NASA IMAP 임무: 우주 속 우리의 보호막, 태양권의 비밀을 밝히다

우리가 살고 있는 지구는 우주라는 광활하고 위험한 공간 속에 존재합니다. 강력한 우주 방사선과 고에너지 입자들은 DNA와 전자 회로 모두에 치명적인 손상을 입힐 수 있죠. 하지만 지구의 생명체는 태양권이라는 거대한 보호막 덕분에 그 위험으로부터 어느 정도 안전하게 보호받고 있습니다. 태양권은 태양에서 끊임없이 뿜어져 나오는 물질과 자기장이 만들어내는 거대한 거품 같은 영역으로, 해왕성 궤도 너머까지 뻗어 있습니다.

NASA의 새로운 임무, IMAP: 태양권 탐사의 새 지평을 열다

NASA의 새로운 임무인 IMAP(Interstellar Mapping and Acceleration Probe, 성간 매핑 및 가속 탐사선)은 2024년 9월 23일 발사되어(발사 예정일) 태양권의 경계를 전례 없는 수준으로 자세히 관측할 예정입니다. 이 임무는 태양권이 제공하는 보호의 정도와 태양 활동에 따른 변화를 이해하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 또한, IMAP은 우주 기상 조건에 대한 실시간 측정 데이터를 제공하여, 아르테미스 계획과 심우주 탐사에 필수적인 정보를 제공할 것입니다.

NASA 본부의 IMAP 프로그램 과학자인 패트릭 코엔(Patrick Koehn)은 "IMAP을 통해 우리는 태양계 내 위치뿐 아니라 은하계 전체에서 우리의 위치에 대한 지식과 이해의 경계를 넓힐 것"이라고 말했습니다. 그는 또한 "인류가 지구 너머로 확장하고 탐험함에 따라, IMAP과 같은 임무는 태양 근처의 파커 태양 탐사선과 태양권 밖의 보이저호 사이 우주 기상의 수수께끼를 푸는 새로운 조각들을 더할 것"이라고 강조했습니다.

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태양의 영역: 태양권의 형성과 중요성

태양권은 태양에서 끊임없이 흘러나오는 태양풍(solar wind)이라는 물질과 자기장의 흐름에 의해 형성됩니다. 태양계가 은하수를 이동함에 따라, 태양풍은 성간 물질과 상호 작용하여 태양권이라는 거대한 거품 모양의 영역을 만들어냅니다. 태양권 연구는 우주에서 우리의 고향이 어떻게 형성되었고, 어떻게 생명체가 살 수 있는 환경이 되었는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다.

IMAP은 현대판 천체 지도 제작자처럼 태양권의 경계를 매핑하고, 태양권이 그 너머의 국지적 은하 환경과 어떻게 상호 작용하는지 연구할 것입니다. 이는 행성 간 공간의 광범위한 입자, 먼지, 자외선, 자기장을 조사하여 태양에서 방출되는 대전 입자의 활성화와 성간 공간과의 상호 작용을 연구하기 위함입니다.

IMAP 임무는 NASA의 보이저(Voyager)와 IBEX(Interstellar Boundary Explorer, 성간 경계 탐사선) 임무를 기반으로 합니다. 2012년과 2018년, 보이저 쌍둥이 우주선은 태양권의 경계를 넘어 성간 공간으로부터 측정값을 보내 온 최초의 인공 물체가 되었습니다. 이는 과학자들에게 경계의 모습과 두 특정 위치에서의 위치에 대한 스냅샷을 제공했습니다. IBEX는 태양권을 매핑해 왔지만, 여전히 많은 의문점을 남겨두고 있습니다. IMAP은 30배 더 높은 해상도와 더 빠른 이미징을 통해 태양권에 대한 미지의 영역을 채우는 데 도움이 될 것입니다.

고에너지 중성 원자: 태양권 경계에서 온 원자 메신저

IMAP의 10개 장비 중 3개는 고에너지 중성 원자(ENAs, Energetic Neutral Atoms)를 수집하여 태양권의 경계를 조사할 것입니다. 많은 ENAs는 태양에서 방출되는 양전하 입자로 시작하지만, 태양계를 가로질러 이동하는 동안 성간 공간의 입자와 충돌합니다. 이 충돌에서 일부 양전하 입자는 중성이 되고, 고에너지 중성 원자가 탄생합니다. 이 상호 작용은 새로운 ENAs의 방향을 바꾸고, 일부는 태양 쪽으로 되돌아옵니다.

대전 입자는 자기장 선을 따라 이동하지만, ENAs는 우주를 가득 채우고 태양권의 경계를 형성하는 자기장의 뒤틀림, 회전, 난류의 영향을 받지 않고 직선으로 이동합니다. 즉, 과학자들은 이러한 원자 메신저의 기원을 추적하고 먼 우주 지역을 원격으로 연구할 수 있습니다. IMAP 임무는 지구 근처에서 수집한 ENAs를 사용하여 그 기원을 추적하고, 그렇지 않으면 그러한 거리에서 보이지 않는 태양권의 경계 지도를 작성할 것입니다.

NASA 고다드 우주 비행 센터의 IMAP 임무 과학자인 슈리 카네칼(Shri Kanekal)은 "최첨단 포괄적인 장비 세트를 갖춘 IMAP은 입자가 태양권 전체에서 어떻게 활성화되고 수송되는지, 그리고 태양권 자체가 우리 은하와 어떻게 상호 작용하는지에 대한 두 가지 기본적인 질문에 대한 이해를 높일 것"이라고 말했습니다.

IMAP 임무는 우리의 우주 고향인 태양권을 연구할 것입니다. (NASA/Princeton University/Patrick McPike)

우주 기상: 태양풍 모니터링

IMAP 임무는 또한 태양풍과 고에너지 태양 입자에 대한 실시간 관측을 지원할 것입니다. 이러한 입자들은 지구 근처 우주 환경에서 위험한 상황을 초래할 수 있습니다. 지구에서 약 150만 킬로미터 떨어진 라그랑주점 1(L1)에 위치한 IMAP은 지구를 향해 오는 위험한 입자에 대해 약 30분 전에 경고를 제공할 것입니다. 이 임무의 데이터는 전력선 두절부터 위성 손실에 이르기까지 우주 기상의 영향을 예측할 수 있는 모델 개발에 도움이 될 것입니다.

프린스턴 대학교의 IMAP 책임 연구원인 데이비드 맥코마스(David McComas)는 "IMAP 임무는 우주비행사가 태양풍의 위험에 직접 노출될 심우주 여행에 매우 중요한 정보를 제공할 것"이라고 말했습니다.

우주 먼지: 은하 너머의 단서

ENAs와 태양풍 입자를 측정하는 것 외에도, IMAP은 성간 먼지(interstellar dust)를 직접 측정할 것입니다. 성간 먼지는 모래알보다 작은 입자 덩어리로, 태양계 외부에서 기원하며 초신성 폭발 후 남은 암석이나 탄소가 풍부한 알갱이로 주로 구성되어 있습니다.

이 우주 먼지의 특정 원소 구성은 은하계에서 어디에서 왔는지 알려주는 표식입니다. 우주 먼지를 연구하면 태양계 외부의 별들의 구성에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 또한 과학자들이 이러한 기본적인 우주 구성 물질에 대해 알고 있는 것을 크게 발전시키고, 별들 사이의 물질이 무엇으로 만들어졌는지에 대한 정보를 제공할 것입니다.

데이비드 맥코마스는 27개의 국제 파트너 기관으로 구성된 팀을 이끌고 이 임무를 수행하고 있습니다. IMAP은 NASA의 태양 지구 물리 탐사 프로그램 포트폴리오의 다섯 번째 임무입니다. NASA 고다드 우주 비행 센터의 탐사선 및 헬리오피직스 프로젝트 부서는 NASA 과학 임무 이사회의 헬리오피직스 부서를 위해 NASA의 STP 프로그램을 관리합니다. 플로리다주 케네디 우주 센터에 있는 NASA의 발사 서비스 프로그램은 이 임무의 발사 서비스를 관리합니다.

출처: https://science.nasa.gov/missions/nasas-imap-mission-to-study-boundaries-of-our-home-in-space/