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[보도] 한국천문연구원 달 충돌 장면 관측 시도
2009년 10월 06일

 

한국천문연구원(원장 : 박석재)은 오는 10월 9일(금) 오후, 달 남극에 충돌하는 NASA의 LCROSS(Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) 탐사선의 달 충돌 장면 관측을 시도한다고 밝혔다.

한국천문연구원은 보현산천문대 1.8m 망원경과 레몬산천문대(미국 애리조나 주 레몬산 소재) 1m 망원경을 이용해 스펙트럼 관측과 원격 영상관측을 수행하며, 국제 관측팀의 일원으로 달 극지에 물이 존재하는지의 여부를 조사한다.

이 충돌 장면은 허블우주망원경(Hubble Space Telescope, HST)과 달 정찰궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter, LRO), 보잉 747을 개조한 성층권적외선천문대(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA)와 함께 하와이 섬, 그리고 3개 대륙에 위치한 16개 천문대의 연구시설에서 관측할 계획이다.

LCROSS의 충돌일시는 한국시간 기준으로 2009년 10월 9일(금) 오후 8시 30분이며, 충돌은 수 초 이내의 정밀도로 제어된다. 충돌지점은 달 남극의 캐비우스 크레이터(Cabeus Crater)로서 월면좌표로 남위 84.74도, 동경 314.5도에 위치해 있다.

한국천문연구원의 최영준 박사팀은 2009 세계 천문의 해를 기념해 “달 착륙 40년, 달 과학 40년” 프로젝트의 일환으로 충돌 감시관측을 준비하고 있다.

이 충돌 실험은 한국과 미국, 일본, 남아공, 스웨덴 등이 참가하며, NASA 에임스 연구센터(Ames Research Center, ARC)의 제니퍼 헬트만(Jennifer Heldmann) 박사가 주도하고 있다.

 

○ 관련 웹 사이트
NASA 에임스 연구센터의 LCROSS 공식 웹 사이트 :
lcross.arc.nasa.gov

○ 문의
한국천문연구원 우주과학연구부 최영준 박사/ 042-865-3266

 

첨부 1. LCROSS는 왜 달에 충돌하는가?

1. 1 달의 미스터리
지구의 가장 가까운 이웃, 달은 아직도 많은 비밀을 간직하고 있다. 지난 1999년, NASA의 루나 프로스펙터(Lunar Prospector)는 그 비밀을 한 꺼풀 벗겨냈다. 즉, 달 극지에 수소가 집중돼 있다는 단서를 발견한 것. 수소(H)로부터 물(H2O)이 만들어지며, 혜성의 1/2 가량이 물이라는 점을 고려하면 달 극지에 집중된 수소는 물의 흔적일 가능성이 높다.

또한, 달 자전축은 태양 방향에 수직이기 때문에 극점 부근에는 햇빛이 거의 도달하지 않으며, 이러한 지역에 크레이터가 있을 경우, 그 안쪽에는 영원히 햇빛을 받지 못하는 지역, 즉 영구그림자지역이 만들어진다. 따라서 물이 이러한 곳에 유입될 경우, 얼음 형태로 존재할 가능성이 크다. 물은 인간에게 꼭 필요한 자원일 뿐 아니라, 전기분해를 통해 공기를 얻을 수 있고, 행성 간 여행에 필요한 추진제로도 쓰인다.

1999년 이후, 인류가 지구 저궤도(국제우주정거장이 머무는 궤도)를 벗어나 달에서 생활할 수 있는 가능성이 열리기 시작했다. NASA는 이에 관한 해답을 얻기 위해 LCROSS(Lunar CRater Observing and Sensing Satellite, 달 크레이터 관측 및 검출위성)를 발사했다.


1. 2 LCROSS 임무
지난 2004년, NASA는 조지 부시 전 미국 대통령의 ‘우주탐사 비전’에 따라 달 탐사와 달기지 건설을 위한 전초 작업으로 무인 달 탐사 프로그램에 착수했다. 이어 2006년 4월, NASA는 달 정찰궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter, LRO)과 LCROSS 임무를 선정했다. LCROSS는 달 극지의 영구그림자지역에 존재할 가능성이 높은 것으로 추정되는 물의 존재 여부를 확인하는 것이 주 임무다.

LCROSS는 2009년 6월 18일, LRO와 함께 아틀라스 5호 로켓(Atalas V)에 실려 발사됐으며, 위성본체(양치기위성; shepherding spacecraft)와 아틀라스 2단에 해당하는 센타우르 로켓(Centaur)으로 구성돼 있다. LCROSS는 발사 이후 달 중력에 의해 가속된 다음, 지구를 중심으로 하는 타원궤도에 진입, 3개월간 지구를 세 바퀴 돈 뒤 10월 9일 달 남극에 충돌하게 된다.

충돌 10시간 전, 센타우르 로켓은 LCROSS 양치기위성(LCROSS 본체)과 분리되며, 오후 8시 30분 달 극지에 충돌한다. 그리고 4분 뒤, 양치기 위성이 먼지구름을 뚫고 관측 데이터를 수집, 지구로 전송하다가 같은 지점에 충돌을 일으킨다.

두 대의 우주선이 만들어낸 충돌섬광과 분출물은 일부 지상 관측시설과 우주망원경으로 관측 가능하며, 일부 지역에서는 구경 25cm에서 30cm급 소형망원경으로 볼 수 있으리라 예상된다.


1. 3 LCROSS에 실린 과학 탑재체는?
LCROSS의 탑재체는 근적외선 분광기 2대, 가시광 분광기 1대, 중적외선 카메라 2대, 근적외선 카메라 2대, 가시광 카메라와 가시광 복사계 각 1대씩으로 구성된다. 이들 탑재체는 센타우르 충돌 직후 발생하는 충돌섬광과 분출물에 대해 다양한 정보를 제공할 수 있도록 선정됐다. 한편, 분출물이 크레이터 위로 솟구쳐 태양광에 노출되면 물 얼음과 탄화수소, 또는 유기물이 증발돼 기본 구성성분으로 분해된다. 이러한 성분은 가시광과 적외선 분광기를 이용해서 측정하며, 근적외선과 중적외선 카메라는 충돌섬광에 포함된 물의 양과 분포를 알아내는데 이용된다. 그리고 가시광 카메라는 충돌지점을 확인하는 동시에, 충돌섬광의 변화를 추적하는 데에, 가시광 복사계는 섬광의 밝기를 측정하는데 쓰인다. 
 


그림 1. LCROSS의 상상도 (NASA/ARC)

 

첨부 2. 캐비우스 크레이터는?

지난 9월 25일, NASA는 LCROSS의 충돌지점을 캐비우스 A1 크레이터(Cabeus A1)에서 캐비우스 크레이터(Cabeus)로 변경했으며, 이 사실을 9월 29일자(한국시간 기준) 보도자료로 발표했다.

충돌지점은 LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter)와 일본 카구야(Kaguya) 탐사선의 관측자료를 분석한 결과, 캐비우스 크레이터에 수소함량이 더 많은 것으로 밝혀져 재선정하게 되었다.

아울러, 과학자들은 달의 3차원 지형모델을 분석, 캐비우스 크레이터 가장자리의 완만한 ‘계곡’ 사이로 충돌섬광을 촬영할 수 있을 것으로 예측하고 있다. LCROSS 팀은 캐비우스 크레이터가, 달 남극에 물이 존재하는지의 여부를 판단할 수 있는 최적의 장소라고 평가했다.

충돌지점을 선택하는 주요 기준은, 지구에서 볼 때 햇빛을 받아 충돌섬광이 잘 관측될 것, 수소가 많이 분포할 것, 크레이터의 바닥은 평평하고 경사가 완만할 것, 바닥에 큰 바위가 없어야 할 것 등등이다.

이렇듯 충돌지점을 선정하는 데에는 NASA의 LRO, 루나 프로스펙터(Lunar Prospector), 일본우주국의 카구야(Kaguya), 인도우주국의 챤드라얀 1호(Chandrayan-1) 등과 같은 달 탐사선은 물론, 최근의 지상관측 데이터가 사용되었다.
 

첨부 3. 충돌 후, 어떤 일이 발생하는가?
 
LCROSS 프로젝트의 목표는 달의 영구그림자지역에 물이 존재하는지, 그렇다면 그 양이 얼마나 되는지를 측정하는 것이다. 충돌체가 달에 부딪칠 경우, 충돌섬광과 분출물이 발생하는 동시에, 표토 하부에 보존된 ‘신선한’ 물질들이 밖으로 드러난다.

이러한 사건을 다양한 공간분해능(크기척도, 수 미터에서 수십~수백 km까지)과 시간분해능(시간척도, 수초에서 수분, 수일까지)으로 모니터할 경우, 우리는 충돌 이후에 실제로 어떤 일들이 일어나는지, 그리고 물이 존재하는지의 여부를 알아낼 수 있다.

한국시간으로 10월 9일 오후 8시 30분에는 센타우르 로켓이, 4분 후에는 양치기 위성이 같은 지점에 달에 연이어 충돌한다. 센타우르 로켓의 무게는 대형 4륜구동 지프의 그것에 해당하며(2톤, 연료무게 제외), 충돌속도는 2.5km/초. 이것은 총알 속도의 2배에 해당한다.

1차 충돌 직후, 지름이 미식축구 경기장의 1/3, 깊이는 수영장의 그것에 해당하는 크레이터(직경 20~25m)가 형성된다. 이 때 충돌섬광과 분출물은 월면 50km 상공까지 치솟으며, 버스 10대 분량의 물질이 방출될 것으로 예측하고 있다.

 


그림 2. 2009년 10월 9일, LCROSS 충돌 이후 캐비우스 크레이터 주변에서 일어나는 현상을 시간의 경과에 따라 나타낸 그림 (NASA/ARC, 한국천문연구원)

 


그림 3. LCROSS 충돌 이후, 캐비우스 크레이터에 만들어질 것으로 예상되는 “충돌 크레이터”의 크기를 나타낸 사진. 아폴로 11호 승무원이 촬영한 고요의 바다 “동쪽 크레이터(East Crater)”의 실제 사진이며, 지름은 30m이다. (NASA/GSFC)

 

첨부 4. LCROSS 국제 관측캠페인

천문학자들은 각종 지상, 우주 관측시설들을 동원해 LCROSS에 대한 모니터링 관측을 준비하고 있다. 국제 관측캠페인에는 하와이의 적외선망원경(Infrared Telescope Facility, IRTF)과 켁 망원경(Keck telescope)은 물론, 애리조나 주에 설치된 다중거울 망원경(Multi Mirror Telescope, MMT)과 허블우주망원경, LRO 등이 사용되며, 한국의 보현산천문대 1.8m 망원경과 레몬산천문대 1m 망원경이 합류한다.
 
이들은 충돌 직후에 일어나는 물리현상과, 달의 자원, 지질, 기원에 대해서는 물론, 향후 달 탐사에 필요한 기초 자료를 확보하게 될 것으로 기대한다. NASA는 이를 위해 LCROSS 충돌 관측에 필요한 중요한 정보들을 관측팀 소속 천문학자들에게 제공하고 있다. NASA는 이러한 방식으로 지상 관측시설은 물론, 우주망원경과 달 탐사선을 동원해 LCROSS 관측캠페인을 준비 중에 있다. 

그러나 지상, 또는 지구궤도상의 관측자는 충돌 사건을 목격하지 못할 수도 있다. 크레이터 주변부가 높기 때문에 충돌 순간 크레이터 밖에서 충돌섬광이 보이지 않을 수도 있기 때문이다. 하지만 관측 가능성은 목격자의 시선방향, 즉 지구상 위치에 따라 달라지며, 캐비우스 크레이터의 경우, 가장자리의 “계곡”이 관측자들에게 유리한 조건을 제공한다. 
    
따라서 관측자의 대부분은 충돌 직후 먼지와 수증기가 포함된 분출물을, 수초가 지난 뒤에는 분출물이 솟아올라 형성된 구름을 볼 수 있으며, 이 구름은 30~100초가 경과한 뒤에 가장 밝아질 것으로 예상된다.
 


그림 4. LCROSS 국제 관측캠페인에 참여하는
한국천문연구원 보현산천문대 1.8m 광학망원경 (한국천문연구원/보현산천문대)
 

표 1. 국제 관측캠페인에 참가하는 지상 관측시설

천문대 / 연구소

장 소

Mt. Bohyun Optical Astronomy Observatory 

한국

Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT)

미국, 하와이

Keck Telescope

미국, 하와이

Gemini North

미국, 하와이

Subaru Telescope 

미국, 하와이

Infrared Telescope Facility (IRTF)

미국, 하와이

Institute of Astronomy (IfA)

미국, 하와이

Air Force Maui Optical and Super-computing

Site (AMOS)

미국, 하와이

 

Mt. Wilson Observatory

미국, 캘리포니아 주

Allen Telescope Array

미국, 캘리포니아 주

Lick Observatory

미국, 캘리포니아 주

Multi Mirror Telescope (MMT)

미국, 애리조나 주

Mt. Lemmon Optical Astronomy Observatory

미국, 애리조나 주

Apache Point Observatory

미국, 뉴멕시코 주

Magdalena Ridge Observatory (MRO)

미국, 뉴멕시코 주

South African Large Telescope (SALT)

남아프리카 공화국

 

 표 2. 국제 관측캠페인에 참가하는 우주망원경과 인공위성

우주망원경 / 인공위성 / 항공기

국적/궤도

Hubble Space Telescope (HST)

미국/저궤도

Odin

스웨덴/저궤도

Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) 

미국/달 궤도

IKONOS (GeoEye)

미국/저궤도

Earth Observing One (EO-1)

미국/저궤도

Stratospheric Observatory for Infrared 

Astronomy (SOFIA)

미국/항공기 (성층권)

캘리포니아 주

 

첨부 5. 한국에서 충돌을 볼 수 있는가?

그림 5는 2009년 10월 9일 오후 8시 30분, 지구에서 바라본 달의 모습이다. 그림 하단에는 LCROSS 충돌지점이 표시돼 있다. LCROSS의 충돌 시각과 지점은 미국, 특히 하와이에 위치한 천문학자들의 관측에 맞추어 최적화되었다. 북미에서는 충돌 직후, 새벽하늘을 배경으로 태양광을 받아 분출물이 밝게 보일 것으로 예상된다. 따라서 한국천문연구원 산하 레몬산천문대에서는 충돌 현상을 관측할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 한국에서는 오후 9시 17분(서울 기준)에 달이 뜨기 때문에 충돌 사건을 직접 볼 수 없다.

그림 6은 캐비우스 크레이터, 즉 충돌지점에서 바라본 지구의 모습이다. 태양광을 받아 밝게 나타난 지역(그림의 오른쪽)에서는 밝은 하늘을 배경으로 충돌 순간을 목격하기 어렵지만, 아직 밤인, 어두운 지역(그림의 왼쪽)에서는 밤하늘을 배경으로 관측이 가능할 것으로 예상된다.

이론상으로 북미 동부해안에서는 일출과 함께 LCROSS의 충돌을 관측할 수 있으며, 미국 중부시간대에는 새벽 여명과 함께 볼 수 있다. 한국에서는 달이 뜨기 약 1시간 전에 충돌이 일어나며, 월출 이후 먼지와 수증기 등으로 이루어진 구름을 관측할 수 있을 것으로 예상된다. 하지만 소형 천체망원경으로 잔해물의 구름을 볼 수 있는 가능성은 매우 낮다.

 


그림 5. 2009년 10월 9일 오후 8시 30분, 지구에서 바라본 달의 모습 (NASA/ARC)
 


그림 6. 2009년 10월 9일 오후 8시 30분, 충돌지점에서 바라본 지구 (NASA/ARC)
 

 

일련번호 : IYA2009-PR09-31
배포일시 : 2009년 10월 5일 오전 10시 00분




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