[네이처, NASA의 '지금까지 가장 생산적인 행성 사냥꾼'] - 케플러 우주 망원경 이야기 독창성과 수십 년에 걸친 계획 덕분에 임무가 성공할 수 있었다.
NASA의 '지금까지 가장 생산적인 행성 사냥꾼' - 케플러 우주 망원경 이야기 독창성과 수십 년에 걸친 계획 덕분에 임무가 성공할 수 있었다.
하늘 속에 숨겨진 것: 케플러 미션의 새로운 행성 탐색이 우리 자신의 행성을 보는 방식을 어떻게 바꾸었는가 제이슨 스테펜 프린스턴 대학 출판부(2024)
1980년대 중반, NASA 엔지니어 윌리엄 보루키는 사내 전문가 패널과 마주했습니다. 그들은 그에게 많은 사람이 미친 짓이라고 부르는 아이디어를 정당화하거나 그만두라고 말했습니다. 그의 개념은 태양 외 행성, 즉 태양 외의 별을 공전하는 외계 행성을 탐지하는 데 전념하는 우주 망원경이었습니다. 그러한 행성이 발견되기 10년 전에 나온 대담한 아이디어였습니다.
보루츠키는 1970년대부터 이 개념을 개발해 왔고 NASA 자원을 낭비하는 것을 멈추라는 압력을 받고 있었습니다. 하지만 그는 패널을 설득하여 계속 진행하게 했고, 심지어 여러 멤버를 설득하여 그와 합류하게 했습니다. 그래도 임무가 승인되기까지는 2001년까지 걸렸고, 보루츠키의 미친 아이디어가 발사대에 오르기까지는 8년이 더 걸렸습니다.
지구가 외계 문명에 보낸 최초의 무선 메시지에 인류의 절반이 포함되지 않은 이유는 무엇일까? 그 우주선, 케플러 우주 망원경은 지금까지 인류가 가장 많이 탐사한 행성 사냥꾼으로 남아 있으며, 수천 개의 먼 행성 과 훨씬 더 많은 후보 행성을 찾아냈습니다. Hidden in the Heavens 에서 천체물리학자 제이슨 스테펜은 2009년 발사 1년 전에 임무에 합류했으며, 케플러와 그 놀라운 발견에 대한 이야기를 들려줍니다.
케플러는 행성이 별의 표면을 가로질러 움직일 때 별의 빛이 어두워지는 것을 식별하여 행성을 감지했습니다. 이를 수행하는 것은 매우 어렵습니다. 슈테펜은 이 과정을 우주에서 라스베이거스를 내려다보며 가로등 주변을 윙윙거리는 파리를 찾는 것과 비교했습니다. 케플러 팀은 이 프로젝트에 녹색불이 켜지기 전에 망원경의 기구가 이 작업에 적합하다는 것을 증명해야 했습니다. 그래서 부수석 연구원인 데이비드 코흐는 이를 위해 간단하지만 영리한 실험을 설계했습니다.
코흐는 금속판에 구멍을 뚫고 뒤에서 빛을 비추어 인공 별장을 만들었습니다. 구멍에 전선을 팽팽하게 뻗고 전류를 통과시켰습니다. 전류가 전선을 따뜻하게 만들어 약간 팽창시켰는데, 이는 지구 크기의 행성이 태양과 비슷한 먼 별을 지나가는 것을 시뮬레이션하기에 충분했습니다. 이 실험을 통해 적어도 기술적으로는 이 개념이 작동할 수 있다는 것이 증명되었습니다.
사냥 중다음으로, 실제 대상 별을 선택해야 했습니다. 실제로 행성이 별을 공전하고 있다는 것을 증명하고 주기를 측정하려면 두 개 이상의 빛 딥을 감지해야 했습니다. 우리와 비슷한 궤도에 있는 행성을 찾으려면 케플러는 별을 수년간 모니터링하여 딥이 반복되는지 확인해야 했습니다.
확대하면, 케플러는 이상적으로 가능한 한 많은 별이 포함된 하늘의 한 부분을 감시해야 했습니다. 이는 엔지니어링 문제를 야기했습니다. 밀집된 군중 속에서 개별 별과 빛을 구별해야 했고, 감지기를 포화시킬 밝은 별을 피해야 했으며, 데이터를 지구로 다시 보내는 데 필요한 대역폭 제한을 처리해야 했습니다. 최종 선택은 케플러가 탐사할 별이 많은 지역이었지만, 망원경이 압도당할 정도로 많지는 않았습니다.
NASA 엔지니어 윌리엄 보루키가 케플러 우주 망원경 개발을 주도했습니다. 출처: Paul Chinn/San Francisco Chronicle via AP/Alamy
케플러의 사냥이 시작되자 과학팀이 어떻게 협력할지에 대한 결정도 내려야 했습니다. 그리고 슈테펜은 긴 개발 단계에서 이어진 관행(예: 데이터에 접근할 수 있는 사람에 대해 지나치게 보호적인 태도)이 어떻게 불균형한 업무량으로 이어졌는지 설명합니다. 일부 구성원은 "너무 바빠서 그저 물 위로 머리를 내밀려고 애썼습니다." 다른 구성원은 "할 일이 없어서 [자신의] 엄지손가락을 돌리며 꼼짝 못 하게 갇혔다고 느꼈습니다."
슈테펜은 결국 전체 과학팀이 정기적인 텔레컨퍼런스에 접속할 수 있도록 하는 것만으로 해결책을 찾았습니다. 슈테펜은 동료가 농담조로 "참여 과학자들이 반항해서" 모든 것을 바꿔버렸습니다."라고 회상합니다.
그러나 엄격한 계획에도 불구하고 우주와 관련된 일은 순조롭게 진행되지 않습니다. 그리고 팀은 더 많은 결정에 직면했습니다. 한 가지 질문은 첫 번째 이미지가 약간 흐릿해 보이자 망원경의 초점을 선명하게 할지 여부였습니다. 조정하도록 설계되었지만 부품을 옮기는 것은 위험이 따랐습니다. 팀이 아무것도 하지 않으면 케플러는 여전히 비교적 큰 행성을 감지하지만 가장 작은 행성은 놓칠 것입니다. 과학자들이 조정을 계속하면 결과가 개선될 수도 있고 돌이킬 수 없는 손상이 발생할 수 있으며 전체 임무가 위태로워질 수도 있습니다.
지구에서 멀리 떨어진 우주선에 개입할 것인지는 대부분의 미션 리더가 직면한 딜레마입니다. 예를 들어, 2023년 4월 유럽 우주국이 주도한 Juice 미션에 탑재된 레이더 안테나는 핀이 끼인 후 완전히 전개되지 않았습니다. 미션 컨트롤은 안테나가 펼쳐지는 데 도움이 되는 기계적 충격을 전달했습니다. 2024년 1월, 일본 항공 우주 탐사국과 NASA의 연구자들은 보호 조리개 도어가 열리지 않았을 때 XRISM X선 망원경에 대해 다른 결정을 내렸습니다. 망원경은 그 외에는 잘 작동하고 있으므로 팀은 당장은 도어를 여는 것을 시도하지 않기로 결정했습니다.
모든 것은 간단한 질문으로 귀결되었다고 슈테펜은 회상합니다. "우리는 그 20%를 위해 모든 것을 걸 것인가?" 케플러의 경우, 팀은 그렇게 했습니다. 거울은 단 40마이크로미터만 움직였고 이미지는 선명해졌습니다.
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