[쿠키과학] "우주날씨 태양폭풍 정밀 관측" 세계 최초 천문연이 주도

우주청·천문연, 코로나 온도·속도·밀도 동시관측 장비 나사와 공동 개발
최초 편광센서 적용 코로나 실시간 연구, 10월 발사 ISS 탑재 예정
코로나 네 개 편광각 동시 촬영 및 영상화 기능 탑재
ISS 공전마다 55분 태양관측 기대

기사승인 2024-08-08 20:50:11

세계 최초로 태양 코로나의 온도와 속도를 동시에 관측할 수 있는 코덱스(CODEX, Coronal Diagnostic Experiment)가 오는 10월 중순 국제우주정거장(ISS)으로 발사된다.

우주항공청과 한국천문연구원(이하 천문연)은 8일 연구개발특구진흥재단 기자실에서 브리핑을 열고 코덱스에 대한 발사 전 최종점검을 완료했다고 밝혔다.

8일 연구개발특구진흥재단 기자실에서 코덱스(CODEX) 개발 및 운용계획을 발표하는 한국천문연구원 김연한 책임연구원. 사진=이재형 기자

천문연-나사 공동개발 최신 코로나그래프

코덱스는 한국천문연구원(이하 천문연)이 미국 항공우주국(NASA)와 2017년부터 공동 개발한 태양 코로나그래프로, 인류 최초로 코로나의 온도, 속도, 밀도를 하나의 기기에서 동시 관측하고 영상으로 구현할 수 있는 코로나그래프다.

코로나그래프는 태양의 대기 바깥 영역인 코로나를 관측하는 장비로, 현재까지는 코로나의 전자 밀도만 측정할 수 있었다.

반면 코덱스는 천문연이 개발한 픽셀 분리형 편광렌즈와 협대역 필터를 적용, 태양반경의 최대 10배에 이르는 영역에서 코로나의 밀도, 온도, 속도를 동시에 관측할 수 있다.

특히 카메라에는 0도, 45도, 90도, 135도 등 네 개의 각도에 편광성분을 동시에 촬영하는 이미지센서를 장착함으로써, 기존 각도별 편광필터 회전시스템에서 불가능했던 동시 측정이 가능하고, 시스템 구조도 단순해 기기 안정성이 향상된 것도 특징이다.

코로나 관측 왜 필요한가

태양 코로나에서 시작하는 태양풍은 행성 간 우주날씨에 영향을 주는데, 특히 현대 일상에 필수인 인공위성과 통신에 중대한 결과를 초래할 수 있다.

때문에 인류는 태양의 가장 바깥인 코로나의 온도는 300만℃로 태양 표면인 광구의 5000℃보다 지나치게 가열되는 현상과, 코로나에서 방출된 초속 수십㎞의 태양풍이 태양 근처를 벗어나면서 수백㎞/s로 가속돼 우주날씨에 큰 영향을 주는 현상을 지속적으로 연구했다.

그러나 지금까지 사용하는 코로나그래프는 특정영역의 온도와 속도만 측정할 수 있어 정확도가 떨어질 수밖에 없었다.

이번에 개발한 코덱스는 태양 반경의 3~10배 영역에서 코로나의 온도와 속도를 동시에 측정, 우주날씨를 정확히 예측할 수 있는 정보를 제공할 것으로 기대된다.

천문연 김연한 책임연구원은 “태양풍은 GPS를 교란시키거나 통신위성은 물론 지상 단파통신에서 영향을 주고, 심할 경우 인공위성에 직접적인 고장도 유발할 수 있다”며 “이처럼 우주날씨가 인류 생활에 미치는 영향이 큰 만큼 이를 일으키는 태양의 여러 활동을 관측, 태양풍의 예측성을 높이는 것이 중요하다”고 설명했다.

오는 10월 발사 국제연구 주도

코덱스는 넓이 1.5m, 길이 1.5m, 높이 1.3m, 무게 220㎏으로, 시야각은 태양반경 3~10R, 관측파장은 온도측정 393.5㎚/405.0㎚ 속도측정 397.7㎚/423.4㎚ 성능을 갖추고 있다.

천문연 연구진은 최근 미국 고다드우주비행센터와 케네디우주센터에서 코덱스의 통신과 제어기능에 대한 시험을 마쳤다.

이에 따라 오는 10월 중순 케네디우주센터에서 스페이스X사의 팰컨9 로켓에 실려 우주로 향할 예정이다.

대기권 밖으로 나간 코덱스는 3~4주간 ISS의 ELC-3 모듈에 설치, 시험운영 기간을 거친 후 짧게는 6개월, 최대 2년 동안 가동된다.

관측시간은 ISS의 공전주기 90분 당 평균 55분에 이를 것으로 예측된다.

천문연 기술 세계 최고수준 인정

이번 코덱스 개발은 천문연이 나사로부터 제안을 받아 처음부터 동등한 공동연구를 진행한 점에서 큰 의의를 갖는다.

천문연은 2016년 나사와 태양권물리분야 공동협력을 위한 워킹그룹을 구성하고, 이듬해 8월 미국을 관통하는 개기일식을 맞아 지상 공동관측을 실시해 이번 코로나그래프의 핵심인 코로나 온도·속도 동시측정기술 시험에 성공했다.

2017년 나사와 함께 시행한 미대륙 통과 개기일식 관측 프로젝트 결과. 한국천문연구원

이어 2019년 9월 대형 풍선에 코로나그래프를 탑재, 고도 40㎞ 성층권에서 코로나의 온도와 속도 동시관측도 성공적으로 마쳤다.

천문연은 이를 바탕으로 같은 해 10월 코덱스 개발에 착수, 지난 4월 조립을 완성하고 지난주까지 최종 기능점검을 완료했다.

이번 개발에서 천문연 연구진은 코덱스 핵심기술인 편광카메라, 필터휠, 구동제어기 등 하드웨어와 코로나그래프 비행 및 지상운영 소프트웨어를 개발했다.

이에 나사는 코로나그래프의 광학계와 광기계부, 태양추적장치를 개발했고, 발사 후 ISS 설치와 운영을 맡는다.

김 책임연구원은 “이번 프로젝트는 기술자산 보호를 이유로 협업을 하지 않는 나사가 천문연과 기획부터 같이 하며 설계자료와 소트트웨어를 공유하고 동등한 파트너십으로 수행한 드문 선례”라며 “코덱스를 성공적으로 운영함으로써 다양한 연구 프로젝트로 영역을 확대하겠다”고 말했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com