뉴 호라이즌스
[image]
'뉴 호라이즌스'의 탐사개요도.
1. 개요
NASA의 뉴 호라이즌스 페이지. 정보가 더 필요한 사람들은 여기 들어가서 정보를 얻어 보자. 여기도 있다. 여기도 참고하면 좋을듯 하다.
New Horizons. 미국의 NASA New Frontiers Program의 첫 번째 임무로 발사된 '''명왕성''' 탐사선.[1]
임무의 목적은 명왕성과 그 주변의 위성들(카론, 닉스, 히드라, 케르베로스, 스틱스), 카이퍼 벨트를 탐사하는 것. 인류 최초로[2] 명왕성에 근접하는 탐사선이다. 정작 발사된 바로 그 해에 명왕성은 행성 지위를 잃었다는 게 좀 안타깝지만 말이다.
2006년 1월 19일 플로리다의 케이프커내버럴 공군 기지에서 현존 로켓 중 가장 강력한 발사체인 아틀라스V-551 로켓을 사용하여 발사되었으며, 그 다음 해인 2007년 목성의 중력을 이용한 스윙바이를 통해 22.85km/s로 가속하였다. 2015년 1월 15일부터 2016년 1월까지 약 1년간의 일정이 잡혀있다. 이 때 발사 탈출 속도가 16.26km/s로 인류가 만들어낸 가장 빠른 발사체로 기록되었다.
2015년 7월 14일 오후 8시 50분(한국시각), 명왕성에 최소 12,500km 거리까지 접근하여 플라이바이(flyby)를 하고 떠났다. 즉 명왕성에 접근만 하고 궤도를 돌진 않은 것이다. 물론 착륙도 하지 않았다. 탐사선이 스윙바이로 목성의 힘을 빼앗아 속력을 낸 것이다 보니, 명왕성이 가지는 인력보다 뉴 호라이즌스 탐사선이 가지는 속도의 힘이 더 강한 탓이다. 더불어 명왕성을 공전하기 위해서는 연료 분사를 통해 속력을 (명왕성의 탈출 속도 밑으로) 훨씬 줄여야 하는데, 뉴 호라이즌스는 최대한 빨리가기 위해 무게를 줄이느라 그럴 연료도 엔진도 실려있지 않았다.
2021년 2월 4일 01:00 정각(UTC)기준 지구에서 50.29AU(약 75.2억 km) 정도 떨어진 지점(태양에서 49.42AU = 빛의 속도로 대략 6시간 51분)에서 13.9km/s의 속도로 궁수자리 방향으로 항해하고 있다. 목적이 목적인지라 가장 빠른 속도로 태양계를 벗어난 우주탐사선은 아니다. 뉴 호라이즌스호의 속도대로라면 절대 보이저 1호와 보이저 2호를 앞지를 수 없다. 보이저 1, 2호의 속도가 17 km/s 가량 되기 때문이다.
2. 경과
2.1. 발사
2006년 1월 19일에 촬영된 발사 장면.
2.2. 명왕성을 향해
뉴 호라이즌스가 지구와 달을 제외하고 가장 먼저 포착한 건 2.3km의 소행성 APL[3]이다.
[image]
두 개의 점 중 아랫쪽은 336만 km에서, 윗쪽은 136만 km에서 찍은 APL의 모습이다. 자세한 건 해당 문서를 참조.
[image]
뉴 호라이즌스는 2007년에 목성의 중력을 이용해 스윙바이했는데, 위 사진은 그때 촬영한 목성의 모습이다. X선을 이용해 촬영했으며[4], 극지방의 오로라가 인상적이다.
[image]
뉴 호라이즌스가 촬영한 이오의 모습이다. 분출하고 있는 화산을 볼 수 있다.
[image]
목성과 이오를 합성한 사진. 목성은 2007년 2월 28일, 이오는 3월 1일에 찍혔다.
2.3. 명왕성 탐사
[image]
2015년 1월 25일에 본격적인 명왕성 탐사를 시작했다.
[image]
NASA에서 공개한, 2015년 4월 30일에 촬영된 사진이다.
[image]
뉴 호라이즌스가 찍은, 최초의 명왕성 컬러 사진을 NASA에서 공개하였다. 위 사진보단 이른 4월 9일에 찍힌 사진이다.
뉴 호라이즌스가 찍은, 최초의 명왕성 컬러 사진을 나사에서 공개하였다. 위 사진보단 이른 4월 9일에 찍힌 사진이다.
[image]
2015년 6월에 찍힌 사진이다. 예전보다 더 선명해졌다.
[image]
2015년 6월 20일에는 명왕성과 그 주위를 도는 카론의 '''컬러 움짤'''이 공개되었다. 잠깐 컬러 사진의 생성 원리를 알아보자면, 뉴 호라이즌스호에는 (후술하겠지만) 모노크롬 카메라인 LORRI와 색상 데이터 수집 장치인 Ralph가 장착되어 있다. 컬러 사진은 두 데이터를 적절하게 합쳐 만들어진 것인데, Ralph의 색상 데이터만 가지고서는 화질이 너무 낮기 때문이다. 밑에서 보게 될 컬러 사진들 역시 LORRI의 흑백 데이터와 먼저 수집한 Ralph의 색상 데이터를 합성한 것이다.
[image]
2015년 6월 23일 공개된 사진이다. 사진이 점점 선명해져가는 것이 눈에 띤다.
[image]
2015년 7월 1일, 명왕성과 카론의 고화질 흑백 움짤이 공개되었다. 5월 28일부터 6월 25일까지 촬영한 사진들을 합성한 것. 6월 20일자보다는 화질이 훨씬 상향되었다.[5] 또한 이날 PEPSSI[6]가 명왕성 대기 속에서 메탄의 존재를 확인했으며, 뉴 호라이즌스는 마지막 가속을 실시했다.
[image]
2015년 7월 2일에 공개된 컬러 이미지. 명왕성과 카론의 모습이 나타나 있다. 하루 만에 화질이 이 정도로 상향되는 것을 통해 뉴 호라이즌스호가 얼마나 빠른지 짐작할 수 있다.
[image]
2015년 7월 4일에 추가된 고화질 컬러 움짤, 6월 23일에서 29일까지 촬영된 사진을 합친 것이다. 거리는 약 2400만 km에서 1800만 km. 명왕성과의 거리가 서서히 가까워져가는 것이 보인다.
2.3.1. 위기
이렇게 순조롭게 진행 되던 와중 2015년 7월 5일, NASA가 뉴 호라이즌스호가 안전모드로 기동되고 있다고 밝혔다. 한때는 통신까지 두절되었으며, 통신이 재개된 이후에도 안전모드에 걸려있는 기능상의 제약 탓에 사진 전송 등은 불가능했다. 통신불능에 빠진 원인을 파악하는 것이 우선이므로 당장은 통상모드로 돌릴 수 없었다. 국내기사, 나사 홈페이지 그리고 7월 7일, 다행히 다시 정상으로 돌아왔다. 원인은 과부하로 인한 시스템 리셋, 이로 6개월에 걸친 업데이트 데이터가 날아갔고, 복구를 위해 3일 밤을 새가면서 다시 업로드했을 땐 원래 촬영 계획에서 4시간 전이었다고.나사 홈페이지
2.3.2. 위기를 넘어
[image]
[image]
7월 7일 추가된 사진이다. 7월 1일부터 3일까지 찍은 사진들이 공개되었다.
[image]
[image]
7월 8일에는 명왕성의 지도가 공개되었다. 화질은 뉴 호라이즌스호가 명왕성에 접근하면서 차차 좋아질 것이라고 한다. 지도 왼쪽 부분의 어두운 지역을 "Whale"(고래)이라고 부른다는 듯하다.
[image]
명왕성 지도의 구글 어스 오버레이.
[image]
2015년 7월 9일차 사진이다. 전과 비교해서 화질이 확실히 선명해진 것을 볼 수 있다.
그 와중에 NASA의 SNS 계정 헤더에서는 저 밝은 부분이 하트 모양이라고 하였다.
[image]
2015년 7월 10일에 추가된 명왕성과 카론의 사진. 7월 8일에 촬영된 사진으로 탐사선과의 거리는 약 600만km이다.
[image]
2015년 7월 11일, 명왕성의 구체적 지리정보가 담긴 새 이미지가 공개되었다. NASA는 이 사진을 "Houston, We Have Geology!"란 제하에 업로드. #
[image]
같은 날에 찍힌 명왕성과 카론의 사진. 당연하다면 당연하지만 합성한 것이다. 카론이 명왕성과 저렇게 가까이 붙어있을 수는 없다.
[image]
2015년 7월 12일차 사진이 업로드되었다. 이전부터 지속적으로 포착되었던 네 개의 점들이 이전보다 선명하게 나타나고 있는데, 이 이후로는 궤도상 네 개의 점이 위치한 면을 관찰할 수 없게 된다. 즉 저 사진이 우리가 선명한 네 개의 점을 볼 수 있는 마지막 사진이라는 것이다.
[image]
레딧의 markster3000이란 이름을 가진 유저가 편집한 움짤이다. 올해 5월 26일부터 7월 12일까지 촬영된 사진들을 한데 모은 것이다. 맨 마지막, 7월 12일자 사진의 거리는 사실 310만 킬로미터인데 잘못 표기했다고. 레딧에 올라온 것은 7월 13일.
[image]
[image]
7월 13일에는 명왕성의 위성인 카론의 사진이 공개되었다. 두 번째 사진에서 카론의 지형들이 밝혀졌는데, 가장 상단의 화살표가 가리키는 지점은 북극의 어두운 지역이며, 좌측 하단의 화살표가 가리키는 지점은 충돌에 의한 크레이터, 우측 하단의 화살표가 가리키는 지점은 균열이다.
[image]
7월 14일, 플라이바이 몇 시간 전에 공개된, 명왕성, 카론, 지구의 크기를 비교한 그래픽.
2.3.3. 최근점 도달
[image]'''Hello #Pluto! We’re at closest approach. Congrats to all!'''
'''2015년 7월 14일 20시 49분'''(현지 시각(UTC - 4, EDT) 07시 49분), 발사 후 9년 6개월 만에 '''최근점에 도달했다.'''[7] 이때 뉴 호라이즌스의 속도는 초속 약 14km였다.[8] 레딧의 /r/space 서브레딧에서는 플라이바이 12시간 전부터 그 과정을 생중계했으며 (코멘트들), 뉴 호라이즌스 트위터 계정의 공식 트윗은 올라오자마자 폭발적으로 리트윗되어 14일 21시 50분에 3만, 23시 41분에 4만, 15일 14시 02분에 5만을 찍었다.
[image]
15일 오전 3시 47분경에 올라온 명왕성과 카론의 적외선 컬러 사진. 거리는 아니지만 크기는 실제 크기와 비율이 같다.
[image]
[image]
카론(위)와 명왕성(아래)의 최고화질 사진. 명왕성 사진 원본, 카론 사진 원본
그 이외에도 몇 개 더 있다.
9월 10일 고용량의 명왕성 전체 사진이 공개되었다.
명왕성 탐사를 마친 뉴 호라이즌스호는 이제 카이퍼 벨트를 향한 긴 여정을 시작할 것이다.
2.3.4. 데이터 수신
2016년 10월 25일 UTC 21시 48분, 장장 15개월에 걸친 뉴 호라이즌스로부터의 탐사데이터 다운로드가 완료되었다. 뉴 호라이즌스 호는 6.25기가바이트의 데이터를 12와트 출력의 안테나로 빛으로도 장장 4시간 넘게 걸리는 거리에서 송신해야 했다. 신호가 워낙에 약하기 때문에 지구에서 광랜 쓰듯이 초고속으로 01010101을 때리며 신호 보내다가는 우주의 기운을 받아 신호에 노이즈에 노이즈가 더해져 신호가 우주를 여행하는 4시간 동안 데이터가 망가질 수밖에 없으므로 80년대 모뎀의 속도인 1200bps 가량의 저속[9]으로 보낼 수밖에 없다. 이러한 약한 출력의 신호를 감지하고 정상적으로 해석할 수 있는 NASA의 심우주 통신망(Deep Space Network) 안테나는 NASA의 다른 우주 프로젝트에서도 사용해야 하므로 안그래도 느린 속도의 데이터를 하루 중 주어진 일정 시간에만 받아들일 수 있었다. 뉴 호라이즌스도 대단하지만 그 미약한 전파를 받아내는 NASA의 심우주 통신망 기술도 참으로 놀라운 수준. 데이터 수신에는 15개월밖에(?) 걸리지 않았으나 데이터에 대한 해석은 이보다 더 오래 걸릴 것이라 한다.[10]
2.4. 명왕성 탐사 이후
다음 탐사 타겟으로 거론되고 있는 것은 카이퍼 벨트 소속 천체인 아로코트(2014 MU69)(PT1)와 2014 OS393(PT2), 2014 PN70(PT3)이다. 셋 다 허블 우주 망원경이 발견했으며 현재로서는 각각의 목표에 근접하게 될 가능성은 순서대로 '''100%''', 7%, 97%이다.[11]
[image]
주황색 선과 점들로 이루어진 궤도가 아로코트의 궤도이다. 궤도 근처에 뚜렷하게 빛나는 네 개의 하얀 점들이 있는데 이는 명왕성을 포함한 다른 왜행성(마케마케, 하우메아, 에리스)들의 현재 위치이다.
[image]
아로코트와 2014 MT69의 모습이 담긴 사진. 2014 MT69는 궤도에 변수가 많아 탐사 후보에서 제외되었다.
[image]
2015년 11월 2일 명왕성 근방의 카이퍼 벨트 천체인 1994 JR1을 2억 8천만 km 떨어진 곳에서 촬영했다. 1994 JR1은 유일한 명왕성의 준위성이기도 하다.
[image]
7월 13일 ~ 7월 14일에 걸쳐서 콰오아를 21억 km 떨어진 곳에서 촬영했다.
[image]
2017년 12월에 찍은 카이퍼 벨트 천체 2012 HZ84(왼쪽)와 2012 HE85(오른쪽). 현재 지구에서 가장 먼 곳에서 촬영된 이미지이기도 하다.
[image]
2019년 새해에 아로코트를 근접비행하는데 성공했다.
2019년 12월 현재, 나사는 뉴 호라이즌스가 아로코트를 스윙바이하며 수집한 데이터가 2020년까지 지구에 전부 도착할 것으로 기대하고 있으며, 이후 2021년까지 카이퍼 벨트를 계속 항해하며 추가로 천체들을 탐색하도록 임무가 연장되었다.
다만 별 소득이 없으면 그대로 방치될 듯하며, 전력과 연료는 변수가 없을 때 2030년대 중반까지 가동 가능하다고 한다.
한편, 보이저호처럼 미지의 세계로 가다보니 보이저 1호의 대표적인 사진 '''창백한 푸른 점(Pale Blue Dot)'''처럼 새로운 사진 가능성이 있다.# 다만 카메라를 지구 쪽으로 향할 경우 카메라가 태양에 의해 손상될 가능성이 있어, 계획된 모든 카이퍼 벨트 천체 탐사를 완료한 이후에 가능하다고 한다.
2020년 4월 22일~23일에는 프록시마 켄타우리와 볼프 359를 촬영하여 지구에서 촬영한 사진과 시차를 비교하는 실험을 했다. 기사
3. 시스템 및 탐사장비
탐사선들이 사용하던 기존의 RAD6000이나 RAD750과는 다르게 뉴 호라이즌스호의 컴퓨터는 MIPS Computer Systems, Inc.에서 개발한 R3000 시스템을 사용한다.
3.1. 시스템 사양
[image]
3.2. 탐사장비
- LORRI (Long Range Reconnaissance Imager): 모노크롬 망원 카메라.[15] 리치-크레티앙식이며 구경은 8.2인치.
- PERSI (Pluto Exploration Remote Sensing Investigation): PERSI는 2개의 기기를 포함한다. 흑백/컬러 카메라 Ralph, 명왕성 대기의 구성과 구조를 조사하는 '자외선 화상 스펙트럼 관측기' Alice가 그것들이다.
- PAM (Plasma and high energy particle spectrometer suite): PAM은 2개의 기기를 포함한다. 태양풍과 명왕성의 대기와의 상호작용을 조사하는 SWAP (Solar Wind at Pluto), 명왕성에서 우주공간으로 빠져나가는 대기물질을 측정하는 입자선관측기 PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)가 그것들이다.
- REX (Radio Science Experiment): 탐사기의 통신시스템과 일체인 실험장치. 명왕성과 카론의 대기의 온도, 압력, 밀도를 측정한다. 탐사기의 궤도변화를 세밀히 측정하여 명왕성, 카론의 질량을 구하기도 한다.
- VBSDC (Venetia Burney[16] Student Dust Counter): 혜성, 소행성, 왜소천체끼리 충돌하여 나오는 미세한 입자의 개수, 속도, 질량을 측량한다. 콜로라도 대학교의 학생들이 설계, 제작했다.
동전의 경우 그리스 로마 신화에서 죽은 자가 명계로 갈 때 뱃사공인 카론[17]에게 내는 뱃삯을 상징한다.
4. 기타
연구원들이 수십 년간 명왕성 탐사를 위해 숱한 고생을 한 만큼 명왕성에 대한 애정이 각별하다. 미션 PI인 엔지니어 앨런 스턴는 "명왕성은 행성이 아니며, 행성의 정의는 확고히 해야 한다."라고 주장하는 외계 행성 연구 경력의 천문학자에게 "천문학은 행성과학과 무관하다. 차라리 소아과 의사가 뇌수술에 참견하는게 더 그럴싸하다"는 트윗까지 날리며 명왕성은 여전히 행성이라는 주장을 고집하기도 했다.
물론 사실 이는 단순한 명왕성에 대한 애정 때문이 아니라, 자신의 임무와 관련된 정치적 발언에 가깝다. 명왕성에 대한 대중들의 관심이 사그라지면 피 같은 예산이 자비 없이 깎여나갈 테고, 최악의 경우엔 후속 탐사가 중단될 수 있기 때문이다.
수석연구원 앨런 스턴과 과학저술가 데이비드 그린스푼은 2018년 뉴호라이즌스 계획의 모든 것을 정리한 <Chasing New Horizons: Inside the Epic First Mission to Pluto>을 출판했다. 국내에는 2020년 <뉴호라이즌스, 새로운 지평을 향한 여정>이라는 제목으로 번역돼서 나왔다. "명왕성을 처음으로 탐사한 사람들의 이야기"라는 부제를 달고 있는 이 서적은 1980년대 처음으로 명왕성 탐사 아이디어가 나왔던 때부터 역사적인 명왕성 촬영의 순간까지 무려 30년이 넘는 세월을 오직 이 탐사에만 바친 수많은 이들의 이야기를 담담하게 기록하고 있다.
2019년 새해에 뉴 호라이즌스가 2014 MU69에 근접한 것을 기념하기 위해 이 탐사선의 객원 연구원으로 참여 중인 브라이언 메이가[18] 헌정곡 New Horizons를 발표한 바 있다.
5. 관련 문서
[1] 제68차 정부·언론 외래어심의 공동위원회 결정안(2006. 2. 22.)에서는 'New Horizons'의 표기를 (띄어쓰기 없는) '뉴'''허'''라이즌스'로 정했다(14페이지 상단). 이는 영어에서 온 외래어 표기를 철자가 아닌 '''발음''' 기준으로 정하기 때문이다(horizon[həráizn\]). 띄어쓰기가 없는 것은 한 덩어리의 '''고유 명사'''로 취급했기 때문인 듯하다. 그러나 원 철자의 띄어쓰기와 'o' 에 이끌려 사실상 '뉴 호라이즌스'로 통용되고 있으므로 본 문서명은 '뉴 호라이즌스'로 표기한다.[2] 보이저 1, 2호가 발사되었을 때는 명왕성이 적절한 위치에 있지 않아 탐사할 수 없었다.[3] 이름은 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소(Johns Hopkins Applied Physics Lab)에서 따왔다.[4] 목성은 매우 엄청난 양의 방사능을 내뿜고 있다. 바깥 15만 km 안으로 더 들어가면 사람은 타죽는다. 이오의 경우 시간당 36Sv, 좀 더 가까운 22만km 남짓 최저궤도를 돌고있는 테베에선 무시무시한 수준인 시간당 180Sv에 노출된다. 목성 자체의 방사선뿐만 아니라 이오에서 뿜어져나오는 화산가스 입자마저 강력한 중력권에 휘말려 목성 저궤도에서 미친듯이 회전하며 가속하기 때문에 입자 하나하나가 초소형 마이크로 포탄이랑 똑같은 셈.[5] 보통 우주 탐사선에 장착된 카메라는 흑백 카메라가 컬러 카메라보다 화소가 높다. 컬러 카메라는 색상 정보를 위해 픽셀을 나눠야 하는데 반해 (보통 적청녹) 흑백 카메라는 그럴 필요가 없다. 단순하게 계산해서, 흑백 카메라의 화소가 컬러 카메라보다 3배 정도 많아도 픽셀의 면적은 같다. 좀 더 간단히 말하면 화소가 훨씬 많아도 다른 성능이 떨어지지 않으니 집어넣는 거다.[6] 입자선관측기. 태양풍에 의해 유출된 명왕성의 대기를 분석하는 장비다.[7] 사실 위 사진이 근접점에서 찍힌 건 아니다. 전체 모양이 찍히는 사진 중에서 가장 가까운 것. 이는 근접점 통과 16시간 전에 찍힌 것이다. 실제 최근접점은 명왕성 뒤쪽에 있어서, 그곳에서 찍은 사진은 명왕성이 가는 초승달처럼 보이게 된다. 태양광이 가려진 어두운 곳에서만 관측할 수 있는 요소들이 있기 때문에 이렇게 세팅했다.[8] 얼마나 빠른지 실감이 안 난다면 서울에서 부산까지 30여 초 만에 도착하는 속도며 30만 km 떨어진 달까지 6시간 만에 도달할 정도로 빨리 움직이고 있다.[9] 정확히 저 속도는 아니며 지구에서 관측하는 유효 속도가 저정도 된다고 한다. 이 속도가 30년 전엔 지구 내에서 전화선에서 내던 속도였는데 2016년엔 48억 km 원거리 데이터 송신의 속도라니, 아무리 저속이라고 해도 엄청난 기술의 발전을 실감할 수 있는 대목이다.[10] 원래 진짜 천문학 연구는 데이터 받은 이후부터 시작이다. 아폴로 미션 당시 관측된 데이터나 월석 등을 가지고 2010년대에도 새롭게 분석한 연구 결과들이 계속 나오고 있다.관련기사[11] 2014년 10월 뉴 호라이즌스 문서에서는 해당 천체에 접근하기 위해서 필요한 평균 Delta-V가 25m/s, 160m/s, 115~175m/s로 적혀있다.[12] 대신 프로세서에는 별도의 외부 데이터 및 명령 캐시를 제어하는 256KB의 온칩 캐시 컨트롤러가 있다.[13] 탐사선 본체와 탑재된 탐사장비 그리고 데이터 송.수신을 통제하는 운영체제. 허나 3G, 4G 통신을 지원하므로 통신사나 기지국들도 이 운영체제를 의외로 많이 사용하며. 국내에서는 주로 SK텔레콤이 쓴다.[14] 지구관제소에서 각종 명령어를 전송하거나 상태 유무를 감시하는 운영체제. 탐사에 필요한 모든 프로그램을 짤 수 있다. 주로 NASA에서 절찬리 사용 중.[15] 무채색과 한 가지의 색상만을 가지고 찍는 카메라다. 먼나라 이웃나라의 옛 판본을 떠올려보자.[16] 톰보가 발견한 행성에 'Pluto(명왕성)'이란 이름을 붙여준 사람이다. 당시 11살의 영국인 소녀였다. 2009년 향년 90세로 별세했다. 행성퇴출은 보고 (2006년) 명왕성의 사진은 못 보았으니 여러모로 안타깝다.[17] 그리스 로마 신화에서 스틱스강의 뱃삯을 받는 자 이름도 '카론'이다.[18] 우리가 아는 퀸의 기타리스트 맞으며 2005년에 천체물리학 박사 학위를 취득하였다.