자외선천문학
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1. 개요
자외선천문학은 자외선 파장을 이용해 천체를 연구하는 분야로, 고온의 천체, 별의 형성 과정, 성간 물질 등을 관측하는 데 활용된다. 1972년 아폴로 16호의 원자외선 카메라/분광기를 시작으로, 허블 우주 망원경, FUSE, GALEX 등 다양한 자외선 망원경이 개발되어 퀘이사, 백색 왜성, 은하의 진화 등을 연구해왔다. 자외선 망원경은 반사경, 렌즈, 필터, 회절격자 등의 광학계를 사용하며, 광전 효과, 반도체, 열전 효과 기반의 다양한 검출 기술을 통해 자외선을 감지한다. 태양의 활동과 별, 은하의 자외선 관측은 천문학 연구에 중요한 정보를 제공하며, 차세대 망원경 개발과 국제 협력을 통해 연구가 지속적으로 발전할 전망이다.
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| 자외선천문학 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 설명 | 전자기 스펙트럼의 자외선 파장에서 천문학적 물체를 관찰하는 것 |
| 관련 학문 | 우주선 천문학, 감마선 천문학, X선 천문학, 가시광선 천문학, 적외선 천문학, 전파 천문학 |
| 상세 정보 | |
| 자외선 | 자외선은 10nm에서 320nm 사이의 파장을 갖는다. |
| 대기 차단 | 지구 대기의 상층부는 320nm 이하의 자외선 대부분을 흡수한다. |
| 관측 위치 | 자외선 관측은 대기 상층부나 우주에서 수행해야 한다. |
| 역사 | 자외선 천문학은 1946년에 시작되었다. |
| 초기 연구 | 태양의 자외선 스펙트럼 연구 |
| 기술 발전 | 로켓 기술 발전으로 자외선 관측 가능 |
| 주요 연구 대상 | 항성 은하 퀘이사 |
| 특별한 중요성 | 뜨겁고 거대한 별의 연구에 특별한 중요성을 가진다. |
| 온도 범위 | 8,000 켈빈에서 50,000 켈빈 사이의 온도 |
| 관측 도구 | 우주 망원경 |
| 주요 관측 도구 | 허블 우주 망원경 국제 자외선 탐사선 (IUE) 극자외선 탐사선 (EUVE) 갤럭시 에볼루션 탐사선 (GALEX) |
| 추가 정보 | |
| 참고 문헌 | Allen's Astrophysical Quantities (A. N. Cox, ed.) |
| 외부 링크 | 자외선 설명 (NASA) |
2. 역사
자외선 천문학은 20세기 초부터 시작되어 성간 물질의 화학적 조성, 밀도 및 온도를 파악하고, 젊은 별의 온도와 조성을 식별하는 데 중요한 역할을 해왔다. 또한, 은하의 진화에 대한 필수적인 정보를 제공하며, 더 차가운 별 주위를 공전하는 뜨거운 백색 왜성이나 주계열성 동반성의 존재를 식별하는 데에도 사용된다.
자외선 우주는 가시광선에서 보이는 별과 은하의 모습과는 매우 다르다. 대부분의 별은 상대적으로 차가운 물체로, 주로 가시광선 또는 근적외선 스펙트럼 영역에서 에너지를 방출한다. 반면, 자외선 복사는 더 뜨거운 물체의 특징이며, 주로 별의 진화 초기 및 후기 단계에서 나타난다.
SDO와 SOHO 같은 우주 기반 태양 관측소는 자외선 망원경을 사용하여 태양 및 코로나의 활동을 관측한다. GOES-R 시리즈와 같은 기상 위성도 자외선으로 태양을 관측하는 망원경을 탑재하고 있다.
허블 우주 망원경과 FUSE는 근자외선 및 원자외선 스펙트럼을 관측하는 대표적인 우주 망원경이며, GALEX, 사운딩 로켓, 우주 왕복선 등에서도 자외선 관측 장비가 운용되었다. 자외선 천문학의 개척자로는 조지 로버트 캐루더스, 로버트 윌슨, 찰스 스튜어트 바우어 등이 있다.
2. 1. 초기 자외선 망원경
초기 자외선 망원경 개발은 여러 국가의 참여와 다양한 우주 임무를 통해 이루어졌다. 다음은 주요 초기 자외선 망원경 목록이다.
| 국가 | 망원경 이름 (관측 파장 범위) | 발사/운용 기간 |
|---|---|---|
| 미국 | 아폴로 16호에 탑재된 원자외선 카메라/분광기 | 1972년 4월 |
| 미국 + ESRO | TD-1A (135-286 nm) | 1972년–1974년 |
| 미국 | 궤도 천문대 | #2: 1968년-1973년, #3: 1972년-1981년 |
| 소련 | 오리온 1 및 오리온 2 우주 관측소 | #1: 200-380 nm (1971년), #2: 200-300 nm (1973년) |
| 미국 + 네덜란드 | 네덜란드 천문 위성 (150-330 nm) | 1974년–1976년 |
| 미국 + EU | 국제 자외선 탐사선 (115-320 nm) | 1978년–1996년 |
| 소련 | 아스트론-1 (150-350 nm) | 1983년–1989년 |
| 소련 | 미르의 Glazar 1 및 2 (165nm) | 1987년–2001년 |
| 미국 | FAUST (140-180 nm) | 1992년 3월[3] |
| 미국 | EUVE (7-76 nm) | 1992년–2001년 |
| 미국 | FUSE (90.5-119.5 nm) | 1999년–2007년 |
| 미국 + EU | 극자외선 영상 망원경 (17.1, 19.5, 28.4, 30.4 nm) | 해당사항 없음 |
| 미국 + EU | 허블 우주 망원경 (115-800 nm), STIS (115–1030 nm), WFC3 (200-1700 nm) | 1990년- |
| 미국 | 스위프트 감마선 폭발 임무 (170–650 nm) | 2004년- |
| 미국 | 홉킨스 자외선 망원경 | 1990년, 1995년 |
| 독일 | ROSAT XUV[4] (30-6 nm) | 1990년–1999년 |
| 미국 | 은하 진화 탐사선 (135–280 nm) | 2003년–2012년 |
| 일본 | 히사키 (130-530 nm) | 2013년-2023년 |
| 중국 | 달 기반 자외선 망원경 (LUT) (245-340 nm) | 2013년- |
| 인도 | 아스트로샛 (130-530 nm) | 2015년- |
| 미국 | 콜로라도 자외선 통과 실험 (255-330 nm) | 2021년- |
| EU | PROBA-3 (CUTE) (530-588 nm) | 2024년- |
| 독일 | 공공 망원경 (PST)[5] (100-180 nm) | 2015년 제안 |
| 미국 | Viewpoint-1 SpaceFab.US (200-950 nm) | 2022년 발사 예정[6] |
2. 2. 주요 자외선 망원경 프로젝트
다음은 주요 자외선 망원경 프로젝트들이다.| 국가 | 망원경 이름 | 파장 (nm) | 발사 연도 | 종료 연도 | 비고 |
|---|---|---|---|---|---|
| 미국 | 원자외선 카메라/분광기 | 1972년 4월 | 아폴로 16호 탑재 | ||
| 미국 + ESRO | TD-1A | 135-286 | 1972년 | 1974년 | |
| 미국 | 궤도 천문대 | 1968년 (#2), 1972년 (#3) | 1973년 (#2), 1981년 (#3) | ||
| 소련 | 오리온 1 및 오리온 2 우주 관측소 | #1: 200-380, #2: 200-300 | 1971년 (#1), 1973년 (#2) | ||
| 미국 + 네덜란드 | 네덜란드 천문 위성 | 150-330 | 1974년 | 1976년 | |
| 미국 + EU | 국제 자외선 탐사선 | 115-320 | 1978년 | 1996년 | |
| 소련 | 아스트론-1 | 150-350 | 1983년 | 1989년 | |
| 소련 | 미르의 Glazar 1 및 2 | 1987년 | 2001년 | Kvant-1에 탑재 | |
| 미국 | FAUST | 140-180 | 1992년 3월 | STS-45 임무, 우주 실험실 ATLAS-1 내[3] | |
| 미국 | EUVE | 7-76 | 1992년 | 2001년 | |
| 미국 | FUSE | 90.5-119.5 | 1999년 | 2007년 | |
| 미국 + EU | 극자외선 영상 망원경 | 17.1, 19.5, 28.4, 30.4 | SOHO에서 태양 관측 | ||
| 미국 + EU | 허블 우주 망원경 | 115-800 (다양), STIS: 115–1030, WFC3: 200-1700 | 1990년 (STIS: 1997년, WFC3: 2009년) | ||
| 미국 | 스위프트 감마선 폭발 임무 | 170–650 | 2004년 | ||
| 미국 | 홉킨스 자외선 망원경 | 1990년, 1995년 | |||
| 독일 | ROSAT XUV | 6-30 (17-210eV) | 1990년 | 1999년 | [4] |
| 미국 | 원자외선 분광 탐사선 | 90.5-119.5 | 1999년 | 2007년 | |
| 미국 | 은하 진화 탐사선 | 135–280 | 2003년 | 2012년 | |
| 일본 | 히사키 | 130-530 | 2013년 | 2023년 | |
| 중국 | 달 기반 자외선 망원경 (LUT) | 245-340 | 2013년 | 창어 3호 달 착륙선에 탑재 | |
| 인도 | 아스트로샛 | 130-530 | 2015년 | ||
| 미국 | 콜로라도 자외선 통과 실험 | 255-330 (분광기) | 2021년 | ||
| EU | PROBA-3 (CUTE) | 530-588 (코로나그래프) | 2024년 | ||
| 독일 | 공공 망원경 (PST) | 100-180 | 2015년 제안 | EU 자금 지원 연구[5] | |
| 미국 | Viewpoint-1 SpaceFab.US | 200-950 | 2022년 발사 예정 | [6] |
자외선망원경은 자외선 파장을 연구하는 망원경으로, 자외선을 가시광선처럼 반사할 수 있다. 퀘이사와 백색왜성이 포함된 온도가 매우 높은 천체를 연구하는 데 이용된다. 또한 별이 어떻게 형성되었는지, 별과 은하 사이에 있는 가스 성분은 무엇인지를 연구하는 데에도 이용된다.
자외선 망원경은 10nm(극자외선)에서 380nm(근자외선) 파장 영역의 자외선을 연구하는 망원경이다. GALEX, 사운딩 로켓, 우주 왕복선과 같은 소규모 관측소에서도 자외선 관측 장비가 운용되었다. 자외선 천문학은 조지 로버트 캐루더스, 로버트 윌슨, 찰스 스튜어트 바우어 등에 의해 개척되었다.
3. 작동 원리 및 구성 요소
자외선 스펙트럼 측정(분광법)은 성간 물질의 화학적 조성, 밀도, 온도를 식별하는 데 사용되며, 뜨겁고 젊은 별의 온도와 조성을 파악하는데 사용된다. 자외선 관측은 또한 은하의 진화에 대한 필수적인 정보를 제공할 수 있다. 더 차가운 별 주위를 공전하는 뜨거운 백색 왜성 또는 주계열성 동반성의 존재를 식별하는 데 사용될 수 있다.
자외선 우주는 친숙한 별과 은하가 가시광선에서 보이는 모습과는 매우 다르다. 대부분의 별은 실제로 상대적으로 차가운 물체로, 전자기 복사의 대부분을 가시광선 또는 근적외선 스펙트럼 영역에서 방출한다. 자외선 복사는 더 뜨거운 물체의 특징으로, 일반적으로 별의 진화의 초기 및 후기 단계에서 나타난다. 지구의 자외선 하늘에서 대부분의 별은 눈에 띄지 않게 될 것이다. 일부 매우 젊고 거대한 별과 일부 매우 오래된 별과 은하는 더 뜨거워지면서 탄생 또는 죽음에 가까워질수록 더 높은 에너지의 복사를 생성하며 볼 수 있게 된다. 가스와 먼지 구름은 우리 은하를 따라 많은 방향에서 시야를 가릴 것이다.
SDO 및 SOHO와 같은 우주 기반 태양 관측소는 자외선 망원경(각각 AIA 및 EIT라고 함)을 사용하여 태양 및 코로나의 활동을 관측한다. GOES-R 시리즈와 같은 기상 위성도 자외선으로 태양을 관측하기 위한 망원경을 탑재하고 있다.
허블 우주 망원경과 FUSE는 하늘의 근자외선 및 원자외선 스펙트럼을 관측하는 가장 최근의 주요 우주 망원경이었지만, GALEX, 사운딩 로켓 및 우주 왕복선과 같은 소규모 관측소에서도 다른 자외선 기기가 운용되었다.
과학자들은 대개 (거울, 렌즈, 반도체 디지털 검출기 등) 광학용 부품이 사용되므로 자외선 천문학을 광학 천문학(optical astronomy)의 일부로 분류한다.
4. 주요 임무 및 관측 대상
자외선 천문학은 거울, 렌즈, 반도체 디지털 검출기 등 광학용 부품이 사용되므로 광학 천문학(optical astronomy영어)의 일부로 분류된다.
4. 1. 태양 관측
SDO 및 SOHO와 같은 우주 기반 태양 관측소는 자외선 망원경(각각 AIA 및 EIT라고 함)을 사용하여 태양 및 코로나의 활동을 관측한다. GOES-R 시리즈와 같은 기상 위성도 자외선으로 태양을 관측하기 위한 망원경을 탑재하고 있다.
4. 2. 별과 은하 관측
자외선망원경은 퀘이사와 백색왜성을 포함한 온도가 매우 높은 천체를 연구하는 데 이용된다. 또한 별의 형성 과정과 별과 은하 사이에 있는 가스 성분에 대한 연구에도 활용된다.optical astronomy영어[10][11]
자외선 스펙트럼 측정(분광법)은 성간 물질의 화학적 조성, 밀도, 온도를 식별하고, 뜨겁고 젊은 별의 온도와 조성을 파악하는 데 사용된다. 자외선 관측은 은하의 진화에 대한 필수적인 정보를 제공하며, 차가운 별 주위를 공전하는 뜨거운 백색 왜성 또는 주계열성 동반성의 존재를 식별하는 데에도 사용될 수 있다.
자외선 우주는 가시광선에서 보이는 친숙한 별과 은하의 모습과는 매우 다르다. 대부분의 별은 실제로 상대적으로 차가운 물체로, 전자기 복사의 대부분을 가시광선 또는 근적외선 스펙트럼 영역에서 방출한다. 자외선 복사는 더 뜨거운 물체의 특징으로, 일반적으로 별의 진화 초기 및 후기 단계에서 나타난다. 지구의 자외선 하늘에서 대부분의 별은 눈에 띄지 않게 될 것이다. 일부 매우 젊고 거대한 별과 일부 매우 오래된 별과 은하는 더 뜨거워지면서 탄생 또는 죽음에 가까워질수록 더 높은 에너지의 복사를 생성하며 볼 수 있게 된다. 가스와 먼지 구름은 우리 은하를 따라 많은 방향에서 시야를 가릴 것이다.
허블 우주 망원경과 FUSE는 하늘의 근자외선 및 원자외선 스펙트럼을 관측하는 가장 최근의 주요 우주 망원경이었다.
4. 3. 기타 천체 관측
자외선망원경은 퀘이사와 백색왜성을 포함하여 온도가 매우 높은 천체를 연구하는 데 이용된다. 또한 별이 어떻게 형성되었는지, 별과 은하 사이에 있는 가스 성분은 무엇인지를 연구하는 데에도 이용된다.
자외선 분광법은 성간 물질의 화학적 조성, 밀도, 온도를 식별하는 데 사용되며, 뜨겁고 젊은 별의 온도와 조성을 파악하는 데 사용된다. 자외선 관측은 은하의 진화에 대한 필수적인 정보를 제공할 수 있으며, 더 차가운 별 주위를 공전하는 뜨거운 백색 왜성 또는 주계열성 동반성의 존재를 식별하는 데 사용될 수 있다.
자외선 우주는 가시광선에서 보이는 친숙한 별과 은하의 모습과는 매우 다르다. 대부분의 별은 실제로 상대적으로 차가운 물체로, 전자기 복사의 대부분을 가시광선 또는 근적외선 스펙트럼 영역에서 방출한다. 자외선 복사는 더 뜨거운 물체의 특징으로, 일반적으로 별의 진화 초기 및 후기 단계에서 나타난다. 지구의 자외선 하늘에서 대부분의 별은 눈에 띄지 않게 될 것이다. 일부 매우 젊고 거대한 별과 일부 매우 오래된 별, 그리고 은하는 더 뜨거워지면서 탄생 또는 죽음에 가까워질수록 더 높은 에너지의 복사를 생성하며 볼 수 있게 된다. 가스와 먼지 구름은 우리 은하를 따라 많은 방향에서 시야를 가릴 것이다.
5. 자외선 우주 망원경 목록
| 망원경 이름 | 국가 | 파장 범위 (nm) | 발사/운용 기간 |
|---|---|---|---|
| 원자외선 카메라/분광기 | 미국 | 1972년 4월 | |
| TD-1A | 미국 + ESRO | 135-286 | 1972–1974 |
| 궤도 천문대 | 미국 | #2: 1968-73, #3: 1972-1981 | |
| 오리온 1 및 오리온 2 우주 관측소 | 소련 | #1: 200-380, #2: 200-300 | 1971, 1973 |
| 네덜란드 천문 위성 | 미국 + 네덜란드 | 150-330 | 1974–1976 |
| 국제 자외선 탐사선 | 미국 + EU | 115-320 | 1978–1996 |
| 아스트론-1 | 소련 | 150-350 | 1983–1989 |
| Glazar 1 및 2 (미르의 Kvant-1에 탑재) | 소련 | 1987–2001 | |
| FAUST | 미국 | 140-180 | 1992년 3월 (STS-45 임무, 우주 실험실 ATLAS-1 내) [3] |
| EUVE | 미국 | 7-76 | 1992–2001 |
| FUSE | 미국 | 90.5-119.5 | 1999–2007 |
| 극자외선 영상 망원경 (SOHO에 탑재) | 미국 + EU | 17.1, 19.5, 28.4, 30.4 (태양 관측) | |
| 허블 우주 망원경 | 미국 + EU | 115-800 (다양) | 1990-1997- (STIS: 115–1030, 1997–) (WFC3: 200-1700, 2009–) |
| 스위프트 감마선 폭발 임무 | 미국 | 170–650 | 2004- |
| 홉킨스 자외선 망원경 | 미국 | 1990년, 1995년 발사 | |
| ROSAT XUV | 독일 | 30-6 (17-210eV) | 1990–1999 [4] |
| 은하 진화 탐사선 | 미국 | 135–280 | 2003–2012 |
| 히사키 | 일본 | 130-530 | 2013 - 2023 |
| 달 기반 자외선 망원경 (LUT) (창어 3호 달 착륙선에 탑재) | 중국 | 245-340 | 2013 - |
| 아스트로샛 | 인도 | 130-530 | 2015 - |
| 콜로라도 자외선 통과 실험 | 미국 | 255-330 (분광기) | 2021- |
| PROBA-3 (CUTE) | EU | 530-588 (코로나그래프) | 2024- |
| 공공 망원경 (PST) | 독일 | 100-180 | 2015년 제안 (EU 자금 지원 연구) [5] |
| Viewpoint-1 SpaceFab.US | 미국 | 200-950 | 2022년 발사 예정 [6] |
6. 행성 탐사선에 탑재된 자외선 관측 장비
다음은 행성 탐사선에 탑재된 자외선 관측 장비 목록이다.
| 탐사선 | 장비명 | 발사 연도 | 운용 행성 및 기간 |
|---|---|---|---|
| 카시니 | UVIS | 1997년 | 토성 (2004년 ~ 2017년) |
| 메신저 | MASCS | 2004년 | 수성 (2011년 ~ 2015년) |
| 뉴 호라이즌스 | 앨리스 | 2006년 | 명왕성 통과 (2015년) |
| 주노 | UVS | 2011년 | 목성 (2016년 ~ 현재) |
| MAVEN | IUVS | 2013년 | 화성 (2014년 ~ 현재) |
7. 미래 전망
허블 우주 망원경과 FUSE는 하늘의 근자외선 및 원자외선 스펙트럼을 관측하는 가장 최근의 주요 우주 망원경이었지만, GALEX, 사운딩 로켓, 우주 왕복선과 같은 다른 소규모 관측소에서도 자외선 기기가 운용되었다.
참조
[1]
서적
Allen's Astrophysical Quantities
Springer-Verlag
2000
[2]
웹사이트
Ultraviolet Light
https://science.ksc.[...]
2017-02-12
[3]
간행물
A study of the impact of the space shuttle environment on faint far-UV geophysical and astronomical phenomena
1993
[4]
문서
R. Staubert, H. Brunner,1 H.-C. Kreysing - The German ROSAT XUV Data Center and a ROSAT XUV Pointed Phase Source Catalogue (1996)
http://iraf.noao.edu[...]
[5]
뉴스
Ein privates Weltraumteleskope für Amateure und Profis
Spektrum DE
2015-06
[6]
웹사이트
Space Telescopes
http://www.spacefab.[...]
[7]
논문
Ultraviolet astronomy
1972
[8]
논문
Ultraviolet astronomy
1969
[9]
논문
Ultraviolet astronomy
1969
[10]
간행물
天文学 ハッブル望遠鏡 発見ベストテン
2006年
[11]
간행물
ハッブル宇宙望遠鏡でみた宇宙 最初の1年の成果
1992
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