허블우주망원경

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허블 우주 망원경
Hubble Space Telescope
HST-SM4.jpeg
애틀랜티스 우주왕복선 STS-125에서 촬영한 허블 우주 망원경. (2009년 5월 19일)
관리 기관  미항공우주국/유럽우주국/STScI
NSSDC ID  1990-037B
위치  지구 저궤도
궤도유형  원형에 가까움
고도  559km
주기  96 ~ 97분
속도  초속 7,500 m
중력가속도 8.169 m/s2
발사일  1990년 4월 24일
발사지역 케네디 우주센터
발사체  우주왕복선(디스커버리 STS-31)
임무 기간  1990년 4월 24일 ~ (2017 ± 4)년
(궤도이탈)
궤도이탈  2013년 ~ 2021년 사이로 추정[1]
제원
질량  11,567 kg
크기 12.9 m
유형  리치 크레시앙식 반사망원경
파장  가시광, 자외선, 근적외선
구경 2.4 m
집광부  4.5 m2[2]
관측장비
장비 1  NICMOS
특징 적외선 카메라/분광기
장비 2  ACS
특징  광학 측량 카메라 (수리 완료)
장비 3  WFC3
특징 광시야 광학 카메라
장비 4 STIS
특징 광학 분광기/카메라 (수리 완료)
장비 5  FGS
특징  3개의 미세 유도 센서
웹사이트  http://www.nasa.gov/hubble/
http://hubble.nasa.gov/
http://hubblesite.org/
http://www.spacetelescope.org/

허블 우주 망원경(Hubble 宇宙 望遠鏡)은 미국 항공우주국(NASA)에서 쏘아 올려 지구 대기권 밖에서 지구 궤도를 돌고 있는 천문 관측용 망원경이다. 미국 천문학자 에드윈 허블(Edwin Hubble)의 이름을 따서 명명된 이 망원경은, 지구 대기권 밖에서 가동되는 우주 망원경들 중 가장 크고 가장 유명한 망원경이다. 1990년 4월 25일 디스커버리 우주왕복선에 실려 지구 상공 610km 궤도에 올려진 뒤 우주 관측 활동을 시작한 이래, 그 전까지 지상 망원경으로는 얻을 수 없었던 고분해능의 관측 자료를 많이 생산해내었으며, 이러한 관측 자료를 통해 천문학 발전에 많은 공헌을 하고 있다.

역사[편집]

기획[편집]

허블 우주 망원경의 역사는, 천문학자 라이만 스피처(Lyman Spitzer)가 최초로 우주 망원경의 개념을 제안했던 1946년까지 거슬러 올라간다. 스피처는, 지구 대기권 밖에 존재함으로써 지구 대기 요동에 의한 화상 질 저하를 피할 수 있고, 지구 대기로 인한 관측 파장의 제한을 받지 않는 망원경을 만들 것을 제안했었다. 스피처는 ‘우주 망원경’의 아버지와 같은 인물로서, 2003년에 발사된 적외선 우주 망원경인 스피처 우주 망원경은 그의 이름을 따서 명명되었다.

제작[편집]

1990년 4월 25일 디스커버리에서 분리되는 허블 우주 망원경

스피처의 제안은 그 후 계속 논의되어오다가, 1969년미국에서 3m의 우주 망원경을 구체적으로 제안하여, 미국 항공우주국(NASA)에서 추진이 되기 시작했다. 하지만, 예산 문제로 최초 제안됐던 3 m 크기는 2.4 m로 조정되었으며, 유럽 우주국(ESA)도 유럽 천문학자들이 관측 시간의 일정 지분을 얻는 조건으로 참여하여, 예산 일부를 부담하고 허블 우주 망원경에 실릴 관측 기기 제작에도 참여하게 되었다. 허블 우주 망원경의 주 거울의 제작은 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer)사에서 담당하였으며, 본체는 록히드 마틴사에서 제작하였다. 마침내 1990년 4월 24일 우주왕복선 디스커버리 호에 실려서 발사되어 예정된 궤도에 진입했다.

주 거울의 결함 및 보수[편집]

허블 우주 망원경이 궤도에 안착한 이후에 최초로 찍어서 보내온 천체 영상은 당시의 어떤 지상 망원경으로 찍은 영상보다도 더 선명했지만, 애초에 기대했던 것에는 훨씬 못 미치는 것이었다. 천문학자들은 그 이후 더 쌓인 영상 자료로부터 문제점의 원인을 분석했는데, 허블 우주 망원경의 주 거울의 경면이 애초의 설계 시방과는 다르게 잘못 제작된 것을 알게 되었다. 이로 인해, 허블 우주 망원경의 광학계에 구면 수차가 발생해서 영상의 초점이 제대로 맺히지 못하는 문제점이 이야기된 것이다. 이 상태로는 애초의 주 관측 대상이었던 아주 희미한 천체의 관측이 불가능했고, 이는 허블 우주 망원경으로 수행하려고 했었던 가장 중요한 관측 과제들이 수행 불가능해짐을 의미했다. 천문학자들은 임시적 해결책으로 영상 처리(image processing)나 디콘볼루션(deconvolution)[3] 등을 통해서 어느 정도 영상을 재처리한 후에 과학적 연구를 수행하였다. 하지만 이 방법도 근본적인 해결책은 못 되었다.

허블 우주 망원경에 보정 광학계를 장착하기 전과 후의 영상 차이.

이 문제를 보다 근본적으로 해결하기 위하여, NASA는 허블 우주 망원경에 추가의 보정 광학계를 새로 장착하기로 하였다. 말하자면, 허블 우주 망원경에 안경을 씌워주기로 한 것이다. 1993년 12월, 엔데버 우주왕복선의 우주 비행 도중 우주 비행사들은 허블 우주 망원경을 엔데버의 화물칸에 끌어들여서 추가의 보정 광학계인 COSTAR를 장착하고 이에 맞춰서 처음 장착되어 있던 WF/PC (Wide Field/Planetary Camera)를 WFPC2(Wide Field and Planetary Camera 2)로 교체하였다. 이 작업 이후 새로 찍은 영상들을 보면, 그 전에 비해 엄청난 질적 향상이 이루어졌으며, 최초 허블 우주 망원경에 기대했던 수준에 도달했음을 알 수 있다.

정비 및 업그레이드[편집]

허블 우주 망원경은, 우주 공간에서 운용되는 동안 우주비행사들이 접근해서 고장난 부분의 정비 및 장비의 업그레이드가 가능하도록 기획된 망원경이었다. 가장 대표적인 예가 바로 허블 우주 망원경 주 거울의 오류를 보완하기 위한 보정 광학계의 장착이다.

위에서 언급한 정비를 포함하여, 현재까지 모두 5차례 우주 비행사들이 허블 우주 망원경에 접근하여 고장난 장비의 수리 및 교체, 그리고 과학 관측기기들을 업그레이드하였다. 가장 최근에 실시된 업그레이드는 2009년 5월에 이루어진 STS-125 미션이다.

2009년 5월에 다섯 번째이자 마지막 정비 임무(Service Mission)인 STS-125가 발사되었는데, 이 정비 임무에는 자이로스코프와 배터리의 교체 등이 포함되어 있었다. 또한 새로운 관측 장비인 WFC3 (Wide Field Camera 3) 및 Cosmic Origins Spectrograph (COS)가 장착되었으며, 고장나서 가동이 중단됐던 Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) 및 ACS를 수리하였다.

물리적 특성 및 제원[편집]

1997년 2월의 허블 우주 망원경

허블 우주 망원경은 무게 12.2t, 주거울 지름 2.4m, 경통의 길이가 약 13m인 리치-크레티앙식의 반사 망원경이다. 지구 상공 610km 고도의 궤도를 약 97분에 한 번씩 돌면서 천체 관측을 수행한다. 경통에 달린 두 개의 태양 전지판을 이용해서 가동에 필요한 전원을 확보하며, 내부에 장착된 배터리에 발전된 전력을 저장해둔다.

지상의 통제소는 허블 우주 망원경과 교신을 통해, 미리 지정된 순서에 따라 관측을 지시하며, 허블 우주 망원경으로부터 자체 상태 점검 자료 및 관측 자료를 수신한다.

허블 우주 망원경의 주 거울 뒷편 초점부에는 각종 관측 기기들이 장착되어 있으며, 우주 비행사들이 접근하여 고장난 관측 기기의 수리 및 교체, 새로이 업그레이드된 기기를 장착할 수 있도록 되어 있다. 현재 아래 네 개의 관측 기기가 장착되어 있다.

탑재된 관측 장비[편집]

  • WFPC2(Wide Field and Planetary Camera 2, 광시야 행성 카메라 2)
  • ACS(Advanced Camera for Surveys, 탐사용 고성능 카메라)
  • STIS(Space Telescope Imaging Spectrograph, 우주 망원경 화상 분광기)
  • NICMOS(Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, 근적외선 카메라와 다중 물체 분광기)

현재 상황 및 미래[편집]

2007년 1월 27일에 ACS의 전원부 고장으로 ACS의 가동이 중단되었다. 그 이후 부분적으로 복구되어 현재 ACS는 Solar Blind Channel만 가동되고 있고, 그전까지 주요한 관측이 이루어졌던 HRC(High Resolution Channel)와 WFC(Wide Field Channel)은 복구되지 않았다. 이로 인해 허블 우주 망원경의 주 관측은 WFPC2로 이루어지고 있으나, ACS에 비해 많은 제약을 받는다.

또한 허블 우주 망원경은 자체 자세 제어를 3개의 자이로스코프를 이용해서 하고 있으나, 현재 실려있는 6개의 자이로스코프 중 이미 3개가 고장나서 더 이상 여분의 자이로스코프가 없는 상황이다. 우주왕복선에 의한 정비를 받을 때까지 버티기 위해서 2005년 8월부터 2개의 자이로스코프만을 이용하여 운용되는 중인데, 3개를 이용할 때보다 관측할 수 있는 영역에 제한을 받고, 아주 정밀한 지향을 요구하는 관측은 불가능하다.

위와 같은 상황은 우주 왕복선이 방문해서 허블 우주 망원경을 정비하기 전까지는 해결되지 않는다. 그렇지만 2003년 우주 왕복선 컬럼비아호의 사고 이후 우주 왕복선의 운용이 중단되었고, 이에 따라 2004년으로 예정되어 있었던 허블 우주 망원경의 다섯 번째 정비 임무는 취소된 바 있다. 하지만, 허블 우주 망원경을 계속 보수해서 사용하길 원하는 천문학자 및 그 외 사람들의 여론들에 의해, NASA는 기존의 입장을 번복하고 다섯 번째 정비 임무를 재검토하게 됐다. 그 결과, 2008년 8월에 발사된 우주 왕복선에 의해 정비가 이루어졌으며 이는 마지막 정비가 될 것이다. 이 정비 임무에는 자이로스코프 6개 및 배터리의 교체, 고장난 관측 기기의 수리 및 새로운 관측 장비의 장착 등이 포함되었다. 이로 인해 허블 우주 망원경의 수명은 최소 5년 이상 연장될 것으로 예상되었으며, 제임스 웹 우주 망원경이 2014년까지 테스트를 마치고 2015년 이후에 발사될 때까지는 허블 우주 망원경이 계속 운용될 전망이다.

2009년 5월 19일 기준으로 허블 우주 망원경 수리 임무인 STS-125가 완료되었다. 이리하여 수명이 5~10년 연장되었다.

발사 20주년 기념 사진 공개[편집]

2010년 미국 항공우주국유럽 우주국(ESA)에서는 허블 발사 20주년을 기념하여 그동안 허블 망원경으로 찍은 사진들을 공개하였다. 그리고 나사의 전문가들이 고른 100개 이상의 사진과 저명한 과학자들이 덧붙인 설명을 담은 책 Hubble: A Journey Through Space and Time[4]이 출간되었다.

주석[편집]

  1. 2003 Estimate of Hubble re-entry
  2. SYNPHOT User's Guide, version 5.0, Space Telescope Science Institute, p.27
  3. 디콘볼루션(deconvolution)은 사진으로 기록된 영상이 선명하지 못할 경우 영상에 화상 처리연산을 하여 피사체에 이상적인 상으로 복원하는 것을 가리키는 전문용어이다. Daum 전문용어 사전
  4. Hubble: A Journey Through Space and Time, Edward Weiler, Charles F. Bolden, published by Abrams, 2010 ISBN 0-8109-8997-2, 9780810989979

같이 보기[편집]

바깥 링크[편집]