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플라토 (우주망원경)

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목차

1. 개요

플라토 (PLATO, PLAnetary Transits and Oscillations of stars)는 유럽 우주국(ESA)의 코스믹 비전 프로그램의 일환으로 개발된 우주 망원경이다. 2007년 제안되어 2014년 M3급 과학 임무로 채택되었으며, 2026년 발사 예정이다. 플라토는 태양형 별의 생물권 내 지구형 행성을 탐지하고, 행성 거주 가능성을 결정하는 데 필요한 특성을 파악하는 것을 목표로 한다. 26대의 카메라를 탑재하여 넓은 시야를 확보하고, 밝은 별을 관측하여 행성 매개변수를 정밀하게 측정할 수 있도록 설계되었다. 데이터는 분기별로 공개되며, 일부 별에 대한 데이터는 독점 기간을 거쳐 공개될 예정이다. 플라토 임무 컨소시엄(PMC)이 탑재체 및 과학 운영을 담당하며, 여러 국가의 연구 기관이 참여한다.

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플라토 (우주망원경)
미션 정보
임무 형태우주 관측소
운영ESA
웹사이트PLATO
임무 기간4년 (추가 4년 임무 연장 가능)
우주선 정보
제작사OHB System AG
발사 질량2134 kg (추진제 103 kg 포함)
탑재체 질량533 kg
전력1,950 W
발사 정보
발사 예정일2026년
발사 로켓아리안 62
발사 장소쿠루 ELA-4
발사 계약자아리안스페이스
궤도 정보
궤도 기준점태양-지구 L2
망원경 정보
망원경 형태다중 굴절 망원경
망원경 개수26대
망원경 구경120 mm (각 망원경)
관측 영역2,250 deg²
망원경 파장가시광선: 500 ~ 1,000 nm
프로그램 정보
프로그램코스믹 비전
이전 미션SMILE
다음 미션ARIEL

2. 역사

PLATO는 2007년 유럽 우주국(ESA)의 코스믹 비전 2015–2025 프로그램에 대한 응답으로 과학자 팀에 의해 처음 제안되었다.[6] 2010년 7월, ESA는 2024년 발사 기회를 위한 중급 임무(M3 임무) 후보 4개를 2011년 2월에 선정했다.[2][7] PLATO는 코스믹 비전 프로그램의 일환으로 구현될 M3급 과학 임무로 2014년 2월 19일에 발표되었다. 연구된 다른 경쟁 개념으로는 EChO, LOFT, MarcoPolo-R 및 STE-QUEST의 네 가지 후보 임무가 있었다.[8]

2015년 1월, ESA는 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space),[9] 에어버스 디펜스 앤 스페이스(Airbus DS) 및 OHB 시스템 AG를 선정하여 PLATO의 시스템 및 하위 시스템 측면을 정의하기 위한 세 가지 병렬 B1 단계 연구를 수행했다. 2017년 6월 20일, ESA는 PLATO를 과학 프로그램에 채택하여[10] 임무가 청사진에서 건설 단계로 이동할 수 있게 되었다.

PLATO는 고대 그리스의 철학자 플라톤(기원전 428–348년)의 이름을 따서 지어졌다. 생명 가능 영역 내 지구형 행성 검출을 주 목적으로 하는 PLATO는 프랑스 천체 물리학자 클로드 카탈라(현 파리 천문대장)의 팀에 의해 구상되어, 2007년에 제안되었다. 2014년 2월 19일에 "마르코 폴로 R"이나 "EChO" 등 다른 4 후보를 제치고 코스믹 비전 중규모 프로젝트의 세 번째 미션 틀(M3)로 선정되었다.

우주선의 조달은 ESA의 관리하에 진행되었으며, 2018년 10월에 독일의 OHB 시스템사를 PLATO의 제조를 담당하는 주 계약자로 2.88억유로의 계약을 체결했다. 여기에 탈레스 알레니아 스페이스(프랑스) 및 RUAG Space사(스위스)를 더한 3사를 중핵으로 개발·제조가 진행된다.

3. 목표

PLATO(플라토)의 목표는 태양형 별의 생물권 내 지구형 행성 외계 행성을 탐지하고, 행성 거주가능성을 결정하는 데 필요한 주요 특성을 파악하는 것이다.[12][2] 이를 위해 PLATO는 다음과 같은 목표를 가진다.


  • 다수의 가까운 외계 행성계를 발견하고 특성화한다. 행성 반지름은 최대 3%, 별의 나이는 최대 10%, 행성의 질량은 최대 10%의 정밀도로 측정한다(후자는 지상 방사 속도 측정과 결합).
  • 태양형 별 주위의 생물권에서 지구 크기 행성 및 슈퍼 지구를 탐지하고 특성화한다.
  • 전형적인 구조와, 모성 및 환경 특성에 대한 의존성을 연구하기 위해 많은 외계 행성계를 발견하고 특성화한다.
  • 별의 내부 구조와 나이에 따른 진화를 연구하기 위해 별진동학을 측정한다.
  • 외계 행성 대기를 조사하기 위한 분광학적 측정을 위한 좋은 표적을 식별한다.


PLATO는 비교적 밝은 별(4~11등급)을 연구한다는 점에서 CoRoT, TESS, CHEOPS, 케플러 우주 망원경과 다르다. 이 때문에 행성 매개변수를 더욱 정확하게 결정할 수 있으며, 지상 망원경을 이용한 후속 방사 속도 측정을 통해 행성을 확인하고 질량을 측정하기가 더 쉬워진다. 체류 시간은 미국 항공우주국(NASA)의 TESS 임무보다 길어 장주기 행성에 민감하게 반응할 수 있다.

4. 설계

PLATO의 한쪽 면을 덮는 선실드는 관측 장비를 열적으로 보호하고 카메라에 미광이 입사하는 것을 방지하며, 동시에 표면에 배치된 태양 전지 패널을 통해 2145W의 전력을 서비스 모듈과 탑재체에 공급한다.

탑재체는 구경 12cm의 굴절 광학계를 가진 26대의 카메라를 사용하며, 이 카메라는 30도의 경사를 가진 광학 벤치 위에 배치된다. 26대의 카메라 중 24대는 촬영 간격 25초의 일반 카메라, 나머지 2대는 PLATO의 자세 제어에 이용하는 촬영 간격 2.5초의 고속 카메라이다.

24대의 일반 카메라는 동일 시야의 6대를 세트로 하는 4개의 그룹으로 구성된다. 각 그룹은 시야가 일부 겹치도록 중심축으로부터 9.2도의 각도 차를 두고 설치되어 있어, 2,232제곱도의 넓은 합성 시야를 확보할 수 있다. 개별 일반 카메라도 1,037제곱도의 넓은 시야를 가지며, PLATO의 합성 시야 중앙에서는 여러 카메라의 시야가 중첩됨으로써 S/N비가 개선되어 더 높은 품질의 관측 데이터를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 각 카메라는 20메가픽셀(4510×4510)의 CCD를 4장 탑재하며, 26대의 카메라를 모두 합하면 총 화소 수는 2기가픽셀을 초과한다. 하루에 획득되는 데이터량은 435GB에 달할 것으로 보인다.

4. 1. 광학계

플라토 탑재체는 총 26개의 카메라를 사용하는 다중 망원경 방식을 기반으로 한다. 24개의 "일반" 카메라는 4개의 그룹으로, 2개의 "고속" 카메라는 밝은 별을 관측하기 위해 구성되어 있다.[2] 24개의 "일반 카메라"는 25초 주기로 겉보기 등급 8보다 어두운 별을 관측하며, 2개의 "고속" 카메라는 2.5초 주기로 4~8등급 사이의 별을 관측한다.[2][13] 이 카메라는 6개의 렌즈를 사용하는 굴절 망원경이다. 각 카메라는 120mm 렌즈 지름과 1,100 deg2의 시야를 가진다. 각 카메라에는 4510 x 4510 픽셀의 4개 CCD로 구성된 CCD 응시 배열이 장착되어 있다.[2]

24개의 "일반 카메라"는 시선이 +ZPLM 축에서 9.2° 각도로 오프셋된 6개의 카메라로 구성된 4개의 그룹으로 배치된다. 이 구성은 1회 지점 당 약 2,250 deg2의 순간적인 시야를 조사할 수 있게 한다.[2]

26대의 카메라는 구경 12cm의 굴절 광학계를 가지며 30도 경사의 광학 벤치 위에 배치된다. 이 중 24대는 25초 간격의 일반 카메라, 2대는 플라토 자세 제어에 사용되는 2.5초 간격의 고속 카메라이다.

24대의 일반 카메라는 동일 시야의 6대씩 4개의 그룹으로 구성된다. 각 그룹은 중심축에서 9.2도 각도로 시야가 일부 겹치도록 설치되어 2,232제곱도의 넓은 합성 시야를 얻는다. 개별 일반 카메라도 1,037제곱도의 넓은 시야를 가지며, 플라토 합성 시야 중앙에서는 여러 카메라의 시야가 중첩되어 S/N비가 개선, 고품질의 관측 데이터 획득이 예상된다. 각 카메라는 20메가픽셀(4510×4510) CCD 4장을 탑재하며, 26대 카메라의 총 화소 수는 2기가픽셀을 초과한다.

4. 2. 기타 장비

PLATO의 한쪽 면을 덮는 선실드는 관측 장비를 열적으로 보호하고 카메라에 미광이 입사하는 것을 방지하며, 동시에 표면에 배치된 태양 전지 패널을 통해 2145W의 전력을 서비스 모듈과 탑재체에 공급한다.[1]

탑재되는 구경 12cm의 굴절 광학계를 가진 카메라는 총 26대로, 30도의 경사를 가진 광학 벤치 위에 배치된다.[1] 이 중 24대는 촬영 간격 25초의 일반 카메라, 나머지 2대는 PLATO의 자세 제어에 이용하는 촬영 간격 2.5초의 고속 카메라이다.[1]

24대의 일반 카메라는 동일 시야의 6대를 세트로 하는 4개의 그룹으로 구성된다.[1] 각 그룹은 시야가 일부 겹치도록 중심축으로부터 9.2도의 각도 차를 두고 설치되어, 2,232제곱도의 넓은 합성 시야를 얻을 수 있다.[1] 개별 일반 카메라도 1,037제곱도의 넓은 시야를 가지며, PLATO의 합성 시야 중앙에서는 많은 카메라의 시야가 중첩됨으로써 S/N비가 개선되어, 고품질의 관측 데이터 획득이 예상된다.[1] 각 카메라는 20메가픽셀(4510×4510)의 CCD를 4장 탑재하며, 26대 카메라의 총 화소수는 2기가픽셀을 초과한다.[1] 하루에 획득되는 데이터량은 435GB에 달할 것으로 보인다.[1]

5. 관측 운용

PLATO는 2026년에 발사되어 지구에서 볼 때 태양의 반대편 150만 km 거리에 있는 라그랑주점 L2를 도는 궤도에서 관측을 수행할 계획이다. 관제는 독일의 유럽 우주 운영 센터(ESOC)가 담당하며, 획득된 관측 데이터는 스페인의 유럽 우주 천문학 센터(ESAC)에서 분석되어 각 연구 기관에 제공된다.[1]

지상의 망원경과의 연계 관측이 가능하도록 11등급보다 밝은 항성을 대상으로 선택하여, 수 개월에서 수 년에 걸쳐 장기간 관측을 수행한다. 탐지한 행성 반지름을 3%의 정밀도로 결정하고, 이를 지상에서 얻은 도플러 분광법 관측으로 구한 행성 질량과 결합하여 행성의 밀도를 계산할 수 있다. 이를 통해 행성의 반지름, 밀도, 궤도의 분포 실태를 밝히고 행성 형성 모델을 좁히는 연구가 진행될 것이다. 이는 지구와 유사한 행성이 다른 항성계에서 어느 정도의 빈도로 존재하는지에 대한 지식 획득으로 이어진다. 또한 장기간의 포인트 관측을 통해 시야 내의 항성에 대해서도 별진동학 데이터를 수집하여 그 질량, 반지름, 연령을 분석한다.[1]

6. 데이터 공개 일정

각 분기별 측광 데이터(광도 곡선 포함)와 고차 과학 제품은 검증 기간이 끝난 후 6개월에서 1년 사이에 공개될 예정이다. 데이터는 우주선의 90도 회전 간격인 분기별로 처리된다. 첫 번째 관측 분기의 경우 데이터 검증 및 파이프라인 업데이트에 6개월이 필요하며, 다음 분기에는 3개월이 필요하다.[14]

250,000개 중 2,000개 이하의 소수 별은 독점적 지위를 갖게 되며, 이는 특정 기간 동안 PLATO 미션 컨소시엄 구성원만 해당 데이터에 접근할 수 있음을 의미한다. 이들은 각 관측 영역에 대해 PLATO 관측의 처음 3개월을 사용하여 선정될 것이다. 독점 기간은 지상 관측 완료 후 6개월 또는 미션 보관 단계 종료(발사일 + 7.5년) 중 먼저 도래하는 시점까지로 제한된다.[14]

7. 관리

PLATO 임무 컨소시엄(PMC)은 탑재체와 과학 운영에 대한 주요 기여를 담당하며, 독일 항공우주 센터(DLR) 행성 연구소의 하이케 라우어 교수가 이끌고 있다. 망원경 광학 장치의 설계는 이탈리아, 스위스, 스웨덴의 국제 팀에 의해 이루어지며, INAF(이탈리아 국립 천체물리학 연구소) 파도바 천문대의 로베르토 라가초니가 조정한다. 망원경 광학 장치 개발은 이탈리아 우주국, 스위스 우주국, 스웨덴 국립 우주 위원회의 자금 지원을 받는다. 500명 이상의 전문가로 구성된 PMC 과학 관리(PSM)는 워릭 대학교의 돈 폴라코 교수가 조정하며, 다음 분야에 대한 전문 지식을 제공한다.


  • PLATO 입력 목록(PIC) 준비
  • PLATO가 관측하기에 최적의 영역 식별
  • 후속 관측 조정
  • PLATO의 데이터 제품 과학적 검증[11]


우주선의 조달은 ESA의 관리하에 진행되었으며, 2018년 10월에 독일의 OHB 시스템사를 PLATO의 제조를 담당하는 주 계약자로 2.88억유로의 계약을 체결했다. 여기에 탈레스 알레니아 스페이스사(프랑스) 및 RUAG Space사(스위스)를 더한 3사를 중핵으로 개발·제조가 진행된다. 탑재되는 관측 기기의 개발과 PLATO의 관측 운용은 유럽 23개국의 과학자가 참여하고 ESA가 자금을 제공하는 PLATO 컨소시엄에 의해 이루어진다.

참조

[1] 웹사이트 Mission Operations https://sci.esa.int/[...] 2021-01-13
[2] 웹사이트 PLATO - Camera Telescope Optical Units http://www.oact.inaf[...] 2014
[3] 뉴스 PLATO spacecraft to find new Earth-like exoplanets https://phys.org/new[...] Max Planck Society 2017-06-21
[4] 뉴스 Plato planet-hunter in pole position https://www.bbc.co.u[...] 2014-01-29
[5] 뉴스 Plato http://sci.esa.int/p[...] European Space Agency
[6] 웹사이트 PLATO 2.0 http://www.oact.inaf[...] 2014
[7] 문서 Cosmic Vision M3 candidate missions presentation event http://sci.esa.int/c[...] 2014-01-21
[8] 웹사이트 ESA selects planet-hunting PLATO mission http://www.esa.int/O[...] European Space Agency
[9] 웹사이트 ESA Selects Thales Alenia Space for PLATO Phase B1 Study http://www.satellite[...] Via Satellite 2015-01-12
[10] 웹사이트 Gravitational wave mission selected, planet-hunting mission moves forward http://sci.esa.int/c[...]
[11] 웹사이트 PSM https://platomission[...] 2018-05-03
[12] 문서 PLATO Definition Study Report https://sci.esa.int/[...] 2017-04
[13] 간행물 PLATO: detailed design of the telescope optical units. 2010
[14] 웹사이트 PLATO Science Management Plan https://www.cosmos.e[...] 2017-10-11
[15] 문서 その名称は古代ギリシアの哲学者プラトンにかけたバクロニムとなっている。
[16] 문서 2014年のミッション選定の時点では搭載カメラ34台、打ち上げは2024年の構想であったが、その後の計画見直しで搭載カメラは26台、打ち上げは2026年へ変更された。
[17] 뉴스 Europe's space agency begins building phase to search for Earth-like planets http://www.news4euro[...] news4europe 2018-10-04
[18] 뉴스 PLATO spacecraft to find new Earth-like exoplanets https://phys.org/new[...] Max Planck Society 2017-06-21
[19] 뉴스 Plato planet-hunter in pole position https://www.bbc.co.u[...] 2014-01-29
[20] 뉴스 Plato http://sci.esa.int/p[...] European Space Agency


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