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주요 임무
  • 우주천문 관측 기기 및 우주과학 측정 기기 개발
  • 우주 기기의 핵심 기술 확보
  • 위성 및 로켓 탑재재 개발
  • 고에너지 방사선 검출 기술 개발
주요 연구내용
  • 과학기술위성 1호의 주탑재채 원자외선영상분광기(FIMS; Far-ultraviolet IMaging Spectrograph) 개발(1998~2003) 및 활용 연구
  • 보현산천문대 적외선이미징카메라(KASINICS; KASI Near Infrared Camera System) 개발(2004~2006)
  • 우주적외선냉각시스템 프로토타입 모델(PSICS; Protomodel of Space Infrared Cryogenics System) 개발(2004~2005)
  • 우주적외선배경복사실험(CIBER; Cosmic Infrared Background Experiment) 개발(2006~2012) 및 활용 연구
  • 과학기술위성 3호의 주탑재체 다목적적외선영상시스템(MIRIS; Multi-purpose Infrared Imaging System) 개발?운용(2007–2015) 및 활용 연구
  • 제2차 우주적외선배경복사실험(CIBER2; Cosmic Infrared Background Experiment 2) 개발(2012~) 및 활용 연구
  • 차세대소형위성 1호의 탑재체, 별 탄생 역사 규명을 위한 근적외선 영상분광기(NISS; Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history) 개발(2013–) 및 활용 연구
  • NASA의 SMEX 미션 SPHEREx 개발 및 활용 연구 참가 (2017~, 예정)


대표 성과
원자외선영상분광기 개발 및 활용 연구
원자외선영상분광기(FIMS; Far-ultraviolet IMaging Spectrograph)는 2003년 9월에 발사된 과학기술위성 1호의 주탑재체로, 아래와 같은 과학임무를 가지고 운용되었다.
  • 다양한 상(phase)의 성간물질에 대한 전체 분포 지도 작성
  • 뜨거운 성간 플라즈마의 기원에 대한 다양한 모형 점검
  • 뜨거운 성간기체가 슈퍼버블에서 분출된다는 모형 점검
  • 수소 분자, 성간티끌 및 연속선 방출 탐사 관측


주요 사양

원자외선 영상분광기의 주요사양입니다. 파장범위, 파장 분해능, 공간분해능, 시야, 검출기, 질량, 소모 전력을 단파장채널과 장파장패널별로 확인하실 수 있습니다.
사양 단파장채널 장파장채널
파장 범위 900–1175 Å 1335–1750 Å
파장 분해능 1.8 Å (λ/Δλ ∼ 750) 3.0 Å (λ/Δλ ∼ 750)
공간 분해능 5′–10′ 5′–10′
시야 4° × 5′ 8° × 5′
검출기 Micro Channel Plate (MCP)  
질량 20 kg  
소모 전력 25 W  


연구 성과

FIMS는 15개월 동안 전 하늘의 80%를 관측하였다. 아래는 이 관측으로부터 얻은 원적외선 연속선의 전천 영상이다.
IMS 관측으로 얻은 원적외선 연속선의 전천 영상

FIMS 관측으로 얻은 원적외선 연속선의 전천 영상


FIMS는 우리은하의 초신성잔해 7개(돛자리 초신성잔해, 백조자리 루프, 루푸스 루프, 안틸라 초신성잔해, 모노젬 고리, G65.3+5.7, RCW 114)를 관측하여 이들의 원적외선 분광선 영상을 제공하였다. 이를 이용하여 초신성잔해 전체에 걸친 원적외선 분석이 가능하였다.
FIMS 관측으로 얻은 초신성잔해의 원자외선 방출선 영상. 왼쪽은 백조자리 루프의 C IV 1500 Å선 영상이고, 오른족은 돛자리 초신성잔해의 O VI] 1035 Å선 영상이다.

FIMS 관측으로 얻은 초신성잔해의 원자외선 방출선 영상. 왼쪽은 백조자리 루프의 C IV 1500 Å선 영상이고, 오른족은 돛자리 초신성잔해의 O VI] 1035 Å선 영상이다.


FIMS는 또한 우리은하의 분자운(황소자리 분자운, 땅꾼자리 분자운 동)과 슈퍼버블(에리다누스자리 슈퍼버블 등)도 관측하였다. 그 결과 형광 방출을 통한 수소분자의 직접적인 관측이 가능했으며, 성간티끌 입자들에 의한 별빛의 산란 및 소광 효과를 연구할 수 있었다.
에리다누스자리 슈퍼버블(왼쪽)과 황소자리 분자운(오른쪽)의 장파장 채널 연속선 영상

에리다누스자리 슈퍼버블(왼쪽)과 황소자리 분자운(오른쪽)의 장파장 채널 연속선 영상

CIBER 개발 및 활용 연구
우주적외선배경복사실험(CIBER; Cosmic Infrared Background Experiment)은 적외선 우주배경복사(CIB, cosmic infrared background) 연구를 주목적으로 하는 사운딩 로켓 탑재체 개발 프로젝트이다. 이 프로젝트는 캘리포니아 공과대학과 제트추진연구소가 주도하는 국제협력 프로젝트로, 한국천문연구원은 주료 전자부 개발에 참여하고 있다. CIBER의 1차 실험 탑재체에는 아래와 같은 3개의 관측 기기가 탑재되었고 2009년부터 2013년 사이에 4회에 걸쳐 관측을 수행하였다.
  • 두 광역 영상관측기(Dual Wide-field Imager; 관측 파장: 0.8 및 1.6 µm)
  • 저분산 분광관측기(Low Resolution Spectrometer; 관측 파장: 0.8–2.0 µm)
  • 협대역 분광관측기(Narrow Band Spectrometer; 관측 파장: 0.8542 µm)
CIBER 1차 실험에 활용된 사운딩 로켓 탑재체의 투시도(왼쪽)와 실물 사진(오른쪽)

CIBER 1차 실험에 활용된 사운딩 로켓 탑재체의 투시도(왼쪽)와 실물 사진(오른쪽)


2차 실험은 1차 때보다 약 10배 높은 감도로 CIB를 관측하고자 설계되었다. 이를 위하여 1차 실험에는 탑재체에 4개의 독립된 카메라가 설치되었지만 이번에는 관측 기기들이 하나의 망원경을 공유하여 구경 30 cm를 확보하였다. 관측 파장은 0.9, 1.4, 2.1 µm이고 검출기로는 텔레다인 사의 H2RG 검출기(2048×2048 픽셀)를 사용한다. 시야는 1.4°×1.4°, 픽셀당 분해능은 5각초이다. CIBER는 현재 2차 실험을 위한 탑재체를 개발하고 있다.


CIBER 제2차 실험을 위해 설계된 탑재체의 구조


CIBER 제2차 실험을 위해 설계된 탑재체의 구조

MIRIS 개발 및 활용 연구
다목적적외선영상시스템(MIRIS; Multi-purpose Infrared Imaging System)은 과학기술위성 3호의 주탑재체로, 2013년 11월 발사되었다. MIRIS는 지구관측카메라(EOC, Earth Observation Cameara)와 우주관측카메라(SOC, Space Observation Camera)로 구성되어 있다. SOC는 발사 후 3개월 동안의 위성 탑재체 점검 기간을 마치고나서 2014년 3월부터 2015년 5월까지, 아래와 같은 세 종류의 탐사 관측을 수행하였다.
  • 파셴-α 방출선 은하면 탐사 관측
  • 극 방향 지역 광역 탐사 관측
  • 황도북극 감시 관측

파셴-α 방출선 은하면 탐사 관측

파셴-α 방출선(Paα, 파장 1.876 µm)은 별빛 등에 의하여 이온화된 수소가 전자와 재결합하면서 방출된다. 발머-α 방출선(Hα, 파장 0.656 µm)도 동일한 재결합하는 수소에서 방출되고 지상에서 관측할 수 있기 때문에 많이 연구되어 왔지만 Paα 방출선에 비하여 성간 소광의 영향을 더 많이 받는다. 따라서 Paα 방출선을 이용하면 우리은하의 이온화된 성간물질에 대한 연구에 더 적합하다. 또한 가시광 영역의 Hα 방출선 관측, 근적외선 영역의 Paα 방출선 관측, 그리고 원적외선 영역의 연속선 관측을 서로 비교하면 성간티끌 입자에 의한 성간 산란 및 소광 효과에 대하여 연구할 수 있다. 이를 위해 우리은하의 은하면에 대한 탐사 관측을 수행하여 은경 방향으로는 은하면 전체를, 은위 방향으로는 ±3° 범위를 커버하는 Paα 방출선 영상을 얻었다.
MIRIS의 Paα 방출선 은하면 탐사 관측에서 얻은 은하면 전체의 영상(가운데)과 지상에서 관측한 Hα 방출선 영상(위; Finkbeiner 2003)의 비교. 아래는 은하면 전체 영상에서 일부를 확대한 영상이다. 이 영상의 왼쪽 아래의 원은 달의 크기에 해당한다.

MIRIS의 Paα 방출선 은하면 탐사 관측에서 얻은 은하면 전체의 영상(가운데)과 지상에서 관측한 Hα 방출선 영상(위; Finkbeiner 2003)의 비교. 아래는 은하면 전체 영상에서 일부를 확대한 영상이다. 이 영상의 왼쪽 아래의 원은 달의 크기에 해당한다.

극 방향 지역 광역 탐사 관측

근적외선 배경광에 기여하는 성분에는 태양계 내의 행성간 티끌에 의한 황도광과 우리은하 내의 성간티끌에 의한 확산은하광 등 외에도 그 기원이 잘 알려져있지 않은 외부은하배경광(EBL, extragalactic background light)이 있다. EBL의 기원을 밝히기 위해서는 그 절대밝기와 요동을 측정해야 한다. 이를 위하여 MIRIS는 세 극 방향(황도북극, 은하북극, 은하남극)으로 약 10°×10°에 걸친 광역 탐사 관측을 두 광대역 필터(각각 1.1 µm와 1.6 µm)로 관측하였다. 여기에서 얻은 영상에서 별 등을 제거하고 나서 배경광에 대하여 연구할 것이다.
MIRIS 황북극 방향 광역 탐사 관측 영상 중 1.6 µm 필터 영상(왼쪽)과 감시 관측 영역의 영상에서 별 등을 제거한 영상(오른쪽).

MIRIS 황북극 방향 광역 탐사 관측 영상 중 1.6 µm 필터 영상(왼쪽)과 감시 관측 영역의 영상에서 별 등을 제거한 영상(오른쪽)

황도북극 감시 관측

과학기술위성 3호는 태양동기궤도 상에 있었기 때문에 매 궤도마다 황도북극 방향을 관측할 기회가 있다. 이 기회를 활용하여 MIRIS는 이틀에 한 번씩 두 광대역 필터(1.1 µm와 1.6 µm)로 황도북극을 관측하였다. 그 결과 한 지역을 1년 이상에 걸쳐 꾸준히 관측한 자료를 얻을 수 있었다. 이러한 자료는 황도광(zodiacal light) 밝기의 계절에 따른 변화와 EBL의 요동 등을 연구하는데 활용할 수 있고, 혹시 있을지 모르는 관측 기기 특성의 시간에 따른 변화도 확인할 수 있다.


NISS 개발 및 활용 연구
별 탄생 역사 규명을 위한 근적외선 영상분광기(NISS; Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history)는 차세대소형위성 1호의 탑재체 중 하나이다. NISS의 주요 과학임무는 가까운 우주에서의 별 탄생 활동과 근적외선 파장대에서의 초과 배경밝기의 특성을 연구함으로써 우주의 별 탄생 역사를 규명하는 것으로, 이를 위하여 구경이 15 cm인 망원경으로 0.9–2.5 µm 파장대를 분광분해능(Δλ/λ) 약 20으로 관측한다. 분광 요소로는 LVF(linear variable filter)를 도입하여 영상 관측과 슬릿없는 분광 관측이 가능하다. NISS는 차세대소형위성 1호에 실려 2017년 말에 발사되어 2년 동안 운용될 예정이다.
차세대소형위성 1호(왼쪽)와 NISS(오른쪽)의 기술인증모형 사진

차세대소형위성 1호(왼쪽)와 NISS(오른쪽)의 기술인증모형 사진

주요 연구 장비
  • 가시광 및 적외선 파장 광원: 모노크로미터, 할로겐 램프, 레이저
  • 광학 셋업: 광학 테이블, 콜리메이터(지름 20cm), 적분구, 광섬유 등
  • 빔 측정 장비: 빔 프로파일러, 가시광 및 적외선 파장 검출기 등
  • 상온 및 저온(최저 20 K)에서의 검보정 장비
  • 다목적 열진공챔버: 압력 1×10−5 Torr 이하, 77 K @ 110 W (1차 스테이지), 20 K @ 6 W (2차 스테이지)

우주천문그룹에서 사용하고 있는 연구장비(왼쪽위부터 검보정을 위한 광학 셋업, 모노크로미터, 전자실험실, 청정실(Class 1000), 다목적 열진공챔버)
만족도 조사
콘텐츠 담당자 우주천문그룹  :  박원기 042-865-3397
콘텐츠 만족도