천문硏-NASA 개발 태양 코로나그래프, 세계 첫 외부 코로나 온도·속도 동시 관측 성공

[이데일리 이연호 기자] 과학기술정보통신부와 한국천문연구원은 지난 18일 오후 10시께(현지 기준 18일 오전 7시경)부터 미국 뉴멕시코주 포트 섬너(Fort Sumner)에서 8시간 동안 진행된 미국 항공우주국(NASA)과 공동 개발한 태양 코로나그래프(coronagraph) 핵심기술 검증을 성공적으로 마무리했다고 19일 밝혔다.

지난 2017년 8월 미국 개기일식 때 지상에서 관측한 태양 코로나. 사진=천문연.

천문연-NASA 공동연구진은 NASA 콜롬비아 과학 기구 발사장(CSBF, Columbia Scientific Balloon Facility)에서 축구 경기장 크기(가로 약 140m)의 대형 과학용 풍선기구에 태양 코로나그래프를 탑재해 약 40km 상공 성층권으로 띄웠고(실험기구 높이는 63빌딩보다 더 긴 216m), 세계 최초로 외부 코로나(태양 표면으로부터 200만~700만km) 지역의 온도 및 속도를 동시에 관측했다.

코로나는 태양 대기의 가장 바깥층을 구성하고 있는 부분으로 코로나의 온도는 100만~500만도로 태양 표면 온도인 6000도 보다 월등히 높으나 그 이유는 아직 밝혀지지 않았다.

코로나는 개기일식 때 육상에서 관측되는데 개기일식은 지속시간이 짧고 볼 수 있는 기회가 흔치 않아 인공적으로 태양면을 가리고 코로나를 관측하는 장비가 바로 코로나그래프다.

이번에 시험한 코로나그래프는 자외선 영역인 400나노미터 파장 영역을 중심으로 관측해 지금까지 관측되지 않은 외부 코로나에 관한 정보와 코로나 전자의 온도·속도 등 다양한 물리량 정보를 얻었다.

연구진은 확보된 관측 자료를 바탕으로 코로나의 물리적 특성을 분석해나갈 예정이다. 코로나 지역의 온도가 이해할 수 없이 매우 높다는 과학적 수수께끼를 푸는 실마리를 얻게 될 것으로 기대하고 있다.

또 코로나에서 방출되는 물질의 흐름인 태양풍은 지구 및 우주환경에 큰 영향을 미치는데 이번에 얻은 정보들을 활용해 태양풍에 대한 모델 계산의 정밀도를 높이고 태양 활동으로 발생하는 우주환경 예·경보를 고도화시킬 수 있을 것으로 전망하고 있다.

이번 관측을 위해 천문연은 코로나그래프의 핵심 기술인 영상카메라, 제어시스템 및 핵심 소프트웨어를 개발했으며 NASA는 코로나그래프의 광학계, 태양 추적 장치를 개발하고 성층권 기구를 제공했다.

이번에 천문연과 NASA가 공동 개발한 코로나그래프. 사진=NASA.

이번 연구의 NASA측 책임자인 나치무트 고팔스와미(Natchimuthuk Gopalswamy) 박사는 “이전까지 태양풍의 속도와 온도를 우주에서 측정해 왔지만 고고도 성층권 기구 시험은 태양으로부터 매우 가까운 곳에서 태양풍이 형성되는 상태의 속도와 온도를 원격으로 측정하는 새로운 방법”이라며 “이 장비는 파커 태양 탐사선(Parker Solar Probe) 등 기존의 관측연구와 협력해 더욱 정밀한 정보를 얻게 될 예정”이라고 말했다. 이어 “과학계의 난제인 코로나 가열과 태양풍 가속 현상에 대한 실마리를 제공할 것”이라며 “또 중요한 결과 중 하나는 한미 양 기관의 성공적인 협동을 위한 경험”이라고 강조했다.

한국측 연구책임자인 천문연 김연한 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 성과”라고 언급했다.

이번 핵심기술 검증은 국제우주정거장 등과 같은 우주용 코로나그래프 개발사업의 일환으로 향후 NASA와 공동으로 차세대 태양 코로나그래프를 개발해 국제우주정거장에 설치·운용함으로써 세계적 연구성과를 창출하고 태양위험에 대한 실시간 한·미 공조체제를 구축하기 위한 발판이 될 것이라는 게 천문연측 설명이다.

이를 위해 지난 2016년에 천문연-NASA 공동워킹그룹을 조직했으며 2017년 8월에는 미국 대륙을 관통하는 개기일식 기간에 코로나그래프의 핵심 과학이론인 ‘온도·속도 동시 측정’ 기술을 지상에서 성공적으로 시험했다. 이번 고고도 성층권 기구 시험은 2단계 기술검증 시험으로 태양 코로나그래프의 영상카메라, 제어시스템, 소프트웨어 기술을 검증했다.

공동연구진은 지금까지 쌓아온 기술력과 과학 연구 결과를 바탕으로 향후 국제우주정거장용 코로나그래프 개발에 박차를 가할 방침이다.

과기정통부 최원호 거대공공연구정책관은 “태양 코로나그래프 개발은 NASA와의 공동개발 프로젝트로 이룬 세계적 수준의 우주관측 기술”이라며 “앞으로도 우주분야 국제 공동연구 참여를 지속적으로 확대해 우리의 우주개발 능력을 더욱 고도화 해나갈 계획”이라고 밝혔다.