딥필드

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먼― 우주, 가까운 우주🌌(Across the Universe) 4강 2부 SPHEREx:전 우주를 스캔하는 적외선 지도 제작자🗺️│카오스강연 시즌2

우주는 거대한 거미줄처럼 얽혀 있는 구조로 이루어져 있습니다. 수십억 광년의 공간에는 수많은 은하단과 은하군, 그리고 그 안에 우리 은하가 존재합니다. 우리 은하에는 수천억 개의 별이 있으며, 그중 하나가 태양계이고, 우리가 살고 있는 지구가 그 일부입니다. 이처럼 우주는 다양한 계층적 구조를 가지고 있으며, SPHEREx는 이러한 방대한 우주 전체를 대상으로 전천 적외선 영상 분광 탐사를 수행합니다. SPHEREx의 관측 범위는 정해진 타깃이 아니라, 우주 전체를 스캔하는 방식으로, 수십억 개의 은하와 수십만 개의 은하단, 그리고 혜성, 소행성, 퀘이사, 원시행성 원반 등 다양한 천체를 포괄합니다. SPHEREx의 전천 탐사는 단순한 데이터 수집을 넘어, 우주의 근본적인 세 가지 질문에 답하고자 합니다. 첫째, 우주는 어떻게 시작되었는가에 대한 탐구입니다. 빅뱅 이후 인플레이션과 우주 배경 복사의 형성, 그리고 초기 밀도 요동이 현재의 거대 구조로 진화하는 과정을 연구합니다. SPHEREx는 1억 개 이상의 은하 스펙트럼을 통해 우주의 3차원 분포를 측정하고, 이를 바탕으로 우주 초기 조건과 인플레이션의 성질을 규명할 예정입니다. 이 과정에서 은하의 스펙트럼을 이용한 거리 측정 방법 개발과 데이터 목록화가 중요한 역할을 합니다. 두 번째 질문은 138억 년의 우주 진화 속에서 은하들이 어떻게 생성되고 변화해 왔는가입니다. 최초의 은하와 별이 탄생한 이후, 우주는 밝은 은하뿐 아니라 희미하고 멀리 있는 은하들로도 가득 차 있습니다. 이들이 모여 내는 전체 빛, 즉 은하 배경 복사는 우주의 재이온화 시기와 이후의 별, 은하 주변의 잡광까지 포함합니다. SPHEREx는 넓은 영역을 매핑하는 관측 방식을 통해, 하늘 각 위치의 전체 밝기와 102개 파장에서의 공간적 패턴을 분석하여 은하의 형성과 진화를 연구합니다. 특히 딥 필드 지역에서는 더욱 고품질의 데이터를 확보할 수 있어, 희미한 확산광 연구에 매우 적합합니다. 세 번째 질문은 우리 태양계 밖에 생명체가 존재할 수 있는 환경에 관한 것입니다. 생명의 기원과 관련된 물, 이산화탄소, 메탄올 등 분자가 풍부한 우주의 얼음, 즉 성간 얼음을 탐사합니다. SPHEREx는 우리 은하의 밝은 별을 배경으로 성간 구름과 원시행성 원반에 분포하는 얼음 성분을 측정하여, 분자 조성과 형성 과정을 밝힙니다. 이를 통해 물과 유기물의 연관성까지 탐구할 예정입니다. SPHEREx는 최소 2만 개 이상의 천체에서 유기 분자와 생명 기원 분자가 포함된 얼음을 검출할 계획이며, 이는 기존의 제임스 웹 우주망원경보다 훨씬 넓은 영역을 커버합니다. SPHEREx는 단순한 기기 개발을 넘어, 한국 연구자들이 주도적으로 과학 연구에 참여할 수 있는 미션입니다. NASA 미션임에도 불구하고, SPHEREx 팀만이 활용할 수 있는 하이레벨 자료를 통해 한국 천문학자들이 세계적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 성간 얼음 탐사, 초거대 질량 블랙홀 연구, 태양계 소천체 목록화 등 다양한 주제에서 한국 연구자들이 핵심 역할을 하고 있습니다. SPHEREx의 전천 적외선 영상 분광 탐사는 세계 최초로 시도되는 방식으로, 예측하지 못했던 새로운 천체와 현상을 발견할 수 있을 것으로 기대됩니다. SPHEREx의 임무는 2년 동안 네 번의 전천 탐사를 수행하는 것으로 설계되었으며, 이미 첫 번째 전천 탐사가 완료되었습니다. 태양광 패널을 이용한 전력 공급, 수동 냉각 시스템 등 첨단 기술이 적용되어 장기간 안정적인 관측이 가능합니다. SPHEREx에서 개발된 선형 가변 필터와 진공 챔버 등은 국내 기업과의 협력을 통해 기술 이전이 이루어지고 있으며, 이는 한국의 우주 탐사 기술력 향상에 크게 기여하고 있습니다. 또한 SPHEREx와 제임스 웹 우주망원경의 시너지 효과를 통해, 전천 탐사로 발견된 새로운 천체를 제임스 웹으로 정밀 관측하는 등 다양한 협력 연구가 기대됩니다. SPHEREx의 데이터는 전천을 빠르게 훑는 대신 분광 분해능이 낮아 개별 천체의 정밀 관측에는 한계가 있지만, 방대한 양의 데이터로 우주 전체의 구조와 진화를 연구하는 데 큰 의미가 있습니다. 관측 데이터는 다양한 파일 형식으로 저장되며, 과학 연구에 활용될 수 있도록 지속적으로 처리되고 있습니다. 앞으로 SPHEREx를 통한 새로운 과학 연구 결과들이 본격적으로 발표될 예정이며, 이는 우주와 우리 자신에 대한 이해를 한층 더 심화시킬 것입니다. 한국천문연구원을 비롯한 국내 연구진의 활약과 함께, SPHEREx가 이끌어갈 미래 우주 탐사에 많은 기대가 모아지고 있습니다.

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먼― 우주, 가까운 우주🌌(Across the Universe) 4강 1부 SPHEREx:전 우주를 스캔하는 적외선 지도 제작자🗺️│카오스강연 시즌2

SPHEREx는 한국천문연구원과 미국 NASA가 공동 개발한 적외선 우주 망원경으로, 전 우주를 스캔하는 혁신적인 미션을 수행하고 있습니다. 이 프로젝트는 한국의 우주 관측 기술이 세계적인 수준에 도달했음을 상징적으로 보여주며, 한국 연구진이 국제 공동 연구에 주도적으로 참여할 수 있는 기반을 마련했습니다. SPHEREx는 2025년 3월 11일, 스페이스X의 팰컨 9 로켓을 통해 성공적으로 우주로 발사되어 현재 안정적으로 운영되고 있습니다. SPHEREx의 가장 큰 특징은 하늘 전체를 102가지 적외선 파장으로 촬영하여 3차원 우주 지도를 만드는 데 있습니다. 이 미션은 기존의 허블 우주 망원경이나 제임스 웹 우주 망원경과 달리, 좁고 깊은 영역이 아니라 넓고 얕은 전천 관측을 목표로 합니다. 이를 위해 SPHEREx는 20cm의 작은 주경을 사용하지만, 한 번에 보름달 150개가 들어갈 정도로 넓은 시야를 자랑합니다. 또한, 선형 가변 필터라는 독특한 기술을 활용해 효율적으로 다양한 파장의 빛을 동시에 관측할 수 있습니다. 적외선 관측을 위해 망원경을 우주로 보내는 이유는 지구 대기가 적외선 빛을 흡수하고 방해하기 때문입니다. SPHEREx는 지구 상공 650km 궤도에서 대기의 영향을 받지 않고, 극저온 상태에서 정밀한 관측을 수행합니다. 한국천문연구원은 SPHEREx의 핵심 장비인 검교정 장비(KASI 챔버)를 독자적으로 개발하여, NASA와의 협력에서 중요한 역할을 담당했습니다. 이 장비는 우주 환경을 지상에서 재현해 망원경의 성능을 검증하는 데 필수적입니다. SPHEREx의 관측 방식은 여섯 개의 적외선 검출기와 선형 가변 필터를 활용하여, 한 번의 노출로 다양한 파장의 데이터를 얻는 것입니다. 이로써 2년 동안 전천을 네 번 관측하며, 각 지점마다 빛의 스펙트럼을 세밀하게 기록합니다. 특히 극지방은 더 자주 관측되어 '딥 필드' 연구가 가능하며, 이를 통해 우주의 구조와 은하의 진화, 성간 얼음 등 다양한 천문학적 현상을 분석할 수 있습니다. SPHEREx가 실제로 촬영한 첫 이미지는 과학자들에게 매우 중요한 자료로, 다양한 파장대에서 천체의 특성을 파악할 수 있게 해줍니다. 해상도는 높지 않지만, 102가지 파장으로 얻은 스펙트럼 정보는 은하의 나이, 성분, 움직임 등 우주에 대한 깊은 이해를 가능하게 합니다. 또한, 예측하지 못했던 오로라의 강한 적외선 방출이나 태양계 밖에서 온 혜성의 관측 등 새로운 발견도 이어지고 있습니다. SPHEREx의 데이터는 제임스 웹 우주 망원경과의 시너지 효과를 기대하게 합니다. SPHEREx가 전천에서 새로운 천체나 현상을 발견하면, 제임스 웹 우주 망원경이 이를 더욱 정밀하게 관측할 수 있기 때문입니다. 한국천문연구원은 SPHEREx의 개발과 운용에 약 150억 원을 투자하며, 전체 미션의 10%에 해당하는 기여도를 인정받고 있습니다. 이를 바탕으로 한국 연구자들은 SPHEREx 데이터를 활용한 다양한 과학 연구에 적극적으로 참여하고 있습니다. SPHEREx는 우주의 기원, 은하의 진화, 성간 물질의 분포 등 천문학의 근본적인 질문에 답하기 위해 전천 적외선 스펙트럼 지도를 제작하고 있습니다. 앞으로 SPHEREx가 제공할 방대한 데이터는 우주에 대한 인류의 이해를 한층 더 넓혀줄 것으로 기대됩니다. 한국과 미국의 협력이 만들어낸 이 성과는 미래 우주 과학 연구의 새로운 지평을 여는 중요한 이정표가 될 것입니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

천문학

[명강 리뷰] 우주가 팽창하면 내 얼굴도 팽창할까? _ 우주의 기원 by 우종학 | 2015 봄 카오스 강연 '기원 ORIGIN' 1강

우주는 우리가 상상할 수 없을 만큼 광활한 공간입니다. 약 수천억 개의 은하가 존재하며, 각 은하에는 다시 수천억 개의 별들이 빛나고 있습니다. 이 거대한 우주의 크기는 수백억 광년 이상의 범위를 자랑하지만, 우리는 지성을 통해 이 광대한 우주를 인식의 틀 안에 담아낼 수 있습니다. 비록 지구라는 작은 행성에 살고 있지만, 우주를 탐구하고 이해하려는 노력을 통해 우리는 비로소 우주의 진정한 시민으로 거듭나게 됩니다. 광대한 우주에 비하면 인간은 작지만, 그 우주를 이해하는 지성은 결코 작지 않습니다. 천문학의 놀라운 점은 멀리 있는 천체를 관측할수록 우주의 과거 모습을 볼 수 있다는 사실입니다. 빛이 도달하는 데 걸리는 시간 덕분에 우리는 수백억 년 전 우주 초기의 모습을 직접 연구할 수 있습니다. 허블 우주 망원경이 촬영한 '익스트림 딥 필드' 사진은 보름달의 10분의 1도 안 되는 좁은 영역에서 수천 개의 은하를 보여줍니다. 이 사진 속 푸른빛의 작은 은하들은 수십억 년 전 우주가 젊었을 때의 활기찬 모습을 우리에게 전해줍니다. 우리는 이 한 장의 사진을 통해 우주의 유구한 역사를 한눈에 살핍니다. 현대 과학의 가장 위대한 발견 중 하나는 우주가 팽창한다는 사실입니다. 이는 단순히 은하들이 멀어지는 것이 아니라, 은하 사이의 공간 자체가 늘어나는 현상을 의미합니다. 많은 이들이 오해하는 것과 달리, 우주의 팽창은 폭탄 파편이 퍼져나가는 것과는 다릅니다. 또한 은하 내부의 별들은 강력한 중력으로 묶여 있어 우주가 팽창하더라도 은하 자체나 우리 몸의 크기가 커지지는 않습니다. 우주는 중심도 경계도 없이 모든 방향으로 균일하게 팽창하며, 우리는 그 안에서 시공간의 신비를 경험하고 있습니다. 우주 거대 구조는 암흑 물질과 중력의 상호작용을 통해 형성되었습니다. 초기 우주의 미세한 밀도 차이는 시간이 흐르며 중력에 의해 증폭되었고, 암흑 물질들이 뭉치면서 거대한 필라멘트 구조를 만들어냈습니다. 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션은 이러한 진화 과정을 생생하게 보여주는데, 밀도가 높은 영역에서는 수천 개의 은하가 모인 초은하단이 탄생합니다. 반면 은하가 거의 존재하지 않는 거대한 빈 공간인 '보이드'는 우주의 불균일한 아름다움을 잘 보여줍니다. 이러한 구조는 우주가 단순한 혼돈이 아님을 증명합니다. 과학의 발전은 우주의 신비를 하나씩 벗겨내며 우리의 지성에 끊임없는 도전을 던지고 있습니다. 비록 우주의 기원에 관한 모든 숙제를 당장 해결할 수는 없겠지만, 진리를 향한 인류의 갈망은 멈추지 않을 것입니다. 우리는 관측과 이론을 통해 우주라는 거대한 실체에 한 발짝씩 더 가까이 다가서고 있습니다. 광활한 우주 속에서 우리의 존재를 확인하고 그 근원을 찾아가는 여정은 앞으로도 계속될 것이며, 이는 우리 가슴을 벅차게 만드는 위대한 탐험이 될 것입니다. 우주를 향한 우리의 시선은 곧 우리 자신을 향한 질문이기도 합니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[과학을 찾는 사람들] 유만선 연구관 3편 : 번외편

허블 우주 망원경은 1990년 발사 이후 인류의 우주 관측 역사에 한 획을 그었습니다. 대기권의 간섭 없이 우주를 직접 관측할 수 있다는 점은 이전과는 비교할 수 없는 선명한 데이터를 제공했습니다. 특히 아무것도 없는 빈 공간을 촬영하자는 '딥 필드' 프로젝트는 당시 많은 반대에 부딪혔으나, 결과적으로 수천 개의 은하를 발견하며 우주의 광활함을 증명했습니다. 이는 단순히 별을 찍는 것을 넘어 인류가 우주를 바라보는 관점을 완전히 바꾸어 놓은 역사적인 사건이었습니다. 하지만 허블 우주 망원경의 여정이 순탄하기만 했던 것은 아닙니다. 콜롬비아 우주왕복선 참사 이후 NASA는 안전상의 이유로 허블의 수리 임무를 전면 중단하겠다고 발표했습니다. 이는 사실상 허블 우주 망원경을 우주 쓰레기로 방치하겠다는 선언과 다름없었기에 대중의 거센 반발을 불러일으켰습니다. 딥 필드 사진을 통해 우주의 신비를 목격한 시민들은 사회 운동에 가까운 목소리를 내며 허블을 살려내라고 요구했고, 이는 결국 NASA의 정책을 바꾸는 결정적인 계기가 되었습니다. 대중의 열망에 힘입어 NASA는 결국 수리 임무를 재개했습니다. 허블 프로젝트에 참여했던 엔지니어가 NASA 국장으로 부임하면서 우주왕복선을 이용한 정밀 수리가 이루어졌고, 자이로스코프 교체 등을 통해 망원경은 다시 생명력을 얻었습니다. 영화 '그래비티'는 이러한 실제 수리 과정과 우주 공간의 긴박함을 모티브로 제작되어 대중에게 큰 감동을 주었습니다. 현실에 기반한 과학적 사실들이 영화적 상상력과 결합하여 우주 탐사의 가치를 더욱 생생하게 전달한 사례라고 할 수 있습니다. 과학 기술에 대한 대중의 관심은 때로 엉뚱하면서도 유쾌한 청원으로 이어지기도 합니다. 과거 미국 백악관 게시판에는 영화 '스타워즈'에 등장하는 '데스스타'를 건설해 달라는 이색적인 청원이 올라와 수만 명의 서명을 받았습니다. 이에 대해 백악관은 영화 속 대사를 인용하며 "우리는 행성 파괴를 지지하지 않는다"거나 "1인용 전투기에 파괴될 결함이 있다"는 식의 재치 있는 답변을 내놓았습니다. 이는 국가 기관이 과학적 사실과 대중문화를 어떻게 조화롭게 다루는지를 보여주는 흥미로운 대목입니다. 이러한 유연한 소통 방식은 우리에게 시사하는 바가 큽니다. 단순히 딱딱한 공식에 맞춘 답변이 아니라, 대중의 눈높이에서 유머와 위트를 섞어 소통하는 자세는 과학 기술에 대한 이해도를 높이는 데 큰 역할을 합니다. 과학관이나 공공기관에서 민원을 처리할 때도 정해진 포맷에만 집중하기보다, 때로는 농담을 섞어 가며 색다른 방식으로 다가가는 노력이 필요합니다. 허례허식을 버리고 대중과 진심으로 공감할 수 있는 과학 문화가 정착될 때, 과학은 비로소 우리 삶의 일부가 될 것입니다.

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