카시니-하위헌스
1. 개요
Cassini–Huygens
'''카시니-하위헌스'''는 토성과 그 위성들을 탐사할 목적으로 발사된 NASA와 ESA, 이탈리아 우주국(ASI)[5]의 무인 토성 탐사선이다
2. 상세
1997년 10월 15일, 미국 케이프 커내버럴 공군기지에서 타이탄 IVB[6]에 실려 발사되었다 금성과 지구, 목성에서 스윙바이를 실시하여 가속한 후, 2004년 7월 1일에 성공적으로 토성 궤도에 진입했다. 토성 궤도에 진입한 이후로 토성과 여러 위성들을 근접 탐사하여 천문학계에 많은 정보와 사진을 전송해왔고, 2005년에는 부속 착륙선인 하위헌스를 타이탄에 착륙시켜 20여 일간 자료를 보내왔다. 13년 이상의 맹활약으로 교과서의 토성 관련 서술을 싹 갈아치운 뒤 2017년 4월, 토성의 고리 맨 안쪽을 조사하는 '''그랜드 피날레''' 궤도에 진입하여 2017년 9월 15일부로 대기에 돌입하고 임무를 마감했다.
굳이 비싼 탐사선을 희생시키는 이유는, 카시니의 추진제가 바닥난 상황에서 그대로 미션을 종료하게 되면 카시니는 토성의 궤도를 무한히 돌게 되기 때문이다. 그리고 토성에는 생명이 존재할 환경이 마련된 후보 위성들[7]이 있기 때문에, 그렇게 떠돌던 카시니가 생명체가 있을지도 모르는 토성의 위성에 부딪히게 되면 카시니에 묻어 있을 지구의 미생물, 세균과 카시니에 탑재된 원자력 전지에 들어 있는 방사능 등에 의해 위성이 오염될 수 있다. 만약 이런 일이 벌어진다면 혹시나 그곳에 살고 있을지도 모르는 생명체가 절멸할 수 있다. 따라서 연구진은 탐사선을 토성의 대기 속으로 진입시켜 파괴하기로 결정했다.[8]
2017년 9월 15일, 예정대로 토성 대기권 진입 실시를 발표하였고 2017년 9월 15일 KST 19:20경 대기권 마찰로 불타 토성의 일부가 되었다.
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2017년 4월 26일, 구글 두들에 실렸다.
3. 이름
카시니 탐사선은 부속 착륙선인 '''하위헌스'''와 본체인 궤도선 '''카시니'''로 나뉜다.(혹은 묶어서 '''카시니-하위헌스'''라고도 한다.)
궤도선인 카시니는 이탈리아 출신의 프랑스 천문학자인 '''조반니 도메니코 카시니'''의 이름을 따서 지어졌다. 카시니는 토성의 고리에 틈(카시니 간극)이 있다는 사실을 알아냈으며, 4개의 위성도 발견하였다. 착륙선인 하위헌스는 토성의 위성인 타이탄을 발견한 인물인 네덜란드의 천문학자 '''크리스티안 하위헌스'''[9]의 이름을 따서 지어졌다. 두 명의 천문학자 모두 토성과 관련된 업적이 주를 이루는 인물들이며 동시대에 프랑스 왕립아카데미에서 활동했다.
국내에서는 과거 카시니-'''호이겐스'''라고 알려지기도 했으나 이는 하위헌스(Huygens)를 네덜란드어식이 아니라 영어식으로 읽은 것으로, 최근에는[10] 본토의 발음을 따라 '하위헌스'로 표기하는 추세.[11]
4. 목적
NASA에서 계획한 카시니의 주 목적은 아래와 같다.
이 외에도 다양한 목표들이 있었으며 토성 궤도에 진입하고 나서 새롭게 계획된 목표들도 많다.1. 토성의 고리의 3차원적 구조를 조사하고 근원을 밝혀낸다.
2. 토성의 위성들의 표면 성질과 지질학적 정보를 조사한다.
3. 토성의 위성인 이아페투스에 덮혀있는 검은 물질에 대한 정보를 조사, 혹은 그 원인을 규명해낸다.
4. 토성의 자기권의 3차원적 구조를 조사하고 근원을 밝혀낸다.
5. 토성의 대기권의 관한 정보를 조사, 연구한다.
6. 타이탄의 대기권에 관한 정보를 조사, 연구한다.
7. 타이탄의 표면에 관한 정보를 조사, 연구한다.
5. 비용
카시니의 과학적 탐사 비용에는 발사 전 개발비용에 '''14억 달러'''가 사용되었고 명령 조달 및 통제에 '''7억 400만 달러''', 위치 추적이나 좌표 확인에 '''5,400만 달러''', 발사 비용으로 '''4억 2,200만 달러'''가 사용되었다. 위 비용들과 기타 비용을 합산하여 총 '''32억 6,000만 달러'''가 사용되었다.[12] 그 비용 중에서 미국 정부가 80%를 담당하였고 15%는 ESA에서, 5%는 이탈리아 우주국(ASI)에서 담당하였다.
6. 우주선
카시니 호는 태양전지판이 아닌 원자력 전지(RTG)에서 전력을 공급받는다. 전력원은 방사성 동위원소인 플루토늄-238로 발사 당시에 32.7kg이 탑재되었다. 원자력 전지는 시간이 지날수록 전력 생산량이 떨어지며, 2010년 기준으로 카시니는 670W의 전력을 공급받았다. 카시니 궤도선의 무게는 2,150kg이고 하위헌스 착륙선의 무게는 350kg이며 토성의 궤도를 선회한 카시니 궤도선은 높이 6.8m, 너비 4m 가량이다.
7. 시스템 사양
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8. 통신
카시니는 지구로부터 8.2AU~10.2AU 거리에 떨어져 있었고 토성의 궤도를 선회하였다. 지구나 카시니에서 송신/수신하는 전파는 서로의 위치에 도달하기까지 68분~84분이 소요된다.
9. 결함
카시니 탐사선에도 이상증상이 보였는데 원인은 다름아닌 컴퓨터 내부 저장매체인 테이프 드라이브.
탐사선의 관측 및 촬영 데이터를 쓰고 지우는 방식인데 이게 10배속으로 회전하므로, 그 과정에서 마찰열이 발생하여 저장테이프가 녹아서 눌어붙을 수 있는 문제가 발생되었다. 그래서 제시된 해결책이 테이프 드라이브의 모터를 본래 속도의 30% 정도 저속으로 돌려서 눌어붙음을 방지하는 게 최선의 방법이었지만, 그 대가로 처리속도가 느려져서 자료전송량이 1/3로 확 줄어버렸다.
10. 엔셀라두스의 바다
카시니의 최대 업적 중 하나가 바로 엔셀라두스다. 타이탄에만 환장하느라 상대적으로 주목을 덜 보내던 엔셀라두스에서 '''따뜻한 물기둥 분출'''과 '''바다'''의 존재를 확인함으로써 타이탄에만 관심을 집중하던 학자들에게 주목받았다. 사실상 엔셀라두스가 유로파 수준으로 주목받게 된 계기로, NASA의 일부 학자들은 유로파 미션 말고도 토성의 엔셀라두스에도 프로브를 보내야 한다고 주장하기 시작했다. 거기에 2017년 4월 13일의 중대 발표에 따르면, 엔셀라두스에서 분사된 가스와 물기둥으로 플라이-바이 다이빙을 하면서 그 속에 물과 수소, 이산화탄소, 메테인 그리고 암모니아 등의 분자 혼합물을 발견하였다. 이는 유기체의 먹이가 존재하는 증거인 동시에, 대양 속의 암석층이 바다와 상호작용을 일으켜 화학적인 앙상블을 만들고 있으며, 그것이 엔셀라두스에 존재한다는 결정적 단서이다. 즉 열수, '''뜨거운 물'''이 있고, 생명체가 있을 법하다는 뜻이다. 아쉽게도 카시니에는 생명체 판독을 위한 별도의 장비가 없어서, 생명체 파악 유무는 다음 탐사선의 몫이 되었다.
11. 타이탄 플라이바이
타이탄은 수성보다도 거대한 위성이다. 그리고 큰 크기에 걸맞게 토성으로부터 매우 먼 최외각부에 가까운 궤도를 돌고 있는데, 그 덕에 2008년 임무종료 예정이었던 카시니의 훌륭한 추진력 공급원이 되어주었다.
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프라임 미션인 회색을 시작으로 주황색, 파란색, 노란색, 보라색, 녹색 순으로 궤도를 바꿨는데, 이런 정기 개편 때마다 타이탄의 속도를 강탈하며 새 궤도를 짜냈다. 타이탄은 그야말로 카시니를 십수 년간 하드캐리한 주역 중의 주역이라 할 수 있으며, 카시니는 이 과정에서 하위헌스의 통신 중계를 비롯해 타이탄에 관한 많은 정보를 얻어내기도 했다.
12. 그랜드 피날레
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2017년 9월의 그랜드 피날레는 마지막으로 타이탄 플라이바이를 실시하여 이뤄졌다.
토성의 위성 중에도 생명체가 존재할 수 있는 후보군이 있다. 개요에서 설명했듯, 카시니가 데리고 있는 플루토늄 덩어리와 혹시 갖고 있을지도 모르는 세균들을 그냥 방치했다가는 영원무궁토록 토성을 돌다가 '''타이탄이나 엔셀라두스에 충돌'''하는 수가 있다. 특히 엔셀라두스는 오랜 세월 폐쇄되어 있었던 곳인데다 더운 물까지 발견된 곳이니 세균 한 마리 잘못 풀었다간 생명체가 멸종할수 있다.
그래서 갈릴레오가 그랬듯이, 토성 주회 궤도를 마지막으로 개편할 때 F링 탐사기간을 거쳐 타이탄을 플라이바이한 후 대기권 맨 안쪽을 탐사하기 시작한다. 그리고... 몇 달이 지난 뒤, 토성 대기에 진입하여 마지막까지 데이터를 전송한 뒤 소멸. 이 궤도를
'''그랜드 피날레'''로 칭하며, NASA에서는 2016년 9월부터 대대적인 홍보 캠페인을 벌였다.
NASA의 '''그랜드 피날레''' 2편 음악을 <어쌔신 크리드: 오리진> 게임 음악 작곡가인 세라 섀크너가 작곡했다.
NASA의 실제 홍보 영상. 카시니-하위헌스 호의 항해 일지를 정리해놨다. 마지막은 그랜드 피날레의 과정을 보여주는데, 댓글은 죄다 "쬐그만 로봇 탐사선 주제에 내 감성을 자극하고 있다" 라는 반응. 보다 보면 정말 눈물날 정도.카시니 호의 마지막 임무는 새로운 모험입니다. 토성과 고리사이를 22번 통과하고 탐사하지 않은 곳을 반복적으로 지나가며, 카시니 호는 고리의 기원과 토성의 내부 구조에 대한 새로운 사실들을 밝혀냅니다 -- 그 어느 때보다도 토성과 가까워진 상태에서 말이죠.
(Cassini's Grand Finale is a brand new adventure. Twenty-two dives through the space between Saturn and its rings. As it repeatedly braves this unexplored region, Cassini seeks new insights about the origins of the rings, and the nature of the planet's interior -- closer to Saturn than ever before.)
마지막 선회에서 작별인사를 보내기 위해 안테나를 지구쪽으로 돌려놓기를 애쓰면서 카시니 호는 토성의 하늘로 뛰어들 것입니다.
(On the final orbit, Cassini will plunge into Saturn fighting to keep its antenna pointed at Earth as it transmits its farewell.)
마침내, 토성의 하늘에서 카시니 호는 행성의 일부가 되며 그 여정을 끝냅니다.
(In the skies of Saturn, the journey ends, as Cassini becomes part of the planet itself.)
'''2017년 9월 15일'''
'''임무 종료'''
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카시니 호가 토성의 대기권에 진입하면서 찍은 마지막 사진.[15] 희미하게 보이는 위성은 엔셀라두스다.[16]
KST 2017 09-15 20:56경 JPL 카시니 미션 컨트롤에서 최후 신호 포착을 마지막으로[17] 교신이 끊기면서 토성 대기권에서 소멸[18]했음이 최종적으로 확인되었다. 이것으로 카시니는 20년간의 임무를 마치고 역사 속으로 사라지게 되었다. NASA는 "카시니가 토성의 일부가 되었다. 우리는 미래에 토성을 보면서 카시니를 떠올리게 될 것."이라고 말했다. 실제로 전 세계 지구과학 교과서에 있는 토성 관련 자료는 모두 카시니로부터 얻은 것이라 해도 과언이 아니다.
특히 카시니는 대기권에 진입하기 직전까지 토성 고리를 통과하면서 고리의 중력 데이터를 확보해 고리 전체 질량을 측정할 수 있도록 한 업적도 남겼다. 현재 토성의 고리 연구는 카시니에게 상당히 빚진 것이 많은 것.
[1] 본래의 명칭은 NSSDC ID이며, 전 세계 인공위성의 일련번호이다.[2] 위성 카탈로그 번호[3] 이중 13년, 76일은 토성의 탐사기간이며, 또한 토성까지 가는데 6년, 261일이 소요되었고, 마지막 임무기간은 3년, 연장임무는 Cassini Equinox mission 2년 62일, Cassini Solstice Mission 6년 205일, Cassini Finale mission은 4개월 24일이다.[4] Radioisotope thermoelectric generator, 방사성 동위원소 열발전기[5] 이탈리아어 약자는 ASI(Agenzia Spaziale Italiana)고 영문 약자는 ISA(Italian Space Agency)이다.[6] 카시니-하위헌스의 중량이 무려 2.5톤(2,523Kg. 하위헌스 프로브 포함)에 육박하는 초대형 탐사선인지라 당시 타이탄 IVB-센타우르 로켓에 실어올려야 했다.[7] 엔셀라두스 등.[8] 갈릴레오 탐사선도 이와 동일한 방법으로 임무를 종료했다.[9] 파동의 굴절에서 하위헌스 원리의 그 하위헌스다.[10] 교육과정 기준으로 2007 개정 교육과정 또는 2009 개정 교육과정 이후로 추정된다.[11] 전 축구선수 파트릭 클루이베르트를 '파트릭 클라위베르트'라고 쓰는 것과 동일하다. 비슷하게 거스 히딩크도 네덜란드어식으로 읽으면 ''''휘스''' 히딩크'에 가깝지만 히딩크는 본인 요청에 따라 영어식으로 ''''거스''' 히딩크'라고 표기한다.[12] 이는 한화로 약 3조 6천억 원 이상 정도의 금액이다.[13] 80386과 동급의 속도를 가진 프로세서로, MIL-STD 인증을 거쳤기에 흔히들 '''MIL-STD-1750A'''라고 부른다[14] 일반 카세트 테이프가 아닌 연구소에서 사용되는 테이프 드라이브로 10.000배속으로 회전하여 데이터를 읽고 지우고 쓴다.[15] 인류가 최초로 본 토성의 최근접 사진이기도 하다.[16] 참고로 색은 인위적으로 합성한 것이다. 실제 이미지를 보려면 # 참고.[17] 토성과 지구의 거리 차 때문에 실제 최후 신호가 발신된 시점은 약 80분 정도 전이다.[18] 정확히는 산화된 것이다.