NASA의 새로운 임무: 지구의 보이지 않는 ‘후광’을 포착하다

NASA가 지구의 보이지 않는 ‘후광’, 즉 지구 대기의 가장 바깥층인 외기권에서 방출되는 희미한 빛을 포착하는 새로운 임무를 시작합니다. 태양의 영향으로 변화하는 외기권의 물리적 현상을 이해하는 것은 지구 근접 우주 공간의 위험한 상황을 예측하고, 달 탐사 또는 향후 화성 탐사를 위한 아르테미스 우주 비행사를 보호하는 데 중요한 단계입니다. 캐러더스 지구코로나 관측소(Carruthers Geocorona Observatory)는 9월 23일(화) 이전에 플로리다주 케네디 우주센터에서 발사될 예정입니다.

지구의 보이지 않는 경계를 드러내다

1970년대 초, 과학자들은 지구 대기가 우주 공간으로 얼마나 뻗어나가는지에 대해 추측만 할 수 있었습니다. 그 수수께끼는 고도 약 480km(300마일)부터 시작하는 지구 대기의 가장 바깥층인 외기권에 뿌리를 두고 있었습니다. 이론가들은 외기권을 우주로 탈출하는 수소 원자(가장 가벼운 원소)의 구름으로 생각했습니다.

하지만 외기권은 지구코로나(geocorona)라고 알려진 희미한 자외선 ‘후광’을 통해서만 그 모습을 드러냅니다. 선구적인 과학자이자 엔지니어인 조지 캐러더스 박사는 이를 관측하는 임무를 스스로에게 부여했습니다. 그는 몇 가지 시제품을 시험 로켓에 탑재하여 발사한 후, 우주로의 편도 여행을 위한 자외선 카메라를 개발했습니다.

아폴로 16호 우주비행사 존 영이 달 표면에서 조지 캐러더스 박사가 설계한 최초의 달 기반 관측소인 금도금 원거리 자외선 카메라/분광기를 들고 있는 모습. 오른쪽에는 달 착륙선 ‘오리온’이 있고, 미국 국기 옆에는 달 탐사차가 주차되어 있다.

NASA

1972년 4월, 아폴로 16호 우주비행사들은 캐러더스 박사의 카메라를 달의 데카르트 고지에 설치했고, 인류는 최초로 지구의 지구코로나를 목격했습니다. 그 사진은 포착된 것만큼이나 포착하지 못한 것 때문에 놀라웠습니다.

“달에 있었기 때문에 카메라가 전체 시야를 확보할 만큼 충분히 멀리 떨어져 있지 않았습니다.”라고 캐러더스 지구코로나 관측소의 수석 연구원인 라라 월드롭 박사는 말했습니다. “그리고 지구 주변의 이 희미한 수소 구름이 지표면에서 그렇게 멀리 뻗어나갈 수 있다는 사실이 정말 충격적이었습니다.” 월드롭 박사는 조지 캐러더스 박사의 모교인 일리노이대학교 어바나-샴페인 캠퍼스에서 이 임무를 이끌고 있습니다.

조지 캐러더스가 설계 및 제작한 망원경으로 촬영한 지구 대기의 바깥 부분인 지구코로나에서 나오는 자외선의 첫 번째 이미지. 이 망원경은 1972년 아폴로 16호 임무 중 달에 있을 때 이미지를 촬영했다.

G. Carruthers (NRL) et al./Far UV Camera/NASA/Apollo 16

새로운 빛으로 본 우리 행성

오늘날 외기권은 적어도 달까지의 거리의 절반까지 뻗어 있는 것으로 생각됩니다. 하지만 연구의 이유는 크기에 대한 호기심을 넘어섭니다.
태양 폭발이 지구에 도달하면 먼저 외기권에 부딪혀 일련의 반응을 일으키는데, 이는 때때로 위험한 우주 기상 폭풍으로 이어집니다. 외기권의 반응을 이해하는 것은 이러한 폭풍의 영향을 예측하고 완화하는 데 중요합니다. 또한 물(H₂O)의 원자 구성 요소 중 하나인 수소는 외기권을 통해 탈출합니다. 그 탈출 과정을 매핑하면 지구가 다른 행성과 달리 물을 유지하는 이유를 알 수 있고, 같은 방식으로 물을 유지할 수 있는 외계 행성을 찾는 데 도움이 될 것입니다.
조지 캐러더스 박사를 기리기 위해 명명된 NASA의 캐러더스 지구코로나 관측소는 지구 외기권의 첫 번째 연속 영상을 촬영하여 그 전체 범위와 내부 역학을 밝히도록 설계되었습니다.

“외기권 관측에 전념하는 임무는 이전에 없었습니다.”라고 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 캐러더스 임무 과학자인 알렉스 글로서 박사는 말했습니다. “처음으로 이러한 측정값을 얻게 된다는 것이 정말 흥미롭습니다.”

NASA 과학 시각화 연구소에서 이 비디오를 다운로드하세요.

L1로의 여정

약 240kg(531파운드)의 무게와 소파 크기의 캐러더스 우주선은 SpaceX 팰컨 9 로켓에 실려 NASA의 IMAP(성간 매핑 및 가속 프로브) 우주선과 미국 해양 대기청의 SWFO-L1(우주 기상 추적 – 라그랑주 1) 우주 기상 위성과 함께 발사될 예정입니다. 발사 후 세 가지 임무 모두 지구보다 태양에 약 160만km(100만 마일) 더 가까운 라그랑주 점 1(L1)까지 4개월간의 순항 단계를 시작합니다. 과학 검증을 위한 한 달 동안의 기간 후, 2026년 3월에 캐러더스의 2년간의 과학 단계가 시작됩니다.

우주에서 태양-지구 라그랑주 점 다섯 개를 보여주는 아티스트의 개념. 라그랑주 점에서는 두 개의 큰 질량의 중력이 상쇄되어 우주선이 위치를 유지하는 데 필요한 연료 소비를 줄일 수 있다. 지구-태양계의 L1 지점은 태양을 방해받지 않고 볼 수 있게 해주며, 2025년에는 NASA의 성간 매핑 및 가속 프로브(IMAP), NASA의 캐러더스 지구코로나 관측소, NOAA의 우주 기상 추적 – 라그랑주 1(SWFO – L1) 등 세 가지 새로운 헬리오피직스 임무의 기지가 될 것이다.

NASA's Conceptual Image Lab/Krystofer Kim

달보다 약 네 배 더 먼 L1에서 캐러더스는 두 개의 자외선 카메라(근거리 이미저와 광시야 이미저)를 사용하여 외기권의 포괄적인 관측을 수행합니다.

“근거리 이미저를 사용하면 행성 근처에서 외기권이 어떻게 변하는지 자세히 볼 수 있습니다.”라고 글로서 박사는 말했습니다. “광시야 이미저를 사용하면 외기권의 전체 범위와 지구 표면에서 멀리 떨어진 곳에서 어떻게 변하는지 볼 수 있습니다.”

두 이미저는 함께 수소 원자가 외기권을 통과하여 궁극적으로 우주로 이동하는 과정을 매핑합니다. 하지만 우리 고향 행성의 대기 탈출에 대해 배우는 것은 그 이상의 의미를 지닙니다.

“지구에서 작용하는 방식을 이해하면 외계 행성과 그 대기가 얼마나 빨리 탈출할 수 있는지에 대한 이해에 큰 도움이 될 것입니다.”라고 월드롭 박사는 말했습니다.

캐러더스 지구코로나 관측소는 생명체를 지탱하는 것으로 알려진 유일한 행성인 지구의 물리학을 연구함으로써 우주 다른 곳에서 무엇을 찾아야 하는지 알 수 있도록 도울 수 있습니다.

캐러더스 지구코로나 관측소 임무는 일리노이대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 라라 월드롭 박사가 이끌고 있습니다. 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스 우주과학연구소는 유타주립대학교 우주역학연구소와 협력하여 탑재체의 구현, 설계 및 개발을 주도합니다. 캐러더스 우주선은 BAE 시스템에서 설계 및 제작했습니다. 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 NASA 탐험가 및 헬리오피직스 프로젝트 부서는 워싱턴에 있는 NASA 본부의 헬리오피직스 부서를 위해 이 임무를 관리합니다.

출처: https://science.nasa.gov/uncategorized/new-nasa-mission-to-reveal-earths-invisible-halo/