IVO) 임무는 네 가지 독립적인 실험을 통해 마그마 오션의 존재 여부를 확인하고, 만약 존재한다면 그 기본적인 특성을 측정하는 것을 목표로 한다. 마그마 오션은 태양계 초기 대부분의 암석형 천체에 흔했을 것으로 추정되므로, 이오 연구는 약 40억 년 전 다른 천체에서 사라진 핵심적인 지질 과정을 이해할 기회를 제공할 수 있다. 또한, 이 연구 결과는 조석열의 영향을 받는 태양계 외곽 얼음 위성들의 내부 바다 연구에도 적용될 수 있다.

이오가 내부의 열을 방출하는 방식은 지구와 같은 다른 암석 행성과 크게 다르다. 이오는 표면의 약 1%를 차지하는 화산을 통해 '열 파이프' 과정을 거쳐 거의 모든 열을 방출하는 것으로 보인다. 이는 차가운 해양 지각판이 맨틀로 들어가는 판 구조론을 통해 열을 식히는 지구와는 다른 방식이며, 지각을 통한 열 전도가 주된 열 손실 방식인 달이나 화성과도 구별된다. IVO는 이오 지각의 대부분(약 99%)이 어떻게 열 파이프 구조론에 관여하는지 조사하여, 초기 지구, 달, 화성의 지질 활동 방식을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다.

구체적으로 IVO 임무는 다음과 같은 내부 구조 관련 목표를 가진다.[1]

  • 이오 맨틀 내 용융물의 정도와 분포를 결정한다.
  • 이오 암석권의 구조를 밝힌다.
  • 이오가 열을 어떻게, 어디서 잃는지 규명한다.

3. 2. 화산 활동 및 열 방출 메커니즘 연구



이오의 활발한 화산 활동과 내부 열 방출 메커니즘은 중요한 과학적 관심사이다. 이오가 내부의 열을 어떻게 외부로 방출하는지는 지구나 다른 암석 행성들과는 상당히 다른 방식으로 이루어진다. 이오는 표면의 약 1%에 불과한 지역에서 발생하는 화산 폭발을 통해 거의 모든 내부 열을 방출하는 것으로 보이는데, 이는 "열 파이프"(heat pipe) 과정으로 설명된다.

이는 현재 지구의 열 방출 방식과 크게 대조된다. 지구는 판 구조론을 통해 차가운 해양 지각판이 뜨거운 맨틀 속으로 파고들면서 열을 식히는 방식으로 내부 열을 관리한다. 반면, 달이나 화성과 같은 천체에서는 현재 대부분의 열 손실이 지각을 통한 열 전도 방식으로 이루어진다. 따라서 이오의 나머지 99%를 차지하는 차가운 지각이 어떻게 열 파이프 구조론에 관여하는지를 연구하는 것은, 과거 판 구조론이 활발하지 않았던 초기 지구, 달, 화성이 어떻게 열을 방출하고 식어갔는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다.

또한, 이오 내부에서 열이 정확히 어디에서 생성되는지에 대해서는 아직 논쟁이 있다. 일부 관측 결과는 열이 주로 지표면과 가까운 얕은 맨틀에서 발생한다고 시사하는 반면, 다른 결과들은 열 발생이 이오 내부에 광범위하게 분포한다고 제시한다. 열이 고체 암석의 변형 과정에서 발생하는지, 아니면 액체 상태인 마그마의 이동 과정에서 발생하는지도 명확히 밝혀지지 않았다.

이오의 얼어붙은 지각 아래에 마그마 오션이라 불리는 거대한 용융 상태의 층이 존재할 가능성에 대한 증거도 있지만, 이러한 층이 안정적으로 유지되기 어려운 이유 또한 존재한다. 이오 화산 관측선(IVO) 임무는 이러한 마그마 오션의 존재 여부를 확인하고, 만약 존재한다면 그 기본적인 특성을 측정하는 것을 목표로 한다. 마그마 오션은 태양계 형성 초기에 내부 행성들에서 흔했을 것으로 여겨지므로, 이오 연구는 약 40억 년 전 다른 천체에서는 사라진 핵심적인 지질 과정을 직접 관찰할 기회를 제공한다.

궁극적으로 이오 화산 관측선(IVO)은 이오가 열을 잃는 정확한 위치와 방식을 규명하는 것을 주요 과학 목표 중 하나로 삼고 있다.[1] 이를 통해 이오의 독특한 화산 활동과 열 방출 메커니즘을 이해하고, 나아가 태양계 초기 행성들의 진화 과정을 밝히는 데 기여할 것으로 기대된다.

3. 3. 궤도 진화 및 자기장 상호작용 연구



이오 너머의 열을 따라가는 연구는 이오의 궤도에 미치는 조석력의 영향과 목성계 전체로 퍼지는 화산 분출물의 확산을 이해하는 데까지 확장된다. 이오, 유로파, 가니메데는 라플라스 공명을 통해 서로의 조석력에 의한 궤도 변화가 연결되어 있다. 따라서 이 세 위성에 대한 측정 결과를 종합해야만 전체 시스템을 제대로 이해할 수 있다. 이오 화산 관측선(IVO)은 유로파 클리퍼, JUICE와 협력하여 이 과제를 수행할 것이다.

매초 수 톤에 달하는 이오의 화산 가스는 목성의 강력한 자기장에 의해 광범위하게 퍼져나간다. IVO는 이 물질이 어떻게 제거되고 어디로 이동하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공하기 위해 이 물질 사이를 통과하며 탐사할 예정이다. 이는 이오의 화학적 조성이 초기 상태에서 어떻게 변화했는지 이해하는 첫걸음이며, 나아가 다른 천체의 대기가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화했는지에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있다.

이러한 연구를 통해 달성하고자 하는 주요 과학 목표에는 이오의 궤도 진화 측정과 현재 이오에서 방출되는 휘발성 물질의 손실률 결정이 포함된다.[1] 이는 이오를 태양계 전체, 나아가 외계 행성 연구에도 중요한 자연 실험실로 활용하려는 IVO 임무의 큰 그림과 연결된다.

4. 과학 장비

이오 화산 관측선(IVO)의 과학 탑재 장비들은 이전에 수행되었거나 계획 중인 다른 우주 임무들을 위해 개발된 기기들을 기반으로 구성되었다.[1] 주요 탑재 장비는 다음과 같다.


  • '''협각 카메라 (NAC):''' 유로파 클리퍼의 EIS NAC 카메라 기반.
  • '''열 지도 작성기 (TMAP):''' 베피콜롬보의 MERTIS 기기 기반.
  • '''듀얼 플럭스게이트 자력계 (DMAG):''' 인사이트의 자력계 기반.
  • '''자기 음향을 위한 행성 기기 (PIMS):''' 유로파 클리퍼의 PIMS 기기 기반.
  • '''이온 및 중성 질량 분석기 (INMS):''' JUICE의 NIM 기기 기반.
  • '''광각 카메라 (WAC):''' 유로파 클리퍼의 EIS WAC 카메라 기반 (A단계 연구에서 고려).

4. 1. 협각 카메라 (NAC)

협각 카메라(NAC)는 이오의 표면을 고해상도로 촬영하여 화산 폭발이나 지각 변동과 같은 지질 활동을 집중적으로 관측하는 것을 목표로 한다.[18] 이 카메라는 10 μrad/픽셀 해상도의 CMOS 감지기를 사용하며, 350–1050 nm 파장 범위에서 12개의 밴드를 이용해 푸시브룸 방식으로 컬러 이미지를 얻는다. 또한, 동영상 촬영 및 측지학 연구를 위한 전색성(흑백) 프레이밍 이미지 촬영 기능도 갖추고 있다. 협각 카메라는 유로파 클리퍼 탐사선에 탑재된 EIS NAC 카메라 설계를 기반으로 개발되었다.[1]

4. 2. 열 지도 작성기 (TMAP)

열 지도 작성기(TMAP)는 125 μrad/픽셀의 해상도를 가지며, 9개의 밴드를 이용하여 이오 표면의 열 분포 지도를 작성하고 규산염 조성을 분석하는 임무를 수행한다. 이 장비는 베피콜롬보 탐사선에 탑재되었던 MERTIS 기기에서 파생되었다.

4. 3. 듀얼 플럭스게이트 자력계 (DMAG)

'''듀얼 플럭스게이트 자력계'''(DMAG)는 이오와 목성의 자기장을 분석하기 위한 장비이다.[21] 0.01 nT의 감도를 가진 두 개의 장치로 구성되며, 인사이트 탐사선의 자력계를 기반으로 개발되었다.

4. 4. 자기 음향을 위한 행성 기기 (PIMS)

자기 음향을 위한 행성 기기(eng)는 이오 주변의 플라스마 환경을 측정하기 위한 장비이다. 이 기기는 90도의 원뿔형 시야 두 개를 가지고 있으며, 유로파 클리퍼 탐사선에 탑재된 PIMS를 기반으로 개발되었다.

4. 5. 이온 및 중성 질량 분석기 (INMS)

INMS는 질량 분석기로, 이오의 대기 구조, 화산재 구성 성분, 표면 성분 등을 분석하는 것을 목표로 한다.[20] 이 기기는 1-1000 amu/q의 질량 범위를 가지며, JUICE 탐사선의 NIM 기기에서 파생되었다.

4. 6. 광각 카메라 (WAC)

유로파 클리퍼의 EIS WAC 카메라를 기반으로 한 학생 제작 광각 카메라(WAC) 역시 A단계 연구에서 고려되고 있다.

5. 임무 프로필

보이저 1호가 촬영한 목성, 이오, 유로파


제안된 기본 발사 시점은 2033년 8월이며, 목성에 도달하기 위해 화성과 지구에서 중력 보조를 받는 MEGA(Mars-Earth Gravity Assist) 궤적을 이용할 계획이다.[1] 이오를 통과한 후, 이오 화산 관측선(IVO)은 목성 궤도 진입을 위한 연소를 실행하여 목성 주위를 기울어진 궤도로 진입한다.

주요 임무 기간은 4년이며, 이 기간 동안 IVO는 이오를 총 9번 근접 통과하며 관측을 수행한다. 각각의 근접 통과 시, 우주선은 이오의 북극 지역 위쪽에서 접근하여 적도 근처에서 200km에서 500km 사이의 고도로 가장 가깝게 접근한 뒤, 남극 지역 위쪽으로 벗어나는 경로를 따른다.[1] 최접근 시간과 위치는 이오의 유도 자기장, 진동 진폭, 중력장을 가장 명확하게 관측할 수 있도록 신중하게 최적화된다.

주요 관측 목표는 다음과 같다.

  • 분출하는 화산 관측: 용암 조성을 파악하기 위해 햇빛이 비치는 지역과 어두운 지역 모두에서 관측한다.
  • 열 분포 측정: 갈릴레오 우주선이 관측하지 못했고 지구에서도 볼 수 없는 극지방 관점에서 이오가 방출하는 열의 분포를 측정한다.
  • 플라스마 및 가스 샘플링: 이오 주변의 복잡한 이온화된 분자, 중성 분자로 이루어진 플라스마와 가스를 직접 샘플링한다.


IVO는 주요 임무를 수행하고도 다양한 형태의 확장 임무를 수행할 수 있도록 충분한 여유를 가지고 설계되었다.

6. 참여 기관

참조

[1] 학술대회 The Io Volcano Observer (IVO) https://www.hou.usra[...] 2021
[2] 웹사이트 Vision and Voyages for Planetary Science in the Decade 2013-2022 https://solarsystem.[...] Space Studies Board, National Research Council
[3] 학술대회 Science Rationale for an Io Volcano Observer (IVO) Mission http://www.lpi.usra.[...] 2010
[4] 학술대회 The Io Volcano Observer (IVO) for Discovery 2015 http://www.hou.usra.[...] 2015
[5] 간행물 "Follow the Heat: Io Volcano Observer" 2019
[6] 웹사이트 Planetary Science Update and Lunar Science Plans http://ssedso.gsfc.n[...] NASA 2008-03-12
[7] 웹사이트 Planetary Science Division Update http://nasascience.n[...] NASA 2008-06-23
[8] 뉴스 NASA Selects Four Possible Missions to Study the Secrets of the Solar System https://www.nasa.gov[...] 2020-02-13
[9] 보도자료 NASA Selects 2 Missions to Study 'Lost Habitable' World of Venus https://www.nasa.gov[...] NASA 2021-06-02
[10] 학술대회 The Io Volcano Observer (IVO) https://www.hou.usra[...] 2021
[11] 웹인용 Io Volcano Observer - Lunar and Planetary Institute http://pirlwww.lpl.a[...] 2008
[12] 학술대회 Science Rationale for an Io Volcano Observer (IVO) Mission http://www.lpi.usra.[...] 2010
[13] 학술대회 The Io Volcano Observer (IVO) for Discovery 2015 http://www.hou.usra.[...] 2015
[14] 웹인용 Planetary Science Update and Lunar Science Plans http://ssedso.gsfc.n[...] NASA 2008-03-12
[15] 웹인용 Io Volcano Observer (IVO) http://www.spacepoli[...] 2009-08
[16] 웹인용 Planetary Science Division Update http://nasascience.n[...] NASA 2008-06-23
[17] 웹인용 2015 Io Volcano Observer Proposal http://www.gishbarti[...] 2015-02-20
[18] 웹인용 Io Volcano Observer (IVO) https://www.lpi.usra[...] 2009-03
[19] 웹인용 Io Volcano Observer (IVO) https://www.lpi.usra[...] 2009-03
[20] 웹인용 Io Volcano Observer (IVO) https://www.lpi.usra[...] 2009-03
[21] 웹인용 Io Volcano Observer (IVO) https://www.lpi.usra[...] 2009-03


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com