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태양 코로나 그래프 핵심 기술 검증 성공…과학 수수께기 푸는 실마리

등록 2019-09-20 14:42:14 | 수정 2019-09-20 15:47:36

한국천문연구원-나사, 美 뉴멕시코 포트섬너에서 8시간 동안 진행

2017년 8월 미국 개기일식 시 지상에서 관측한 태양 코로나. (한국천문연구원 제공)
과학기술정통부와 한국천문연구원은 18일 오후 10시(한국시각·현지시각 22일 오전 7시)께 미국 뉴멕시코 주 포트 섬너에서 태양 코로나 그래프 핵심 기술 검증에 성공했다고 밝혔다. 태양 코로나 그래프는 천문연이 미국 항공우주국(NASA·나사)과 함께 개발한 것이다.

천문연과 나사 공동 연구진은 나사 콜롬비아 과학 기구 발사장에서 축구 경기장 크기(가로 약 140m)의 대형 과학용 풍선기구에 태양 코로나 그래프를 탑재해 약 40km 상공 성층권으로 띄웠다. 실험기구의 높이는 서울 여의도에 있는 63빌딩 높이보다 더 긴 216m에 달한다. 이를 통해 세계에서 처음으로 태양 표면으로부터 200~700만km의 외부 코로나 지역의 온도와 속도를 동시에 관측했다.

천문연과 나사가 공동개발한 코로나그래프. (한국천문연구원 제공)
코로나는 태양 대기의 가장 바깥층을 구성하는 부분이다. 코로나 온도는 섭씨 100만~500만 도로 태양 표면 온도인 섭씨 6000도 보다 월등히 높지만 아직 그 이유를 알아내지는 못했다. 코로나는 개기일식 때 육상에서 관측할 수 있지만 지속 시간이 짧고 볼 수 있는 기회가 흔치 않다. 이 때문에 인공으로 태양면을 가리고 코로나를 관측해야 하는데 그 장비가 바로 '코로나 그래프'다.

이번에 시험한 코로나 그래프는 자외선 영역인 400나노미터 파장 영역을 중심으로 관측했다. 이를 통해 지금까지 관측하지 못한 외부 코로나 정보와 코로나 전자의 온도·속도 등 다양한 물리량 정보를 얻었다. 연구진은 확보한 관측자료를 바탕으로 코로나의 물리적 특성을 분석해나갈 예정이다.

고고도 성층권 기구에 가스 주입 중인 모습. (한국천문연구원 제공)
코로나 지역의 온도가 이해할 수 없이 매우 높은 과학적 수수께끼를 푸는 실마리를 얻을지 관심이 쏠린다. 또한 코로나가 방출한 물질의 흐름인 태양풍은 지구 및 우주환경에 큰 영향을 미치는데, 이번에 얻은 정보들을 활용해 태양풍 모델 계산의 정밀도를 높일 수 있게 됐다. 태양 활동으로 발생하는 우주환경 예·경보를 정확도를 높일 가능성도 커졌다.

이번 관측이 가능했던 건 천문연이 코로나그래프의 핵심 기술인 영상카메라·제어시스템 및 핵심 소프트웨어를 개발했고 나사가 코로나그래프의 광학계·태양 추적 장치를 개발하고 성층권 기구를 제공했기 때문이다.

고고도 성층권 기구를 발사하는 모습. (한국천문연구원 제공)
이번 연구의 NASA 측 책임자인 나치무트 고팔스와미 박사는 “이전까지 태양풍의 속도와 온도를 우주에서 측정해 왔지만 고고도 성층권 기구 시험은 태양으로부터 매우 가까운 곳에서 태양풍이 만들어지는 상태의 속도와 온도를 원격으로 측정하는 새로운 방법"이라며, "이 장비는 파커 태양 탐사선 등 기존의 관측연구와 협력해 더욱 정밀한 정보를 얻게 될 예정”이라고 설명했다. 또한 그는 “과학계의 난제인 코로나 가열과 태양풍 가속 현상에 대한 실마리를 제공할 것"이라고 평가하며 "중요한 결과 중 하나는 한미 양 기관의 성공적인 협동을 위한 경험”이라고 덧붙였다.

고고도 성층권기구시험에 사용한 과학용기구 지상(좌)과 상공(우)에서의 모습 그림. (한국천문연구원 제공)
한국 측 연구책임자인 김연한 천문연 책임연구원은 “이번 기구 시험은 국제우주정거장용 코로나그래프 개발에 필요한 기술 검증을 목적으로 했다”며 “이번 성공적인 공동 개발을 통해서 연구진이 세계 최고 수준의 태양 관측 장비 개발에 대한 자신감을 얻게 된 것이 중요한 성과다”고 말했다.

천문연은 이번 핵심 기술 검증이 국제우주정거장 등과 같은 우주용 코로나그래프 개발사업의 일환이라고 설명했다. 앞으로 NASA와 공동으로 차세대 태양 코로나그래프를 개발해 국제우주정거장에 설치·운용하여 세계적 연구성과를 창출하고 태양위험에 대한 실시간 한·미 공조체제를 구축하기 위한 발판이 될 것이라는 게 천문연의 평가다.

기구에 실려 성층권으로 상승 중인 코로나 그래프. (한국천문연구원 제공)
천문연은 2016년 나사와 공동실무자집단을 꾸렸고 2017년 8월에는 미국 대륙을 관통하는 개기일식 기간에 코로나그래프의 핵심 과학이론인 ‘온도·속도 동시 측정’ 기술을 지상에서 성공적으로 시험했다. 천문연은 "이번 고고도 성층권 기구 시험은 2단계 기술검증 시험으로 태양 코로나그래프의 영상카메라·제어시스템·소프트웨어 기술을 검증했다"며, "공동연구진은 지금까지 쌓아온 기술력과 과학 연구 결과를 바탕으로 향후 국제우주정거장용 코로나그래프 개발에 박차를 가할 예정"이라고 설명했다.
연구에 참여한 한국측 연구자 모습 왼쪽부터 양희수·김연한·남욱원·백지혜·김지헌·최영준·조경석·최성환·박종엽·봉수찬·문봉곤. (한국천문연구원 제공)



박상준 기자 star@newshankuk.com