세계에서 가장 큰 망원경. 천체물리학 관측소용 X선 망원경이 러시아 핵센터에서 제작되었는데, 우주망원경은 왜 필요한가?

TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 외계 행성의 징후를 찾기 위해 약 200,000개의 별을 연구하는 NASA의 다가오는 임무입니다.

참고로!외행성(Exoplanet) 또는 외계 행성은 태양계 외부에 위치한 행성입니다. 이러한 천체에 대한 연구는 오랫동안 연구자들이 접근할 수 없었습니다. 별과 달리 너무 작고 어두웠기 때문입니다.

NASA는 지구와 유사한 조건을 가진 외계 행성을 검색하는 데 전체 프로그램을 전념했습니다. 세 단계로 구성됩니다. 천체물리학 및 우주연구소의 수석 연구원인 조지 리커(George Ricker). Kavli는 이 프로젝트를 "세기의 사명"이라고 불렀습니다.

위성은 2006년 임무로 제안됐다. 이 스타트업은 Kavli 재단, Google 등 유명 기업의 후원을 받았으며 MIT(Massachusetts Institute of Technology)도 이 계획을 지원했습니다.

2013년에 TESS는 NASA의 Explorer 프로그램에 포함되었습니다. TESS는 2년 동안 설계되었습니다. 우주선은 첫해에는 남반구를, 두 번째 해에는 북반구를 탐사할 것으로 예상된다.

이번 임무를 주도하고 있는 매사추세츠 공과대학(MIT)은 성명을 통해 “TESS는 지구와 비슷한 크기의 수십 개를 포함해 모든 크기의 외계 행성 수천 개가 발견될 것으로 예상하고 있다”고 밝혔다.

망원경의 목표와 목적

이 위성은 2009년 발사된 NASA 케플러 우주망원경의 성공적인 임무의 연속이다.
Kepler와 마찬가지로 TESS는 별의 밝기 변화를 기반으로 검색합니다. 외계 행성이 별 앞을 지나갈 때(통과라고 함) 별에서 방출되는 빛이 부분적으로 가려집니다.

이러한 밝기 감소는 하나 이상의 행성이 별 주위를 공전하고 있음을 나타낼 수 있습니다.

그러나 케플러와는 달리 새로운 임무는 100배 더 밝은 별에 초점을 맞추고 세부 연구에 가장 적합한 별을 선택하고 향후 임무의 목표를 식별합니다.

TESS는 24 x 96도 면적의 26개 섹터로 나누어진 하늘을 스캔합니다. 우주선의 강력한 카메라는 각 구역의 별빛의 가장 작은 변화를 기록합니다.

프로젝트 리더인 Ricker는 팀이 임무 중에 수천 개의 행성을 발견할 것으로 예상한다고 언급했습니다. “이 작업은 더 광범위하며 외계 행성을 탐지하는 것 이상입니다. TESS의 이미지를 통해 우리는 천체 물리학에서 많은 발견을 할 수 있을 것입니다.”라고 덧붙였습니다.

기능 및 사양

TESS 망원경은 이전 망원경인 Keppler보다 더 발전했습니다. 목표는 동일하고 둘 다 "대중교통" 검색 기술을 사용하지만 기능은 다릅니다.

2,000개 이상의 외계 행성을 인식한 케플러는 하늘의 좁은 부분을 관찰하는 데 주요 임무를 수행했습니다. TESS는 시야각이 거의 20배 더 넓어 더 많은 천체를 감지할 수 있습니다.

제임스 웹 우주 망원경은 외계 행성 연구의 다음 지휘봉을 차지할 것입니다.

Webb은 TESS로 식별된 물체에 수증기, 메탄 및 기타 대기 가스가 있는지 더 자세히 스캔합니다. 2019년에 궤도에 발사될 예정이다. 이번 임무가 마지막 임무가 되어야 합니다.

장비

NASA에 따르면 이 태양열 우주선에는 4개의 광각 광학 굴절 망원경이 포함되어 있습니다. 4개 장치 각각에는 600~1000나노미터의 스펙트럼 범위에서 작동할 수 있는 67.2메가픽셀 해상도의 반도체 카메라가 내장되어 있습니다.

최신 장비는 하늘 전체를 넓게 볼 수 있는 시야를 제공해야 합니다. 망원경은 27~351일 동안 특정 장소를 관찰한 후 2년에 걸쳐 연속적으로 양쪽 반구를 횡단하면서 다음 장소로 이동합니다.

모니터링 데이터는 처리되어 3개월 동안 위성에 저장됩니다. 이 장치는 과학적으로 관심이 있을 수 있는 데이터만 지구로 전송합니다.

궤도 및 발사

팀의 가장 어려운 작업 중 하나는 우주선의 고유 궤도를 계산하는 것이었습니다.

이 장치는 지구 주위의 높은 타원 궤도로 발사될 것입니다. 달이 원을 완성하는 데 걸리는 시간 동안 지구를 두 번 돌게 됩니다. 이 유형의 궤도가 가장 안정적입니다. 위성을 무력화시킬 수 있는 우주 잔해나 강한 방사선은 없습니다. 이 장치는 지상 서비스와 쉽게 데이터를 교환합니다.

출시 날짜

그러나 마이너스도 있습니다. 이러한 궤적은 발사 시기를 제한합니다. 즉, 달 궤도와 동기화되어야 합니다. 배에는 3월부터 6월까지 작은 "창"이 남아 있습니다. 이 마감일을 놓치면 임무가 계획된 작업을 완료할 수 없습니다.

1. NASA가 발표한 예산에 따르면 2018년 외계 행성 망원경을 유지 관리하는 데 드는 비용은 약 2,750만 달러이며 총 프로젝트 비용은 3억 2,100만 달러입니다.
2. 우주선은 이전에 한 번도 사용된 적이 없는 궤도에 있게 될 것입니다. P/2라고 불리는 타원 궤도는 정확히 달 궤도 주기의 절반입니다. 이는 TESS가 13.7일마다 지구를 공전한다는 것을 의미합니다.
3. Elon Musk의 항공 우주 회사는 위성 발사 권리를 놓고 Boeng과 심각한 경쟁을 견뎌냈습니다. 통계와 NASA가 편에 섰습니다.
4. 온보드 망원경부터 광학 수신기까지 기기 개발에 Google의 자금이 지원되었습니다.

TESS는 수천 개의 외계행성 후보를 발굴할 것으로 예상된다. 이는 천문학자들이 행성계의 구조를 더 잘 이해하고 태양계가 어떻게 형성되었는지에 대한 통찰력을 제공하는 데 도움이 될 것입니다.

망원경은 어떻게 탄생했나요?

최초의 망원경은 17세기 초에 나타났습니다. 여러 발명가가 동시에 망원경을 발명했습니다. 이 튜브는 볼록 렌즈의 특성을 기반으로 했습니다. (또는 오목 거울이라고도 함),관에서 렌즈 역할을 합니다. 렌즈는 광선의 초점을 맞추고 확대된 이미지를 얻습니다. 이 이미지는 관의 다른 쪽 끝에 있는 접안렌즈를 통해 볼 수 있습니다. 망원경에 있어서 중요한 날짜는 1610년 1월 7일입니다. 그런 다음 이탈리아 갈릴레오 갈릴레이가 처음으로 망원경을 하늘로 향하게 했고, 이것이 그가 망원경으로 바꾼 방법입니다. 갈릴레오의 망원경은 길이가 1미터 남짓으로 매우 작았고, 렌즈 직경은 53mm였습니다. 그 이후로 망원경의 크기는 계속해서 커졌습니다. 천문대에 설치된 대형 망원경은 20세기부터 제작되기 시작했습니다. 오늘날 가장 큰 광학 망원경은 카나리아 제도 천문대에 있는 대카나리아 망원경으로 렌즈 직경이 10m나 됩니다.

망원경은 다 똑같나요?

아니요. 망원경의 주요 유형은 광학이며 렌즈, 오목 거울 또는 일련의 거울을 사용하거나 거울과 렌즈를 함께 사용합니다. 이 모든 망원경은 가시광선으로 작동합니다. 즉, 인간의 매우 예리한 눈이 보는 것과 거의 같은 방식으로 행성, 별, 은하를 봅니다. 세상의 모든 물체에는 방사선이 있으며 가시광선은 이러한 방사선 스펙트럼의 작은 부분에 불과합니다. 그것을 통해서만 우주를 보는 것은 주변 세상을 흑백으로 보는 것보다 더 나쁩니다. 이런 식으로 우리는 많은 정보를 잃습니다. 따라서 다양한 원리로 작동하는 망원경이 있습니다. 예를 들어 전파를 포착하는 전파 망원경 또는 감마선을 포착하는 망원경은 우주에서 가장 뜨거운 물체를 관찰하는 데 사용됩니다. 자외선 및 적외선 망원경도 있으며 태양계 외부의 새로운 행성을 발견하는 데 매우 적합합니다. 밝은 별의 가시 광선에서는 주변을 공전하는 작은 행성을 볼 수 없지만 자외선 및 적외선에서는 훨씬 쉽습니다.

왜 망원경이 필요한가요?

좋은 질문! 좀 더 일찍 물어봤어야 했는데. 우리는 장치를 우주로 보내고 심지어 다른 행성에도 보내고 그에 대한 정보를 수집하지만 대부분의 경우 천문학은 직접 접근할 수 없는 물체를 연구하기 때문에 독특한 과학입니다. 망원경은 우주에 관한 정보를 얻을 수 있는 최고의 도구입니다. 그는 인간의 눈으로 접근할 수 없는 파도, 가장 작은 세부 사항을 보고 관찰 내용을 기록합니다. 그런 다음 이러한 기록의 도움으로 하늘의 변화를 확인할 수 있습니다.

현대 망원경 덕분에 우리는 별, 행성, 은하에 대해 잘 이해하고 있으며 이전에는 과학에 알려지지 않았던 가상의 입자와 파동(예: 암흑 물질)도 감지할 수 있습니다. (우주의 73%를 구성하는 신비한 입자들)아니면 중력파 (서로 3000km 떨어진 두 개의 관측소로 구성된 LIGO 관측소를 사용하여 탐지하려고합니다.)이러한 목적을 위해서는 망원경을 다른 모든 장치와 마찬가지로 우주로 보내는 것이 가장 좋습니다.

망원경을 우주로 보내는 이유는 무엇입니까?

지구 표면은 우주를 관찰하기에 가장 좋은 장소는 아닙니다. 우리 행성은 많은 간섭을 일으킵니다. 첫째, 행성 대기의 공기는 렌즈처럼 작용합니다. 즉, 천체의 빛을 무작위적이고 예측할 수 없는 방식으로 굴절시키고 우리가 보는 방식을 왜곡합니다. 또한 대기는 적외선, 자외선 등 다양한 유형의 방사선을 흡수합니다. 이러한 간섭을 해결하기 위해 망원경이 우주로 보내집니다. 사실, 이것은 매우 비싸기 때문에 거의 수행되지 않습니다. 역사를 통틀어 우리는 다양한 크기의 망원경 약 100개를 우주로 보냈습니다. 사실 이것만으로는 충분하지 않으며 지구상의 대형 광학 망원경조차도 몇 배 더 큽니다. 가장 유명한 우주 망원경은 허블이며, 2018년 발사 예정인 제임스 웹 망원경이 그 후속작이 될 것입니다.

얼마나 비쌉니까?

강력한 우주 망원경은 매우 비쌉니다. 지난주는 세계에서 가장 유명한 우주 망원경인 허블이 발사된 지 25주년이 되는 날이었습니다. 전체 기간 동안 약 100억 달러가 할당되었습니다. 허블은 정기적으로 수리되어야 했기 때문에 이 돈의 일부는 수리에 사용되었습니다. (그들은 2009년에 이 작업을 중단했지만 망원경은 여전히 ​​작동하고 있습니다).망원경이 발사된 직후 어리석은 일이 일어났습니다. 망원경이 찍은 첫 번째 이미지의 품질은 예상보다 훨씬 나빴습니다. 계산의 작은 오류로 인해 허블 거울의 수평이 충분하지 않아 문제를 해결하기 위해 전체 우주 비행사 팀을 파견해야 했습니다. 비용은 약 800만 달러입니다. James Webb 망원경의 가격은 변경될 수 있으며 출시가 가까워질수록 가격이 오를 가능성이 높지만 지금까지는 약 80억 달러이며 한 푼도 가치가 있습니다.

무엇이 특별한가?
제임스 웹 망원경에서요?

인류 역사상 가장 인상적인 망원경이 될 것입니다. 이 프로젝트는 90년대 중반에 구상되었으며 이제 마침내 최종 단계에 가까워지고 있습니다. 망원경은 지구에서 150만km를 비행하여 태양 주위의 궤도에 진입하거나 오히려 태양과 지구에서 두 번째 라그랑주 지점으로 진입합니다. 이곳은 두 물체의 중력이 균형을 이루는 곳이므로 세 번째 물체입니다. (이 경우에는 망원경)움직이지 않을 수 있습니다. James Webb 망원경은 너무 커서 로켓에 들어갈 수 없습니다. 따라서 접혀서 날아가고 변신하는 꽃처럼 우주에서 펼쳐질 것입니다. 이거 봐요 동영상어떻게 이런 일이 일어날지 이해하기 위해서입니다.

그러면 역사상 어떤 망원경보다 더 먼 곳, 즉 지구에서 130억 광년 떨어진 곳을 볼 수 있게 될 것입니다. 짐작할 수 있듯이 빛은 빛의 속도로 이동하기 때문에 우리가 보는 물체는 과거에 있습니다. 대략적으로 말하면, 망원경을 통해 별을 보면 수년, 수백, 수천 등의 모습으로 보입니다. 따라서 제임스 웹 망원경은 빅뱅 이후 최초의 별과 은하를 볼 수 있을 것입니다. 이것은 매우 중요합니다. 우리는 은하계가 어떻게 형성되었는지, 별과 행성계가 어떻게 나타나는지 더 잘 이해하고 생명의 기원을 더 잘 이해할 수 있게 될 것입니다. 아마도 제임스 웹 망원경은 외계 생명체를 발견하는 데에도 도움이 될 것입니다. 한 가지가 있습니다. 임무 중에 많은 일이 잘못될 수 있으며, 망원경이 지구에서 매우 멀리 떨어져 있기 때문에 허블의 경우처럼 수리를 위해 망원경을 보내는 것이 불가능할 것입니다.

이 모든 것의 실제적인 의미는 무엇입니까?

이것은 천문학에 관해 자주 묻는 질문이며, 특히 천문학에 얼마나 많은 돈이 지출되는지를 고려할 때 더욱 그렇습니다. 이에 대한 두 가지 대답이 있습니다. 첫째, 모든 것, 특히 과학이 명확한 실제적 의미를 가져야 하는 것은 아닙니다. 천문학과 망원경은 우주에서 인류의 위치와 일반적인 세계의 구조를 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다. 둘째, 천문학은 여전히 ​​실질적인 이점을 갖고 있습니다. 천문학은 물리학과 직접적인 관련이 있습니다. 천문학을 이해함으로써 우리는 물리학을 훨씬 더 잘 이해하게 됩니다. 왜냐하면 지구에서는 관찰할 수 없는 물리적 현상이 있기 때문입니다. 예를 들어, 천문학자들이 암흑 물질의 존재를 증명한다면 이는 물리학에 큰 영향을 미칠 것입니다. 또한 우주와 천문학을 위해 발명된 많은 기술이 일상 생활에서 사용됩니다. 현재 텔레비전에서 GPS 네비게이션에 이르기까지 모든 것에 사용되는 위성을 생각해 보세요. 마지막으로, 천문학은 미래에 매우 중요할 것입니다. 생존하려면 인류는 태양에서 에너지를, 소행성에서 광물을 추출하고, 다른 행성에 정착하고, 외계 문명과 통신해야 합니다. 그렇지 않으면 이 모든 것이 불가능할 것입니다. 이제 천문학과 망원경을 개발하세요.

별은 어디서 볼 수 있나요?

완전히 합리적인 질문: 망원경을 우주에 배치하는 이유는 무엇입니까? 모든 것이 매우 간단합니다. 우주에서 더 잘 볼 수 있습니다. 오늘날 우주를 연구하려면 지구에서는 얻을 수 없는 해상도의 망원경이 필요합니다. 이것이 망원경이 우주로 발사되는 이유입니다.

다양한 유형의 시력

이 모든 장치는 서로 다른 "비전"을 가지고 있습니다. 일부 유형의 망원경은 적외선 및 자외선 범위의 우주 물체를 연구하고 다른 유형의 망원경은 X선 범위를 연구합니다. 이것이 우주에 대한 심층 연구를 위해 더욱 발전된 우주 시스템을 만드는 이유입니다.

허블 우주 망원경

허블 우주 망원경(HST)
허블 망원경은 지구 저궤도에 있는 전체 우주 관측소입니다. NASA와 유럽 우주국이 제작에 참여했습니다. 망원경은 1990년에 궤도에 발사되었으며 현재 근적외선 및 자외선 범위를 관찰하는 가장 큰 광학 장치입니다.

궤도에서 작업하는 동안 허블은 행성, 별, 은하, 성운 등 22,000개의 다양한 천체에 대한 70만 개 이상의 이미지를 지구로 보냈습니다. 수천 명의 천문학자들이 우주에서 일어나는 과정을 관찰하기 위해 그것을 사용했습니다. 따라서 허블의 도움으로 별 주위의 많은 원시 행성 형성이 발견되었으며 목성, 토성 및 기타 행성의 오로라와 같은 현상에 대한 독특한 사진 및 기타 귀중한 정보가 많이 얻어졌습니다.

찬드라 엑스레이 관측소

찬드라 엑스레이 관측소
찬드라 우주 망원경은 1999년 7월 23일 우주로 발사되었습니다. 주요 임무는 우주의 매우 높은 에너지 영역에서 방출되는 X선을 관찰하는 것입니다. 이러한 연구는 우주의 진화를 이해하고 현대 과학의 가장 큰 미스터리 중 하나인 암흑 에너지의 본질을 연구하는 데 매우 중요합니다. 현재까지 X선 연구를 수행하는 수십 개의 장치가 우주로 발사되었지만 그럼에도 불구하고 찬드라는 이 분야에서 가장 강력하고 효과적인 장치로 남아 있습니다.

스피처 스피처 우주 망원경은 2003년 8월 25일 NASA에서 발사되었습니다. 그 임무는 차가운 별과 거대한 분자 구름을 볼 수 있는 적외선 범위에서 우주를 관찰하는 것입니다. 지구의 대기는 적외선을 흡수하므로 그러한 우주 물체를 지구에서 관찰하는 것은 거의 불가능합니다.

케플러(Kepler) 케플러 망원경은 2009년 3월 6일 NASA에서 발사되었습니다. 특별한 목적은 외계 행성을 검색하는 것입니다. 망원경의 임무는 3.5년 동안 10만 개 이상의 별의 밝기를 모니터링하는 것이며, 그 동안 태양으로부터 생명체가 출현하기에 적합한 거리에 위치한 지구와 유사한 행성의 수를 결정해야 합니다. 이러한 행성과 궤도 모양에 대한 자세한 설명을 작성하고, 행성계가 있는 별의 특성을 연구하는 등 다양한 작업을 수행하세요. 현재까지 케플러는 이미 5개 항성계와 수백 개의 새로운 행성을 식별했으며 그 중 140개는 지구와 유사한 특성을 가지고 있습니다.

제임스 웹 우주 망원경

제임스 웹 우주 망원경(JWST)
허블의 수명이 다하면 JWST 우주망원경이 그 자리를 대신할 것으로 추정된다. 직경 6.5m의 거대한 거울이 장착될 예정이며, 빅뱅의 결과로 나타난 최초의 별과 은하를 탐지하는 것이 목표이다.
그리고 그가 우주에서 무엇을 보게 될지, 그것이 우리 삶에 어떤 영향을 미칠지 상상하기조차 어렵습니다.

2009년 마지막 유지보수 임무 중 촬영된 망원경의 표준 사진.

25년 전인 1990년 4월 24일, 우주왕복선 디스커버리(Discovery)호는 10번째 비행으로 케이프 커내버럴(Cape Canaveral)에서 출발했습니다. 그 수송실에는 NASA에 영광을 가져다 주고 천문학의 여러 분야 발전의 촉매제가 될 특이한 화물을 싣고 출발했습니다. . 그리하여 아마도 세계에서 가장 유명한 천문 장비일지도 모르는 허블 우주 망원경의 25년간의 임무가 시작되었습니다.

다음날인 1990년 4월 25일, 화물 해치 문이 열렸고 특수 조작기가 망원경을 구획 밖으로 들어냈습니다. 허블은 지구 위 612km 고도에서 여행을 시작했습니다. 장치 출시 과정은 여러 대의 IMAX 카메라로 촬영되었으며 이후 수리 임무 중 하나와 함께 영화 Destiny in Space(1994)에 포함되었습니다. 망원경은 영화 허블: 공간과 시간을 가로지르는 은하(2004)와 허블 3D(2010)의 영웅이 되면서 여러 번 더 IMAX 영화 제작자의 관심을 끌었습니다. 그러나 대중 과학 영화는 즐겁지만 여전히 궤도 관측소 작업의 부산물입니다.

우주 망원경이 필요한 이유는 무엇입니까?

광학 천문학의 주요 문제는 지구 대기에 의해 발생하는 간섭입니다. 대형 망원경은 오랫동안 대도시와 산업 중심지에서 멀리 떨어진 산 높은 곳에 지어졌습니다. 원격성은 실제와 빛(인공 광원에 의한 밤하늘의 조명) 모두의 스모그 문제를 부분적으로 해결합니다. 높은 고도에 위치하면 망원경의 해상도를 제한하는 대기 난류의 영향을 줄이고 관측에 적합한 밤 수를 늘릴 수 있습니다.

이미 언급한 불편함 외에도 자외선, X선 및 감마선 범위에서 지구 대기의 투명성은 아직 아쉬운 점이 많습니다. 적외선 스펙트럼에서도 비슷한 문제가 관찰됩니다. 지상 관측자를 방해하는 또 다른 장애물은 하늘의 푸른색을 설명하는 것과 동일한 레일리 산란입니다. 이 현상으로 인해 관측된 물체의 스펙트럼이 왜곡되어 빨간색으로 이동합니다.

디스커버리 셔틀의 화물칸에 있는 허블. IMAX 카메라 중 하나에서 봅니다.

그러나 여전히 주요 문제는 지구 대기의 이질성, 밀도, 풍속 등이 다른 지역의 존재입니다. 육안으로 볼 수 있는 잘 알려진 별의 반짝임으로 이어지는 것은 바로 이러한 현상입니다. 대형 망원경의 다중 미터 광학을 사용하면 문제가 더욱 악화됩니다. 결과적으로 지상 광학 기기의 분해능은 거울 크기와 망원경 조리개 크기에 관계없이 약 1각초로 제한됩니다.

망원경을 우주로 가져가면 이러한 모든 문제를 피하고 해상도를 몇 배나 높일 수 있습니다. 예를 들어, 거울 직경이 2.4m인 허블 망원경의 이론적인 분해능은 0.05초이고, 실제 분해능은 0.1초입니다.

허블 프로젝트. 시작

처음으로 과학자들은 우주 시대가 도래하기 훨씬 전인 지난 세기 30년대에 천문 장비를 지구 대기권 너머로 옮기는 것의 긍정적인 효과에 대해 이야기하기 시작했습니다. 외계 관측소 건설에 열광한 사람 중 한 명은 천체물리학자 라이먼 스피처(Lyman Spitzer)였습니다. 따라서 1946년 기사에서 그는 우주 망원경의 주요 장점을 입증했으며, 1962년에는 미국 국립과학원이 우주 프로그램에 그러한 장치의 개발을 포함시킬 것을 권고하는 보고서를 발표했습니다. 예상대로 1965년에 스피처는 대형 우주 망원경의 과학적 임무 범위를 결정하는 위원회의 위원장이 되었습니다. 나중에 2003년에 발사된 85cm 주경을 갖춘 스피처 우주 망원경(SIRTF) 적외선 우주 망원경이 과학자의 이름을 따서 명명되었습니다.

스피처 적외선 망원경.

최초의 외계 관측소는 태양 연구를 위해 우주 시대가 시작된 지 불과 5년 후인 1962년에 발사된 궤도 태양 관측소 1(OSO 1)이었습니다. 전체적으로 1962년부터 1975년까지 OSO 프로그램에 따라 진행되었습니다. 8개의 장치가 생성되었습니다. 그리고 1966년에 이와 병행하여 1966년부터 1972년까지의 틀 내에서 OAO(Orbiting Astronomical Observatory)라는 또 다른 프로그램이 시작되었습니다. 4개의 궤도를 도는 자외선 및 X선 망원경이 발사되었습니다. 처음에는 단순히 대형 궤도 망원경 또는 대형 우주 망원경이라고 불렸던 대형 우주 망원경 제작의 출발점이 된 것은 OAO 임무의 성공이었습니다. 이 장치는 1983년에야 미국의 천문학자이자 우주학자인 에드윈 허블(Edwin Hubble)을 기리기 위해 허블(Hubble)이라는 이름을 받았습니다.

처음에는 3m 주경을 갖춘 망원경을 제작해 이미 1979년에 궤도에 진입시킬 계획이었다. 더욱이 망원경을 우주에서 직접 서비스할 수 있도록 관측소가 즉시 개발됐고 여기서는 우주왕복선 프로그램이, 병렬로 개발 중이었는데 매우 유용했고 첫 비행은 1981년 4월 12일에 이루어졌습니다. 솔직히 말하면, 모듈식 설계는 훌륭한 솔루션이었습니다. 셔틀은 장비를 수리하고 업그레이드하기 위해 망원경으로 5번 날아갔습니다.

그리고 돈 찾기가 시작되었습니다. 의회는 자금 지원을 거부하거나 자금을 다시 할당했습니다. NASA와 과학계는 대형 우주 망원경 프로젝트를 위해 전례 없는 전국적인 로비 프로그램을 시작했습니다. 여기에는 국회의원들에게 편지(당시에는 종이)를 대량으로 발송하고 과학자와 국회의원 및 상원의원과의 개인 회의 등이 포함되었습니다. 마침내 1978년 의회는 처음으로 3,600만 달러를 할당했고 유럽 우주 공동체(ESA)가 비용의 일부를 부담하기로 합의했습니다. 천문대의 설계가 시작되었고, 1983년을 새로운 발사일로 정했습니다.

영웅을 위한 거울

광학 망원경의 가장 중요한 부분은 거울입니다. 우주 망원경의 거울은 지상 거울보다 해상도가 높기 때문에 특별한 요구 사항이 있었습니다. 직경 2.4m의 허블 주 거울에 대한 작업은 1979년에 시작되었으며 Perkin-Elmer가 계약자로 선정되었습니다. 후속 사건에서 알 수 있듯이 이것은 치명적인 실수였습니다.

코닝의 초저열팽창계수 유리가 프리폼으로 사용되었습니다. 예, 스마트폰 화면을 보호하는 Gorilla Glass와 동일한 제품입니다. 최신 CNC 기계가 처음 사용된 연마 정밀도는 적색광 파장의 1/65, 즉 10nm여야 했습니다. 그런 다음 거울은 65nm 알루미늄 층과 25nm 두께의 불화마그네슘 보호층으로 코팅되어야 했습니다. Perkin-Elmer의 역량을 의심하고 신기술 사용에 따른 문제를 두려워한 NASA는 동시에 Kodak에 전통적인 방식으로 만든 백업 미러를 주문했습니다.

퍼킨-엘머 공장에서 허블 주경을 연마하는 중, 1979년.

NASA의 우려는 근거 없는 것으로 드러났다. 주 거울의 연마 작업은 1981년 말까지 계속되었으므로 출시가 처음에는 1984년으로 연기되었고, 그 다음에는 광학 시스템의 다른 구성 요소 생산이 지연되어 1985년 4월로 연기되었습니다. Perkin-Elmer의 지연은 재앙 수준에 이르렀습니다. 발사는 1986년 3월과 9월로 두 번 더 연기되었습니다. 동시에 당시 총 프로젝트 예산은 이미 11억 7,500만 달러였습니다.

재난과 예상

1986년 1월 28일, 케이프 커내버럴(Cape Canaverel) 상공을 비행한 지 73초 만에 우주왕복선 챌린저(Challenger)호가 7명의 우주비행사를 태운 채 폭발했습니다. 2년 반 동안 미국은 유인 비행을 중단했고, 허블 발사도 무기한 연기됐다.

우주 왕복선 비행은 1988년에 재개되었으며, 우주선의 발사는 원래 날짜로부터 11년 후인 1990년으로 예정되어 있었습니다. 4년 동안 탑재 시스템이 부분적으로 켜진 망원경은 인공 대기가 있는 특별실에 보관되었습니다. 고유한 장치를 보관하는 데 드는 비용만 매달 약 600만 달러에 달했습니다! 발사 당시 우주 실험실을 만드는 데 드는 총 비용은 계획된 4억 달러가 아닌 25억 달러로 추산되었으며, 현재 인플레이션을 고려하면 100억 달러가 넘습니다!

이러한 강제 지연에는 긍정적인 측면도 있었습니다. 개발자는 위성을 마무리하는 데 추가 시간을 얻었습니다. 따라서 태양광 패널은 보다 효율적인 패널로 교체되었으며(이 작업은 미래에 두 번 더 수행되지만 이번에는 우주에서 수행됨) 온보드 컴퓨터가 현대화되었으며 지상 기반 소프트웨어가 개선되었습니다. 1986년에는 전혀 준비가 되어 있지 않았습니다. 망원경이 제 시간에 갑자기 우주로 나가면 지상 서비스에서는 이를 사용할 수 없게 됩니다. NASA에서도 엉성함과 비용 초과가 발생합니다.

그리고 마침내 1990년 4월 24일 디스커버리 호는 허블을 우주로 발사했습니다. 천문 관측 역사의 새로운 단계가 시작되었습니다.

불운한 행운의 망원경

이것이 허블의 불운의 끝이라고 생각한다면, 당신은 큰 착각입니다. 출시 직후 문제가 시작되었습니다. 태양 전지판 중 하나가 펼쳐지기를 거부했습니다. 우주비행사들은 이미 우주복을 입고 문제를 해결하기 위해 우주로 나갈 준비를 하고 있었는데, 그때 패널이 자유로워지고 적절한 자리를 차지했습니다. 그러나 이것은 시작에 불과했습니다.

Canadarm 조작기는 허블을 자유 비행으로 풀어줍니다.

문자 그대로 망원경을 사용하는 첫 날에 과학자들은 허블이 선명한 이미지를 생성할 수 없으며 그 해상도가 지구 기반 망원경보다 그다지 우수하지 않다는 것을 발견했습니다. 수십억 달러 규모의 프로젝트는 실패로 판명되었습니다. Perkin-Elmer가 망원경의 광학 시스템 생산을 외설적으로 지연시켰을 뿐만 아니라 주 거울을 연마하고 설치할 때 심각한 실수를 저질렀다는 것이 곧 분명해졌습니다. 거울 가장자리의 지정된 모양과의 편차는 2미크론으로, 이로 인해 강한 구면 수차가 나타나고 해상도가 계획된 0.1 대신 1아크초로 감소했습니다.

오류의 이유는 Perkin-Elmer에게 단순히 부끄러운 일이었고 회사의 존재를 종식시켜야 했습니다. 대형 비구면 거울을 검사하기 위한 특수 광학 장치인 메인 널 교정기가 잘못 설치되었습니다. 렌즈가 올바른 위치에서 1.3mm 이동되었습니다. 장치를 조립한 기술자는 레이저 미터로 작업할 때 실수를 했고, 렌즈와 지지 구조 사이에 예상치 못한 틈을 발견했을 때 일반 금속 와셔를 사용하여 이를 보완했습니다.

그러나 Perkin-Elmer가 엄격한 품질 관리 규정을 위반하여 구면 수차의 존재를 나타내는 추가 널 보정기의 판독값을 단순히 무시하지 않았다면 문제는 피할 수 있었을 것입니다. 따라서 한 사람의 실수와 Perkin-Elmer 관리자의 부주의로 인해 수십억 달러 규모의 프로젝트가 균형을 이루지 못했습니다.

NASA는 코닥이 만든 여분의 거울을 갖고 있었고, 망원경은 궤도에서 서비스되도록 설계됐지만, 우주에서 주요 부품을 교체하는 것은 불가능했다. 결과적으로, 광학 왜곡의 정확한 크기를 결정한 후 이를 보상하기 위한 특수 장치인 COSTAR(Corporive Optics Space Telescope Axial replacement)가 개발되었습니다. 간단히 말해서 광학 시스템을 위한 기계적 패치입니다. 이를 설치하려면 허블의 과학 장치 중 하나를 분해해야 했습니다. 협의 후 과학자들은 고속 광도계를 희생하기로 결정했습니다.

우주 비행사는 첫 번째 수리 임무 동안 허블을 유지 관리합니다.

셔틀 엔데버의 수리 임무는 1993년 12월 2일까지 시작되지 않았습니다. 그동안 허블은 구면수차의 크기와 관계없이 측정과 측량을 수행했으며, 또한 천문학자들은 일부 왜곡을 보상하는 상당히 효과적인 후처리 알고리즘을 개발했습니다. 장치 1개를 분해하고 COSTAR를 설치하는 데 5일의 작업과 5번의 우주 유영, 총 35시간이 걸렸습니다! 그리고 임무를 수행하기 전에 우주비행사들은 허블 서비스를 위해 만들어진 약 100가지의 독특한 장비를 사용하는 방법을 배웠습니다. COSTAR 설치와 함께 망원경의 메인 카메라도 교체되었습니다. 보정 장치와 새 카메라는 모두 해당 질량을 갖춘 대형 냉장고 크기의 장치라는 점을 이해할 가치가 있습니다. 800x800 픽셀 해상도의 Texas Instruments CCD 센서 4개가 장착된 광시야/행성 카메라 대신 NASA 제트 추진 연구소에서 설계한 새로운 센서가 포함된 광시야 및 행성 카메라 2가 설치되었습니다. 4개 매트릭스의 해상도는 이전 매트릭스와 유사함에도 불구하고 특별한 배열로 인해 더 작은 시야각에서 더 높은 해상도를 달성했습니다. 동시에 허블은 태양광 패널과 이를 제어하는 ​​전자 장치, 자세 제어 시스템을 위한 4개의 자이로스코프, 몇 가지 추가 모듈 등으로 교체되었습니다. 이미 1994년 1월 13일에 NASA는 우주 물체에 대한 훨씬 더 선명한 이미지를 대중에게 보여주었습니다.

COSTAR 설치 전후의 M100 은하 이미지.

문제는 한 번의 수리 임무에만 국한되지 않고, 셔틀이 허블까지 5번(!) 날아갔고, 이로 인해 천문대는 ISS와 소련의 궤도 정거장 외에 가장 많이 방문한 인공 외계 물체가 되었습니다.

다수의 과학 장비와 탑재 시스템이 교체되는 두 번째 임무는 1997년 2월에 이루어졌습니다. 우주비행사들은 다시 다섯 차례에 걸쳐 우주로 나가 총 33시간을 탑승했다.

세 번째 수리 임무는 두 부분으로 나누어졌고, 첫 번째 수리 임무는 예정보다 늦게 완료되어야 했습니다. 사실은 허블의 자세 제어 시스템 자이로스코프 6개 중 3개가 고장나서 망원경이 목표물을 향하게 하는 것이 어려워졌습니다. 네 번째 자이로스코프는 수리팀 투입 일주일 전에 '죽어' 우주 관측소를 통제할 수 없게 됐다. 탐사대는 1999년 12월 19일 망원경을 구출하기 위해 출발했습니다. 우주비행사들은 자이로스코프 6개를 모두 교체하고 온보드 컴퓨터를 업그레이드했습니다.

허블의 첫 번째 온보드 컴퓨터는 DF-224였습니다.

1990년에 허블은 80년대 내내 NASA에서 널리 사용했던 DF-224 온보드 컴퓨터를 탑재하여 발사했습니다(천문대의 디자인은 70년대에 만들어졌다는 점을 기억하십시오). Rockwell Autonetics에서 제조한 무게 50kg, 크기 45x45x30cm 크기의 이 시스템에는 1.25MHz 주파수의 프로세서 3개가 장착되어 있으며 그 중 2개는 백업으로 간주되어 기본 백업과 첫 번째 백업에 오류가 발생한 경우 교대로 켜졌습니다. CPU. 시스템에는 48K 킬로워드(1워드는 32바이트)의 메모리 용량이 장착되었으며 한 번에 32킬로워드만 사용할 수 있었습니다.

당연히 90년대 중반까지 이러한 아키텍처는 이미 절망적으로 구식이었기 때문에 서비스 임무 중에 DF-224는 클럭 주파수가 25MHz인 특수 방사선 보호 Intel i486 칩 기반 시스템으로 교체되었습니다. 새 컴퓨터는 DF-224보다 20배 빠르며 RAM은 6배 더 많아 많은 작업 처리 속도를 높이고 최신 프로그래밍 언어를 사용할 수 있었습니다. 그건 그렇고, 우주 기술용을 포함하여 임베디드 시스템용 Intel i486 칩은 2007년 9월까지 생산되었습니다!

우주 비행사가 지구로 돌아오기 위해 허블에서 테이프 드라이브를 제거합니다.

온보드 데이터 저장 시스템도 교체되었습니다. 허블의 원래 설계에서는 1.2GB의 데이터를 연속적으로 저장할 수 있는 70년대의 릴투릴 드라이브였습니다. 두 번째 수리 임무 중에 이러한 "릴투릴 테이프 레코더" 중 하나가 SSD 드라이브로 교체되었습니다. 세 번째 미션에서는 두 번째 '보빈'도 변경됐다. SSD를 사용하면 10배 더 많은 정보(12GB)를 저장할 수 있습니다. 하지만 노트북의 SSD와 비교해서는 안 됩니다. 허블의 주 드라이브의 크기는 30 x 23 x 18 cm이고 무게는 무려 11.3 kg입니다!

공식적으로 3B라고 불리는 네 번째 임무는 2002년 3월 천문대로 출발했습니다. 주요 작업은 새로운 측량용 고급 카메라를 설치하는 것입니다. 이 장치를 설치하면 1993년부터 사용되었던 보정 장치의 사용을 중단할 수 있게 되었습니다. 새 카메라에는 2048 × 4096 픽셀 크기의 도킹된 CCD 감지기 2개가 있어 총 해상도가 250만 픽셀에 비해 1600만 픽셀이 되었습니다. 이전 카메라의 경우. 과학 장비 중 일부가 교체되어 1991년에 우주로 보내진 원래 세트의 장비 중 어느 것도 허블에 남아 있지 않았습니다. 또한 우주비행사들은 두 번째로 위성의 태양광 패널을 보다 효율적인 태양광 패널로 교체하여 30% 더 많은 에너지를 생산했습니다.

셔틀에 적재되기 전 클린룸에 있는 측량용 고급 카메라입니다.

다섯 번째 허블 비행은 6년 전인 2009년 우주왕복선 프로그램이 끝날 무렵 이루어졌습니다. 왜냐하면 이것이 최종 수리임무인 것으로 알려졌고, 망원경은 대대적인 점검을 거쳤다. 이번에도 자세 제어 시스템의 자이로스코프 6개, 정밀 유도 센서 중 하나를 모두 교체하고, 18년 동안 궤도에서 작동했던 기존 배터리 대신 새로운 니켈-수소 배터리를 설치하고, 손상된 케이스를 수리했습니다.

우주비행사가 지구에서 허블 배터리 교체를 연습하고 있습니다. 배터리 팩 무게 – 181kg.

총 5번의 서비스 임무 동안 우주비행사들은 망원경을 수리하는 데 23일, 공기가 없는 공간에서 164시간을 보냈습니다! 독특한 성과입니다.

망원경용 인스타그램

매주 허블은 모든 궤도 망원경을 관리하기 위해 특별히 만들어진 우주 망원경 과학 연구소에서 수집된 약 140GB의 데이터를 지구로 보냅니다. 현재 아카이브의 양은 약 60TB(기록 150만 개)에 달하며, 망원경 자체와 마찬가지로 모든 사람이 접근할 수 있습니다. 누구나 허블 사용을 신청할 수 있지만, 문제는 허블이 승인될지 여부입니다. 그러나 천문학 학위가 없다면 시도조차 하지 마십시오. 이미지에 대한 정보를 얻기 위한 신청서를 통과하지 못할 가능성이 높습니다.

그런데 허블이 지구로 전송한 모든 사진은 흑백이다. 실제 색상이나 인공 색상의 컬러 사진 조합은 다양한 필터를 사용하여 촬영한 일련의 흑백 사진을 겹쳐서 이미 지구상에서 발생합니다.

"창조의 기둥"은 허블이 촬영한 2015년 가장 인상적인 사진 중 하나입니다. 독수리 성운, 거리 4000광년.

이미 처리된 허블로 찍은 가장 인상적인 사진은 망원경 25주년 기념 사이트인 NASA 또는 ESA의 공식 하위 사이트인 HubbleSite에서 찾을 수 있습니다.

당연히 허블은 자체 트위터 계정을 가지고 있습니다.

• 번역

전자기 스펙트럼 전체의 파장에서 작동하는 망원경(2013년 2월 현재 작동)의 예입니다. 관측소는 일반적으로 관측하는 스펙트럼 부분 위 또는 아래에 위치합니다.

1990년에 허블 우주 망원경이 발사되었을 때 우리는 그것을 사용하여 많은 양의 측정을 수행할 예정이었습니다. 우리는 이전에 한 번도 본 적이 없는 먼 은하계의 개별 별들을 보게 될 것입니다. 이전에는 불가능했던 방식으로 깊은 우주를 측정합니다. 별이 형성되는 지역을 들여다보고 전례 없는 해상도로 성운을 관찰하세요. 이전에는 불가능했던 목성과 토성의 위성 폭발을 자세하게 포착하세요. 그러나 암흑 에너지, 초거대 블랙홀, 외계 행성, 원시행성 원반 등 가장 큰 발견은 예상치 못한 일이었습니다. James Webb 및 WFIRST 망원경에서도 이러한 추세가 계속됩니까? 독자는 이렇게 묻습니다.

급진적인 새로운 물리학에 대한 환상을 제외하고 Webb 및 WFIRST의 어떤 결과가 가장 놀라울 수 있습니까?

제임스 웹(James Webb)은 차세대 우주 망원경으로 2018년 10월 발사될 예정이다. [원본 기사가 작성된 이후 발사 날짜가 2019년 3~6월로 옮겨졌다. 번역.]. 완전히 작동하고 냉각되면 인류 역사상 가장 강력한 관측소가 될 것입니다. 직경은 6.5m, 조리개는 허블의 7배, 해상도는 거의 3배에 이릅니다. 가시광선부터 적외선까지 550~30,000nm의 파장을 포괄합니다. 관찰 가능한 모든 물체의 색상과 스펙트럼을 측정하여 수신하는 거의 모든 광자의 이점을 극대화할 수 있습니다. 우주에서의 위치는 대기가 부분적으로 투명한 파동뿐만 아니라 그것이 인식하는 스펙트럼 내의 모든 것을 볼 수 있게 해줄 것입니다.

2024년 발사 예정인 WFIRST 위성의 개념도. 그것은 우리에게 암흑 에너지와 다른 놀라운 우주 발견에 대한 가장 정확한 측정을 제공할 것입니다.

WFIRST는 NASA의 2020년대 주력 임무로 현재 2024년에 발사될 예정이다. 망원경은 크지 않을 것이고, 적외선도 아닐 것이며, 허블이 할 수 없는 것 외에는 아무것도 다루지 않을 것입니다. 그는 그 일을 더 잘하고 더 빠르게 할 것입니다. 얼마나 나아졌나요? 하늘의 특정 영역을 연구하는 허블은 시야 전체에서 빛을 수집하고 단순히 많은 이미지를 수집하고 함께 연결하는 것만으로 성운, 행성계, 은하, 은하단의 사진을 찍을 수 있습니다. WFIRST는 동일한 작업을 수행하지만 시야가 100배 더 큽니다. 즉, 허블이 할 수 있는 모든 일을 WFIRST가 100배 더 빠르게 할 수 있다는 뜻입니다. 허블이 23일 동안 동일한 하늘 조각을 관찰하고 그곳에서 5,500개의 은하를 발견했을 때 허블 익스트림 딥 필드(Hubble eXtreme Deep Field) 실험에서 이루어진 것과 동일한 관찰을 한다면, WFIRST는 그 기간에 50만 개가 넘는 은하를 발견했을 것입니다.

지금까지 우주에 대한 가장 깊은 관측인 허블 익스트림 딥 필드(Hubble eXtreme Deep Field) 실험의 이미지

하지만 우리는 이 두 개의 멋진 천문대의 도움으로 발견하게 될 우리가 알고 있는 것들이 아니라 아직 우리가 아무것도 모르는 것들에 가장 관심이 있습니다! 이러한 발견을 예상하기 위해 우리가 필요로 하는 가장 중요한 것은 좋은 상상력, 우리가 아직 발견할 수 있는 것에 대한 아이디어, 그리고 이러한 망원경의 기술적 민감성에 대한 이해입니다. 우주가 우리의 생각에 혁명을 일으키기 위해서는 우리가 발견한 정보가 우리가 알고 있는 정보와 근본적으로 다를 필요가 전혀 없습니다. James Webb과 WFIRST가 발견할 수 있는 7가지 후보는 다음과 같습니다!

희미한 붉은 별 TRAPPIST-1을 공전하는 새로 발견된 행성의 크기를 목성의 갈릴리 위성 및 태양계 내부와 비교합니다. TRAPPIST-1 주변에서 발견된 모든 행성은 크기가 지구와 비슷하지만 별의 크기는 목성과 비슷합니다.

1) 잠재적으로 거주 가능한 지구 크기의 세계에 산소가 풍부한 대기가 있습니다. 1년 전, 태양과 같은 별이 거주할 수 있는 지역에서 지구 크기의 세계를 찾는 연구가 최고조에 달했습니다. 그러나 프록시마 b의 발견과 작은 적색 왜성을 공전하는 지구 크기의 TRAPPIST-1 주변의 7개 지구 크기 세계는 격렬한 논쟁의 폭풍을 불러일으켰습니다. 만약 이 세계가 거주 가능하고 대기가 있다면, 별의 크기에 비해 지구의 크기가 상대적으로 크다는 것은 우리가 이동하는 동안 대기의 함량을 측정할 수 있다는 것을 시사합니다! 분자(이산화탄소, 메탄, 산소)의 흡수 효과는 생명체의 최초의 간접적인 증거를 제공할 수 있습니다. 제임스 웹(James Webb)은 이것을 볼 수 있을 것이며 그 결과는 세계를 놀라게 할 것입니다!

시간이 지남에 따라 암흑 에너지의 강도가 증가하는 것을 감지하면 Big Rip 시나리오가 진행됩니다.

2) 암흑에너지의 불안정성과 빅립(Big Rip)의 시작 가능성에 대한 증거. WFIRST의 주요 과학적 목표 중 하나는 Type Ia 초신성을 찾아 매우 먼 거리에서 별을 관찰하는 것입니다. 이러한 동일한 사건을 통해 우리는 암흑 에너지를 발견할 수 있었지만 수십, 수백 개가 아닌 먼 거리에 걸쳐 발생하는 수천 개의 사건에 대한 정보를 수집하게 됩니다. 그리고 이를 통해 우리는 우주의 팽창 속도뿐만 아니라 시간에 따른 이 속도의 변화도 오늘날보다 10배 더 높은 정확도로 측정할 수 있게 될 것입니다. 암흑에너지가 우주상수와 1% 이상 차이가 나면 우리는 그것을 찾아낼 것입니다. 그리고 우주 상수의 음압보다 크기가 1%만 더 크다면 우리 우주는 빅 립(Big Rip)으로 끝날 것입니다. 이것은 확실히 놀라운 일이 될 것입니다. 그러나 우리에게는 우주가 하나뿐이므로 우주 자체에 대해 무엇을 전달할 준비가 되어 있는지 듣는 것이 우리의 의무입니다.

분광학을 통해 허블이 확인한 오늘날 알려진 가장 먼 은하는 우주가 고작 4억 700만 년 전이었을 때의 모습으로 우리에게 보인다.

3) 우리 이론이 예측하는 것보다 더 이른 시대의 별과 은하. 적외선 눈을 가진 제임스 웹(James Webb)은 우주의 나이가 현재 나이의 2%에 불과한 2억 ~ 2억 7,500만 년 전의 과거를 볼 수 있게 될 것입니다. 이것은 최초의 은하의 대부분과 최초의 별의 늦은 형성을 다루어야 하지만, 이전 세대의 별과 은하가 훨씬 더 일찍 존재했다는 증거도 찾을 수 있습니다. 이런 식으로 밝혀지면 우주 마이크로파 배경 복사가 출현한 시점(38만년)부터 최초의 별이 형성될 때까지의 중력 성장에 뭔가 문제가 있다는 뜻이 된다. 이것은 확실히 흥미로운 문제가 될 것입니다!

수많은 은하의 핵과 마찬가지로 은하 NGC 4261의 핵은 적외선과 X선 영역 모두에서 초대질량 블랙홀의 존재 징후를 보여줍니다.

4) 최초의 은하계 이전에 나타난 초대질량 블랙홀. 우리가 측정할 수 있는 가장 먼 옛날부터 우주의 나이가 약 10억년이 될 때까지 은하계에는 초대질량 블랙홀이 있었습니다. 표준 이론에 따르면 이러한 블랙홀은 1세대 별이 서로 합쳐져 성단의 중심으로 떨어진 후 물질이 축적되어 초대질량 블랙홀로 변한 것에서 발생했다고 합니다. 표준적인 희망은 이 패턴의 확인과 성장 초기 단계의 블랙홀을 찾는 것이지만, 이러한 초기 은하계에서 이미 완전히 형성된 블랙홀을 발견한다면 놀랄 것입니다. James Webb과 WFIRST는 이러한 물체에 대해 밝힐 수 있으며 어떤 형태로든 이를 발견하는 것은 중요한 과학적 혁신이 될 것입니다!

케플러가 발견한 행성은 크기별로 정렬되어 있으며, 2016년 5월 기준으로 가장 큰 새로운 외계 행성 샘플을 공개했습니다. 가장 일반적인 세계는 지구보다 약간 크고 해왕성보다 약간 작습니다. 그러나 저질량 세계는 단순히 케플러에게 보이지 않을 수도 있습니다.

5) 지구 전체의 10%에 불과한 저질량 외계 행성이 가장 흔할 수 있습니다. 이것이 WFIRST의 전문 분야입니다. 하늘의 넓은 영역에 걸쳐 마이크로렌즈를 검색하는 것입니다. 우리의 관점에서 별이 다른 별 앞을 지나갈 때, 공간의 곡률은 예측 가능한 증가와 그에 따른 밝기의 감소와 함께 확대 효과를 생성합니다. 전경 시스템에 행성이 있으면 빛 신호가 변경되고 다른 방법보다 더 작은 질량을 인식하여 향상된 정확도로 인식할 수 있습니다. WFIRST를 사용하면 지구 질량의 10%에 해당하는 모든 행성(화성 크기의 행성)을 탐사할 것입니다. 화성과 같은 세계가 지구와 같은 세계보다 더 흔합니까? WFIRST가 우리가 알아내는 데 도움을 줄 수 있습니다!

우주 최초의 별인 Population III 별을 포함하는 것으로 발견된 최초의 은하인 CR7의 그림. 제임스 웹(James Webb)은 이 은하계와 다른 유사한 은하계의 실제 사진을 찍을 수 있습니다.

6) 최초의 별은 현재 존재하는 별보다 더 질량이 클 수 있습니다. 첫 번째 별을 연구함으로써 우리는 그것이 현재의 별과 매우 다르다는 것을 이미 알고 있습니다. 그들은 다른 원소 없이 거의 100% 순수한 수소와 헬륨으로 구성되었습니다. 그러나 다른 요소들은 냉각, 복사 및 별이 초기 단계에서 너무 커지는 것을 방지하는 데 중요한 역할을 합니다. 오늘날 알려진 가장 큰 별은 타란툴라 성운에 있으며 태양보다 질량이 260배 더 큽니다. 그러나 초기 우주에는 태양보다 300배, 500배, 심지어 1000배 더 무거운 별이 있을 수도 있습니다! 제임스 웹(James Webb)은 우리에게 알아낼 기회를 주어야 하며, 우주에서 가장 초기의 별에 대해 놀라운 것을 말해 줄 수도 있습니다.

왜소 은하에서 가스 유출은 활동적인 별 형성 중에 발생하며 이로 인해 일반 물질은 날아가고 암흑 물질은 남아 있습니다.

7) 암흑물질은 오늘날의 은하에서만큼 초기 은하에서 지배적이지 않을 수도 있습니다. 우리는 마침내 우주의 먼 부분에 있는 은하계를 측정하고 일반 물질과 암흑 물질의 비율이 변하고 있는지 확인할 수 있게 될 것입니다. 새로운 별이 집중적으로 형성되면서 은하가 매우 크지 않는 한 정상적인 물질이 은하 밖으로 흘러나옵니다. 즉, 초기의 희미한 은하에서는 멀지 않은 곳에 위치한 희미한 은하보다 암흑 물질에 비해 더 많은 정상적인 물질이 있어야 함을 의미합니다. 우리를. 그러한 관찰은 암흑 물질에 대한 현재의 이해를 확증하고 수정된 중력 이론에 도전하게 될 것입니다. 반대의 관찰은 암흑 물질 이론을 반증할 수 있습니다. James Webb은 이 문제를 처리할 수 있지만 WFIRST 관측의 누적된 통계를 통해 모든 것이 명확해질 것입니다.

최초의 별이 형성될 때 우주가 어떤 모습일지에 대한 예술가의 생각

이것들은 모두 가능성일 뿐이며 여기에 나열하기에는 너무 많습니다. 관찰하고, 데이터를 축적하고, 과학적 연구를 수행하는 것의 요점은 우리가 알아내는 데 도움이 되는 올바른 질문을 하기 전까지는 우주가 어떻게 작동하는지 알 수 없다는 것입니다. 제임스 웹(James Webb)은 첫 번째 빛과 재이온화, 은하의 집합과 성장, 별의 탄생과 행성 형성, 행성 탐색과 생명의 기원이라는 네 가지 주요 주제에 초점을 맞출 예정입니다. WFIRST는 2MASS 및 WISE와 같은 이전 관측소의 기능을 훨씬 뛰어넘는 암흑 에너지, 초신성, 중입자 음향 진동, 외계 행성(마이크로렌즈 및 직접 관측 모두) 및 하늘의 넓은 범위에 대한 근적외선 관측에 중점을 둘 것입니다.

WISE 우주선이 획득한 하늘 전체의 적외선 지도. WFIRST는 WISE에서 사용할 수 있는 공간 해상도와 피사계 심도를 훨씬 뛰어넘어 더 깊고 더 멀리 볼 수 있게 해줍니다.

우리는 오늘날의 우주에 대해 놀라운 이해를 갖고 있지만 James Webb과 WFIRST가 대답할 질문은 우리가 이미 배운 내용을 바탕으로 오늘날에만 제기되는 질문입니다. 이 모든 면에서 놀라움은 없을 것이라는 것이 밝혀질 수도 있지만, 우리가 놀라움을 발견할 뿐만 아니라 그 본질에 대한 우리의 추측도 완전히 틀릴 가능성이 더 높습니다. 과학의 재미 중 하나는 우주가 언제, 어떻게 새로운 것으로 당신을 놀라게 할 것인지 결코 알 수 없다는 것입니다. 그리고 이것이 이루어질 때 모든 진보된 인류에게 가장 큰 기회가 옵니다. 그것은 우리가 완전히 새로운 것을 배울 수 있게 하고 우리가 물리적 현실을 이해하는 방식을 변화시킵니다.