동향자료 2014-01 천문학의 미래 : 차세대 로드맵 (Future of Space Astronomy : A global Road Map for the next decades) 2014.10.10 한국천문연구원 정책팀
목 차 개 요 1 국제연구계획 및 거대 우주과학 미션에 관한 권고사항 1 로드맵 수립의 원칙 2 천문학 로드맵에 관한 제언 3 결 론 4 1. 국제우주공간위원회(COSPAR) 소위원회의 개요 5 1.1. 소위원회 설립목적 5 1.2. 소위원회 구성 및 권한 5 2. 우주기술개발국의 역할 및 국제협력의 신개념 7 3. 소위원회의 비전 8 3.1. 현재의 시나리오 8 3.2. 주요 사안 10 3.3. 로드맵 수립의 원칙 10 3.4. 2010-2020년간의 로드맵 11 3.5. 2020-2030년간의 로드맵 14 3.6. 천문학의 미래를 위한 소위원회의 제언 16 3.7. 소위원회 결론 16 4. 기존 우주과학 로드맵 17 4.1. 유럽의 천문학 비전 : The ASTRONET 보고서 17 4.2. 현재 운영 중인 천체물리학적 미션의 스펙트럼 영역 17 4.3. 현재 운영 중인 우주과학 미션 18 4.4. 차세대 우주과학 미션 26
5. 각국 우주기관의 차세대 프로그램 30 5.1. 미항공우주국(NASA)의 차세대 프로그램 및 비전 30 5.2. 유럽우주청(ESA)의 차세대 프로그램 및 우주 비전 31 6. 국가 기관의 역할과 규칙 37 6.1. 일본의 천문학 계획 : JAXA 장기 비전 37 6.2. 중국의 차세대 천문학 프로그램 37 6.3. 인도의 우주과학 프로그램 39 6.4. 러시아의 우주과학 프로그램 40 6.5. 호주 우주과학 10개년 계획 41 6.6. 기타 우주기관의 프로그램 41 7. 결론 42 Advanced In Space Research 저널에 실린 Future of Space Astronomy: A global Road Map for the next decades( 12.3) 를 번역 요약한 자료임
천문학의 미래 : 차세대 로드맵 (Future of Space Astronomy : A global Road Map for the next decades) 개 요 오늘날 천문학자들은 지상을 기반으로 한 관측연구 뿐만 아니라 다양한 우주미션을 수행하 고 있다. 한편, 기존에 수행 중인 미션이 종료되고 난 뒤인 향후 10~15년 동안 수행할 새 로운 미션의 부재로 최근 학계 및 우주기관의 우려가 고조되고 있다. 천문학은 복잡한 우주환경을 관측하고 이에 대한 해답을 얻어내기 위하여 전자기 스펙트럼 영역을 지속적으로 활용해야하는 관측과학 분야이다. 지난 30년간, 천문학은 감마선, X선, 자외선-가시광, 근적외선, 원적외선 등의 영역에서 이루어지는 우주관측의 중요성을 성과 를 통하여 여실히 증명해냈으며 지속적인 기술적 과학적 발전을 이뤄냈다. 또한 세계 각국 우주기관은 성공적인 임무수행을 위하여 다양한 지상 기반 관측기기를 개발 구축 중에 있다. 국제우주공간연구위원회(COSPAR)는 향후 20년간 천문학이 직면할 난제를 분석하고 이를 개선할 방안을 마련하기 위하여 소위원회를 조직하였다. 본 위원회는 과학적 수요와 여러 우주기관의 계획을 검토 및 평가를 통해 몇 가지 주요 문제점을 발견했으며, 많은 우주기관 들이 이를 기반으로 향후계획을 수정하였다. 본 보고서는 이와 관련한 내용을 담고 있다. 국제연구계획 및 거대 우주과학 미션에 관한 권고사항 1. 우주과학 분야에서 지난 수십 년간 기초과학적 성과를 이루어냈으며, 지속적인 성과를 유지하기 위해서는 전자기 스펙트럼을 활용하여 우주를 관측해야 한다. 2. 대형급 우주과학 미션은 새로운 발견 및 과학기술적 성과를 창출하였다. 이러한 대형급 미션의 수행은 암흑물질, 암흑에너지, 중력파, 우주 최초 항성의 탄생, 은하진화, 행성계 의 발달, 외계행성의 특징 등의 천체물리학적 질문에 대한 해답을 찾기 위하여 반드시 지속되어야만 한다. 3. 지금까지 천문학계는 다국가간의 프로젝트를 통하여 다수의 첨단 지상기반 관측소를 구 축해왔다. 따라서 국제협력을 기반으로 하는 거대 우주미션을 위한 체계 마련이 시급하 다. 이러한 국제협력 체계의 부재로 우주기관들의 미션은 소규모 프로젝트 수행에 그치 게 될 것이며, 그로 인한 결과로 구축의 효율화 측면과 과학적 측면에서 낮은 성과를 나 타낼 것이다. 4. 최근 주요 우주기관들은 대형 우주미션 수행에 있어서 독립적인 단독 수행을 추진하고 천문학의 미래, 차세대 로드맵 1
있다. 그러나 이러한 대형 프로젝트들이 국제적으로 시행된다면 미션수행이 훨씬 더 수 월할 뿐만 아니라 효율도 높아지게 될 것이다. 5. 주요 선진국에서 시작한 국제천문연합이 전 세계적인 참여로 확대해가며, 새로이 선진국 반열에 접어든 국가에게 과학적 기반을 제공하고 있다. 국제적인 주요 우주미션의 참여 는 개발도상국에게 있어 큰 기회이자 타국과의 과학적 기술적 이익을 공유할 수도 있는 거대한 교류의 장이 될 수 있다. 6. 국제우주공간연구위원회(COSPAR)와 국제천문학연합회(IAU)는 주요 미션에서 개발도 상국에게 향후 천문학 분야에서의 연구협력을 위한 활발한 국제연합 프로젝트를 촉구하 는 등 중요한 역할을 담당할 수 있다. 7. 전 세계 우주기관은 국제적인 미션수행에의 참여와 활용을 위하여 전략적 계획을 수립 할 필요가 있다. 8. 과학계는 우주기관을 지원하고 이들을 고무시킬 수 있는 방안을 발굴해내야 하며 이들 이 국제협력을 통하여 더 나은 과학적 결과물을 인류에게 제공할 수 있는 환경을 조성 하는데 힘써야 한다. 위의 권고사항 중 상당수는 1980년대 중반 유럽우주청(ESA)이 시행하여 성공적인 결과를 도출해낸 호라이즌 2000(Horizon 2000)의 제안자, 보넷과 블리커(Bonnet and Bleeker, 2011)의 보고서 내용을 반영한 것이다. 권고사항은 한정된 예산으로 수행해야 하는 장기적 인 대형 미션을 계획 중인 기관 간의 협력 및 추가적인 소규모 미션 등에 관한 기회와도 관련이 있다. 이러한 대형 미션을 시작하는 시점에서 해당 관련기관들은 장기 프로그램 구 성을 위한 기관 간 공동연구그룹을 조직해야한다. 이 점이 본 보고서의 핵심적인 내용이다. 로드맵 수립의 원칙(Road map principles) 소위원회는 천문학 로드맵의 수립에 있어서 다음 원칙들을 필수적으로 고려할 것을 권고한다. 과학과의 연계성 : 최첨단 관측과 이론을 바탕으로 최우선 순위의 과학적 연구주제를 추구 하고 전 세계적인 맥락으로 설정하여야 한다. 관측소의 임무 : 관측 이후 6~12개월 이내에 관측데이터를 과학계에 활용 가능하도록 오 픈하여야 한다. 혁신기술 및 최첨단 과학기기 : 과학적 요구에 부응하는 차세대 관측소 임무 수행을 위 하여 혁신적인 기술 및 관측기기에 대한 연구개발에 집중하여야 한다. 기술개발 : 국가기관 및 과학위원회는 미션수행을 이전에 핵심 요소기술에 대한 기술수준 을 확보하기 위하여 사전 연구개발 프로그램을 지원하여야 한다. 2
천문학 로드맵에 관한 제언(Recommended space astronomy Road Map) 천문학 분야의 과학미션 중 일부는 국가의 과학위원회로부터 최우선순위를 부여받았고, 이 를 수행하기 위한 첨단 기술과 관측장비에 대한 기술개발이 이루어져 왔다. 비록 기존의 미 션들이 전자기 스펙트럼의 전 영역에서 수행되지는 않았지만 소위원회는 이들 미션을 가까 운 미래에 가장 실현가능성이 높은 천문학 연구영역이라고 간주하고, 차세대 연구 로드맵에 포함시킬 것을 권하고 있다. 제임스 웹 우주망원경(JWST) : 미항공우주국(NASA)과 유럽우주청(ESA), 그리고 캐나 다우주국(CSA)의 공동미션으로, 2018년 발사 예정이다. 제시된 과학미션 중 유일하게 개발이 확정된 차세대 천문학 미션이다. 미국과학한림원(National Academy of Sciences)은 지난 2000년 발행한 지난 10년간의 조사결과보고서 새천년의 천문학 및 천체물리학 (Astronomy and Astrophysics for the New Millenium) 에서 해당 미션을 최우선순위로 제시한 바 있으며, 2010년 발행한 새로운 세계, 새로운 지평(New World, New Horizons) 의 주요 미션으로 제시한 한 바 있다. 근적외선 및 중적외선 이미지와 분광기를 장착한 제임스 웹 우주망원경은 초기 우주에 생성된 최초의 은하, 탄생 중인 항성, 행성계, 태양계 등에 관한 전례 없는 데이터를 제공할 것이다. 이에 소위원회는 해 당 망원경의 완성과 발사를 촉구하고 있다. 제임스 웹 망원경은 향후 10~20여 년 동안 활동가능하며 지상기반 관측장비의 단점을 보완하여 우주과학 분야에 주요한 역할을 할 것으로 기대한다. EUCLID, WFIRST : 유럽우주청이 개발 중인 유클리드 우주망원경과 미항공우주국이 개 발 중인 광시야 적외선 탐사망원경(WFIRST)은 암흑에너지 및 암흑물질 연구를 위한 미 션이다. 미항공우주국의 경우 외계행성과 근적외선 탐사를 미션에 포함시켰으며, 이들의 목표는 세계 천문학계에서 최우선시 하는 연구영역이기도 하다. 이들 기관간의 협력여부 는 불투명한 상태이나 소위원회는 이들이 자원과 기술 등을 통합하여 미션을 수행할 경 우 과학계가 주목할 만한 완성도를 이룰 것으로 예상했다. 캐나다, 인도, 중국, 러시아 및 그 외 나라 역시 파트너로서 활약 할 수 있을 것으로 보인다. International X-ray Observatory(IXO) : 미항공우주국, 유럽우주청, 일본의 합동미션 으로 기획하였으나 최근 유럽우주청이 미항공우주국과의 공동사업을 정리하고 본 미션을 2020-2025년도에 수행할 대규모 사업으로 전환하였다. IXO위성이나 고에너지 관측소의 목적은 최초의 항성에 관한 연구에서부터 고에너지 폭발 감지까지 대규모 연구영역을 포 함한다. 소위원회는 향후 십년 이내에 거대 X선 우주 관측소를 설치할 것을 권하고 있다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 3
Laser Interferometer Space Antenna (LISA) : 중력파 연구를 통하여 천문학연구의 새 로운 장을 열 것으로 기대한다. 미항공우주국과 유럽우주청이 공동연구를 수행해왔으나 프로그램상의 제약으로 인해 미항공우주국은 해당 미션을 중단한 상태다. 현재 LISA Pathfinder미션이 유럽에서 진행 중이며, 유럽우주청은 LISA 미션을 NGO(The New Gravitational wave Observatory, 신 중력파 관측소)로 재조정했다. IXO와 LISA의 기존 연구방향이 현재 유럽우주청과 미항공우주국의 계획과는 부합하지 않음에도 불구하고, 소 위원회는 과학적 발전가능성을 저해하지 않도록 해당 미션의 다국적 측면을 강조하며 늦 어도 2025~2030년 까지는 중력파 미션을 수행하기 위한 R&D 프로그램을 마무리 할 것을 권하고 있다. Space Infrared Observatory for Cosmology and Astrophysics(SPICA) : 대형 적외선 우주망원경으로 일본우주항공연구개발기구(JAXA), 유럽우주청, 그리고 캐나다가 공동개발 중인 대구경 극저온 원적외선 망원경이다. 소위원회는 스피카의 대구경을 이용한 극저온 원적외선 관측을 통하여 고감도 관측을 수행할 수 있을 것으로 보고 있다. 장기적인 연구방향을 고려할 때, 외계행성 연구분야의 구체적인 성격을 제시할 수 있어야 한다. 외계행성 연구분야는 학계가 당면한 주요 연구주제이며 현재 자외선 가시광선 적외선 영역에서 다양한 미션이 제시되어있다. 소위원회는 즉각적인 활용이 가능한 유망기술개발, 과학적 난제의 해결, 그리고 중 소규모의 미션 수행에 이르기까지 최선의 결과를 거두기 위 한 견고한 협력 프로그램 마련을 촉구하고 있다. 추가적으로, 소위원회는 전 세계적으로 학계의 관심을 받고 있는 우주과학 프로그램을 첨부 하였으며 그들 중 일부는 2030년까지 마무리 될 예정이다. 결 론 우주에서의 관측은 전파에서 고에너지 감마선에 이르는 전자기 스펙트럼 영역의 관측을 가 능케 하여 천문학과 천체물리학의 발전에 지대한 역할을 할 것으로 기대된다. 따라서 지상 기반 관측시설과 우주기반 관측시설 모두의 활용은 다중파장 관측으로 전 세계 과학계에 지식확장에 대한 기회를 제공하는 것이다. 반면, 과학계는 몇몇 주요 우주 미션만이 남아있는 현재 상태를 극복하고 향후 연구에 활력을 가하기 위한 국제협력을 통한 추진을 필요로 한다. 이에 우리는 우주과학 미션의 규모성 및 복잡성에 따라 다국간 협력 또는 다자간의 협력을 중점 추진해 나아갈 것을 제안한다. 또한 향후 협력과정에 있어 기술 및 프로그램적 난관에 봉착할 가능성이 있으나 이는 해결불가능한 문제가 아니며, 이들을 극복함으로써 이로 인한 과학적 혜택을 제공할 것으로 기대한다. 4
1 천문학의 미래와 국제우주공간연구위원회 소위원회 (The COSPAR Working Group on the Future of Space Astronomy) 1.1 소위원회 결성 우주에서의 관측은 전파영역에서 고에너지 감마선 영역까지 전자기파 스펙트럼 전 영역의 접 근을 가능하게 함으로써 천체물리학의 발전에 주요한 역할을 한다. 우주에 위치한 관측기기 의 규모성 및 복잡성은 미항공우주국, 유럽우주청, 일본우주항공연구개발기구, 러시아연방우 주청 등 주요국의 우주기관 간 공동연구 비중의 증가에서도 알 수 있듯이, 국제협력의 중요 성은 점점 부각되고 있다. 향후 인도, 중국, 한국, 그리고 남아메리카의 우주기관 역시 국제 협력에서 중요한 역할을 차지할 것이다. 우주기반 및 지상기반 관측시설로부터의 데이터 조 합은 다파장 영역을 통해서만 답할 수 있는 다양한 의문점을 해소할 수 있는 방안으로서, 다 국간의 협력으로 수행될 경우 비용절감을 비롯한 다양한 효과를 얻을 수 있을 것으로 보인 다. 지난 2010년 4월, COSPAR 회장 로저 마우리스 보넷(Roger-Maurice Bonnet)은 천문 학의 미래를 위한 소위원회 를 구성하고 향후 20년간 천문학이 봉착할 난관을 분석하는 임무 를 부여했으며, 2010년 7월에 독일의 브레멘에서 열린 국제우주공간연구위원회 집회에서 이 들 소위원회의 설립을 공식적으로 발표했다. 1.2. 소위원회 구성 및 권한 브레멘에서 개최된 집회에서, 새로 선출된 국제우주공간연구위원회 회장 지오반니 파브리지 오 비그나미(Giovanni Fabrizio Bignami)는 소위원회의 권한을 다음과 같이 소개했다. 현재 거론되고 있는 주요 미션은 제임스 웹 우주망원경, 차세대 적외선 우주망원경, 대형 적 외선 우주망원경 프로젝트에 국한되어 있으므로, 이들 외에 향후 10-15년간 주요 우주 미션 의 수는 매우 적을 것입니다. 지상기반의 관측설비는 유럽남천문대(ESO), 미국 국립천문대 (NOAO), 미국 국립전파천문대(NRAO)와 같은 기관에 속해있으며 특정 파장대만을 관측합 니다. 그러나 우주기반 관측기기를 함께 이용할 경우 지상기반기기에서 관측할 수 없는 파장 영역도 관측할 수 있습니다. 우주 미션은 점점 그 규모가 거대해져서 어떤 우주기관도 홀로 모든 파장대에서 관측을 수행하기가 어려워지고 있어 명백히 국제협력이 요구됩니다. 국제천 문연맹 사무총장과의 회의에서 국제우주공간연구위원회는 대형 지상기반 망원경을 기반으로 하는 차세대 주요 우주 미션을 보완하기 위한 로드맵 개발을 목표로 소위원회를 출범하고, 발행한 보고서를 국제천문연맹에 제공하기로 협의한 바 있습니다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 5
국제우주공간연구위원회의 소위원회는 다국적 인사들로 이루어져있으며 명단은 다음과 같다. [표 1] 국제우주공간연구위원회 소위원회 명단(2012년) 연번 성명 국적 비고 1 Pietro Ubertini Italy 위원장 2 Neil Gehrels USA 부위원장 3 Ian Corbett UK 국제 천문연맹 연락관 4 Paolo De Bernardis Italy 5 Matt Griffin UK 6 Michael Hauser USA 7 Nobuyuki Kawai Japan 8 Marcos Machado Argentina 9 Ravinder K. Manchanda India 10 Mikhail Pavlinsky Russia 11 Shuang-Nan Zhang China 소위원회의 주요 임무는 차세대 지상기반 거대 관측설비를 중심으로 미래의 주요 우주미션을 계획하고 이에 관한 로드맵을 작성하는 것이다. 미래에는 소형위성 및 탐사위성과 우주정거 장으로의 수송능력에 대한 중요성이 증가할 것이다. 또한 개별 우주기관 혹은 다자간의 협력 에 의해 수행가능한 중소형 연구 등이 천문학적 질문의 해결에 주요한 역할을 할 것이다. 이들은 우선, 향후 20년간 지상 및 우주기반 천문학 분야의 초석이 될 연구에 대한 포괄적인 검토에 착수했으며, 관련 보고서는 다음과 같다. 1. The Astronet Report (AST, 2007) 2. The ESA Cosmic Vision (Bignami et al, 2005) 3. The US National Academy of Science Astro 2010 Decadal Survey (NCR, 2010a) 4. National Agency s Road Maps 국제우주공간연구위원회의 소속 소위원회의 영향력은 위의 연구보다 제한적이며, 각국 우주 청에 관한 어떠한 결정권도 가지고 있지 않다. 따라서 위원회는 미래 국제적 천문학 로드맵 작성에 있어 매우 실용적인 접근을 시도했다. 본 보고서에는 주요국 우주기관으로부터 검증 된 차세대 미션에 관한 분석과 잠재력 있는 미션에 대하여 제시하였다. 향후 20년간 단기간 의 미션만을 수행하여 적은 성공을 거두는 것은 현존하는 천문학계의 과학적 연구 기능을 약 화시킬 수 있으며, 나아가 주요국 우주청의 리더십 약화, 기술적 노하우의 손실, 최신 연구결 과 창출 저해 등을 초래할 수 있다는 것을 기억해야만 한다. 6
2 우주기술개발국의 역할, 국제협력의 신개념 (The Role of Developing Space- Faring Nations, a New Concept in International Cooperation) 지난 20년간 많은 개발도상국들이 자국의 우주선을 보유하기 위한 관련기술을 터득했다. 이미 우주연구 분야의 주요국으로 자리 잡은 중국과 인도를 위시하여 아르헨티나, 브라질, 칠레, 한국, 말레이시아, 멕시코, 파키스탄, 태국 등 많은 국가들이 자국위성 및 우주기기 개발 기술을 확보해왔다. 최근 발행된 Euroconsult report(eur, 2010)에 의하면 향후 10년 이내에 전 세계 41개국 으로부터 약 280여개의 지구관측 및 소행성 감시 위성이 발사될 예정이다. 이중 개발도상 국의 우주 프로그램이 75개 이상의 위성을 포함하고 있으며, 이들은 이후 주요한 역할을 담당할 것이다. 또한 이들은 사회적으로 강렬한 인식을 남기는 동시에 경제적 이익을 거둘 수 있는 실용성 있는 미션수행에 집중하는 것으로 나타났다. 이는 기초과학발전이 지연되고 있는 브라질이나 아르헨티나 같은 국가 등 에서 특히 두드러진다. 또한 내부기술을 발전시 키고 국제적 위상에 기여할만한 세계 수준의 천문학적 미션에의 참여에 대한 열망이 이들 간에 커지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 추세가 반영된 지상기반 관측설비로, ALMA 1), SKA 2), ELT 3) 등이 있다. 이들 기기의 개발 및 설치에 관한 개발도상국의 기여 역시 점점 증가하는 추세이며, 최근 아르헨티나와 미국이 공동 참여한 SAC-D/Aquarius 4) 위성의 사 례에서도 드러나듯, 이는 천문학 및 천체물리학 분야 이외에서도 나타나는 현상이다. 우주의 차세대 대형 관측시설은 다국적 기관의 협조를 필요로 하게 될 것이므로, 새로운 협 력체계구축의 중요성은 점점 더 증대될 것이다. 선도기관인 미항공우주국이나 유럽우주청의 경우에도 그들의 자원, 구조, 의사결정 체제에 있어 비교적 소규모의 기관과의 협력체계 구 축을 위한 변화가 요구될 것이다. 따라서 국제적인 천문학 협력체계 구축을 위한 새로운 패러다임의 적용이 필요할 것으로 보인다. 개발과정 등의 직접적인 참여 없이 과학적 기술적 논의에만 참여하되 결정권은 가 지지 않는 관찰자 형식의 참여도 시행될 수 있다. 자금을 지원하는 국가의 경우 결정권을 부여하는 방안도 있을 수 있다. 이러한 모델들은 두 가지 중요한 점을 시사한다. 첫째, 관 찰자로 참가할지라도 국제 대형미션에 참여하여 자국 내 우주연구 프로그램 활성화 및 자국 내 우주과학 분야 구축에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 둘째, 참여국이 참여연구사업의 의사결정과정에서 효과적으로 기여할 수 있도록 더 많은 인원을 투입하는데도 기여할 수 있다. 1) 아타카마 대형밀리미터 어레이(ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) 2) 거대전파망원경어레이(SKA, Square Kilometre Array) 3) 유럽초대형망원경(ELT, European Extremely Large Telescope) 4) 미항공우주국과 아르헨티나우주활동위원회의 공동미션으로 바닷물의 염분을 측정하여 해수순환에 관한 연구위성 천문학의 미래, 차세대 로드맵 7
3 소위원회의 비전 (The Working Group Vision) 소위원회는 우주관측을 통한 과학계의 통합을 필요로 하는 주요 우주미션을 선별하고 이들 의 중요성을 강조하기 위한 국제적인 규모의 로드맵을 구축하기 위하여 국제천문연맹, 국제 우주항공연맹, 국제우주학회 및 그 외 참여를 원하는 모든 국가기관의 공개토론을 촉구해왔다. 차세대 주요 천문학 미션 후보는 유럽우주청 및 미항공우주국의 계획에서도 나타나있다. 유 럽우주청은 ESA Cosmic Vision : 2015-2025년 의 장기 우주과학 계획을 수립중이며 미국의 차세대 천문학 프로그램은 미국국립과학아카데미(NAS)의 Astro2010 10개년 조사 보고서인 천문학 및 천체물리학에서의 새로운 세상, 새로운 지평(New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics) 에 나타나있다. 3.1 기존 우주과학 로드맵 천문학의 세부적인 로드맵 개발을 위하여 소위원회는 현재 동향을 조사하여 기존 대형연구 시설을 담은 [그림 1]과 2015년까지 기대할 수 있는 최상의 시나리오를 [그림 2]로 나타 내었다. [그림 1] 현재 추진 중인 지상 및 우주기반 관측기기 8
[그림 2] 추진 중인 차세대 망원경 계획 지난 삼십 여 년간 활발히 수행된 천체물리학적 미션과 이들의 미래는 [그림 3]에 나타나 있다. 강력한 조정의지 없이는 천체물리학계는 경쟁력 있는 대체 기기도 확보하지 못한 채 기존의 주요 관측기기를 잃게 될 것이다. [그림 3] 현재 진행 중인 프로젝트(연두색)와 발사예정인 프로젝트(노란색) 천문학의 미래, 차세대 로드맵 9
3.2 주요 사안 1 현재 구동중인 우주 관측설비는 점차 노후화되고 있다. 허블 우주망원경, 찬드라 X-선 우주망원경, XMM-뉴턴 우주망원경, 그리고 RXTE(Rossi X-ray Timing Explorer) 는 이미 10여년 이상 구동중이며 인테그랄 감마선 천문학 망원경(INTEGRAL, INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory), 스위프트 감마선 폭발 관측 우주망원경(Swift Gamma-ray Burst Mission), 스피처 우주망원경(Spitzer Space Telescope), 수자쿠 엑스선 관측 우주망원경(Suzaku), 그리고 갈렉스 자외선 관측 우 주망원경 (GALEX)는 5-8년가량 사용한 것들이다. 이들 중 대부분이 가동기간 연장 에 들어갔으나 하드웨어 성능저하가 우려된다. 성공적으로 수행 중인 허셜우주망원경 과 플랑크우주망원경 역시 극저온 유지 문제와 맞물려 한정적 수명을 가질 수밖에 없 다. 이들의 수명은 2014년까지이다. 2 제임스 웹 우주망원경의 뒤를 미션으로 지목된 차세대 우주 미션은 아직 거론된 바 없 다. 결과적으로, 2015년 이후로 전자기 스펙트럼 영역의 관측에 거대한 공백이 발생하 는 셈이다. 특히 고에너지 천문학 분야와 관련한 거대 관측 장비의 부재로 인하여 연 구에 있어 새로운 암흑시대 가 도래할 가능성이 있는 것이다. 3 대조적으로, 확정된 국제적 미션도 계획되어있다. 지상기반 관측기기로 저주파 영역에 서 고에너지 감마선 영역까지를 아우르는 관측기기 설치가 계획 중인 것이다. 4 거대 관측기기의 개발 및 완성에 소요되는 비용, 탑재체, 협력단의 증가는 다자간 다년 간의 협의 및 계획수립을 필요로 하며 이를 수행하기 위한 예산기획 역시도 단기간에 이루어지지 않는다는 어려움이 있다. 특히 미션기간에 관한 협의의 어려움이 종종 발 생하는 것으로 나타났다. 5 공동연구를 진행하는 기관간의 프로그램, 시스템, 기기 수준이 각기 다른 데서 발생하 는 문제점도 존재한다. 그러나 유럽우주청과 미항공우주국의 경우 화성 탐사미션 진행 에 있어 프로그램 면에서의 접점을 발견하고 이를 통해 공동미션을 수행한 전례가 있 다. 즉, 기관간 협력이 프로그램 레벨에서 이루어져 각 기관이 프로그램 내 각기 다른 영역을 수행하는 것이다. 각 국의 과학자들은 자국으로부터 원조를 받아 연구를 진행 하게 되며, 이를 통해 관리 및 비용관리 등에서의 번거로움을 줄일 수 있다. 향후 이와 같은 협력 체계가 천체물리학 분야의 미션에서 각광받게 될 것으로 보인다. 3.3 로드맵 수립의 원칙(Road Map principles) 소위원회는 천문학 로드맵의 수립에 있어서 다음 원칙들을 필수적으로 고려할 것을 권고한다. 과학과의 연계성 : 최첨단 관측과 이론을 바탕으로 최우선 순위의 과학적 연구주제를 추 10
구하고 전 세계적인 맥락으로 설정하여야 한다. 관측소의 임무 : 관측 이후 6~12개월 이내에 관측데이터를 과학계에 활용 가능하도록 오 픈하여야 한다. 혁신기술 및 최첨단 과학기기 : 과학적 요구에 부응하는 차세대 관측소 임무 수행을 위 하여 혁신적인 기술 및 관측기기에 대한 연구개발에 집중하여야 한다. 기술개발 : 국가기관 및 과학위원회는 미션수행을 이전에 핵심 요소기술에 대한 기술수준 을 확보하기 위하여 사전 연구개발 프로그램을 지원하여야 한다. 3.4 2010-2020년을 위한 로드맵 위에서 명시한 원칙과 주요사안을 고려하여, 소위원회는 다음과 같은 차세대 미션을 권고하 는 바이다. 3.4.1 IXO: 국제 X-선 망원경(International X-ray Observatory) 5) 지난 2008년 유럽우주청과 미항공우주국, 일본우주항공연구개발기구는 공동미션을 제창하 고 기존의 유럽우주청이 진행 중이던 XEUS(X-ray Evolving Universe Spectroscopy)와 미항공우주국이 진행 중이던 The Constellation X-ray mission을 IXO로 병합하였다. IXO는 먼지와 가스구름으로부터의 제약 없이 자유로운 관측이 가능하므로 은하 탄생 순간 과 초거대질량블랙홀의 관측, 물질과 에너지의 진화 및 상호작용 등의 신비를 밝힐 수 있을 것으로 기대되고 있다. 또한 언제 어떻게 원소들이 생성되었으며 어떻게 은하간 공간으로 퍼져나갔는지 등도 IXO를 통해 밝혀낼 수 있을 것으로 기대되는 부문이다. IXO팀은 미국의 10개년 계획(US Decadal process)과 유렵우주청의 우주비전(Cosmic Vision)의 미션 일부를 주요 목적으로 지정하였고, 이를 수행하기 위하여 대형 X선 거울, 광시야 검출기, 열량계, 격자 분광기, 고-시간 분해능 분광계, 그리고 편광계를 장착했다. 소위원회의 평가 및 제언 : 제임스 웹 망원경의 일정 지연 및 증가비용은 미국과 유럽우주 청의 협력을 지연시켰고 그 결과 해당 미션은 2012년 후반, 유럽우주청이 주도하는 대형 미션으로 재조정되며 기초비용도 축소되었다. 유럽우주청은 새로운 파트너와의 협력연구를 위한 미션 시나리오를 개발 중에 있으며 이를 통해 세계적인 규모의 미션이 재개되기를 기 대하고 있다. 그럼에도 불구하고, 기존의 과학적 임무수행능력이 저하되었다는 우려 역시 존재한다. 5) 2014년 현재 유럽우주청 단독 대형 미션인 고에너지 천체물리 고성능 망원경(Advanced Telescope for High Energy Astrophysics : Athena) 미션으로 개편됨 천문학의 미래, 차세대 로드맵 11
3.4.2 레이저 간섭계 우주 안테나(Laser Interferometer Space Antenna : LISA) LISA는 중력파 관측을 목적으로 미항공우주국과 유럽우주청의 공동미션으로 계획되었다. 향후 천체로부터의 중력파 방출, 먼 거리에 위치한 은하 관측, 중력에 관한 이론 검증 등 다양한 연구를 수행을 목표로 한다. 중력파는 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 관련이 있 다. 거대한 질량을 가진 물체가 가속되면 중력파가 발생한다. 그러나 블랙홀이나 중성자별 과 같이 대단히 무거운 천체조차도 이들이 방출하는 중력파는 매우 약하고 그로인한 영향 도 미미하기 때문에 검출이 매우 어렵다. 따라서 대형 검출기를 갖추고 주변 환경 등을 고 려하여 관측 장애요소를 최소화하는 것이 중요하다. 해당 미션은 우주에서 구동하는 최초의 중력파 관측기기로서 지상에서 검출하기 어려운 저주파 영역을 관측할 수 있다는 장점을 지닌다. LISA를 구성하는 세 대의 간섭계는 정삼각형 모양으로 배열되며 각 변의 길이는 5백만Km에 이른다. 소위원회의 평가 및 제언 : LISA가 수행하게 될 미션에 필요한 핵심기술을 검증하기 위하 여 LISA Pathfinder 미션이 실행중이다. 추후 결과에 의해 LISA의 미션이 최종선별 될 계 획이나 기술개발의 어려움 등으로 인해 추진이 지연되고 있는 상황이다. IXO나 JWST 역 시 재정 및 일정 등의 문제로 미항공우주국과 유럽우주청이 공동 연구진행 사항을 전면 개 편한 바 있다. LISA의 미션에 관한 학계의 큰 기대에도 불구하고, 국제 협력관계 없이는 LISA의 미션범주가 축소될 가능성이 있을 것으로 보인다. 3.4.3 유로파 주피터 시스템 미션(Europa Jupiter System Mission : EJSM) 목성계 미션(Jupiter System)의 근본적인 과학적 목표는 목성의 위성인 유로파와 가니메 데에서의 거주가능성, 목성과 이들 간의 상호작용, 그리고 목성계의 기원에 있다. 유로파는 얇은 얼음층 밑에 짠 바다가, 가니메데에는 두꺼운 얼음층과 고밀도의 얼음 다형 체 사이에 액체상태의 바다가 존재할 것으로 여겨진다. 지구의 해저 열수 지역에서 에너지 와 양분이 공급되고 있음이 드러나면서 유로파와 가니메데 역시 태양계 내의 거주지 후보 로서의 지위를 차지하게 되었다. 또한 가니메데는 고유의 자기장을 가지고 있음이 밝혀졌 다. 가니메데의 자기장은 모항성인 목성의 자기장과 상호작용을 일으키기도 한다. 목성계는 55개의 불규칙 위성, 고리, 네 개의 갈릴레이 위성을 포함한다. 목성계 미션에는 과연 목성 계가 거주지로서 적합한지의 규명, 목성의 대류권, 성층권, 열권, 이온권의 상호보완적 관 계, 그리고 목성의 내부 및 자기권의 비교연구를 포함한다. 2011년 4월경, 유럽우주청은 과학연구팀(SST)에 목성계 미션의 콘셉트, 과정 및 과학적 목적이 유럽 주도 미션을 통해 성취할 수 있도록 재구성하는 임무를 부여했으며, 해당 임무 의 기한은 2012년 2월이다. 12
3.4.4 암흑 에너지 및 외계행성 과학(Dark Energy and Exoplanet Science : WFIRST and Euclid) 3.4.4.1. WFIRST(미항공우주국) : 광시야 적외선 탐사망원경은 1.5m 구경의 적외선 망원 경으로, 천체물리학 분야의 두 가지 근원적 질문에 관한 해결의 실마리를 제공할 것이다. 첫 번째 질문은 왜 우주가 가속팽창을 하느냐 이며 두 번째 질문은 지구와 같은 환경을 갖춘 태양계와 같은 외계가 존재하는가 이다. 게다가 WFIRST는 은하, 항성, 블랙홀이 어떻 게 형성되고 진화하는지에 관한 해결에도 도움을 줄 수 있을 것으로 보인다. 이들 질문에 답하기 위하여 WFIRST는 1 약한 중력렌즈 측정, 2 중입자 음향진동 측정, 3 초신성을 이용한 거리 측정 기술을 사용할 계획이다. 또한 외계행성탐사를 위하여 우리은하 중심부에 위치한 항성들 역시 관측할 계획이다. 3.4.4.2. Euclid(유럽우주청-중형 미션) : 유클리드는 1.2m 구경을 가진 우주망원경으로, 가시광선 및 근적외선 영역을 관측하며 주요임무는 암흑물질 및 암흑에너지에 관한 것이다. 암흑물질과 암흑에너지는 현재 우주의 대부분을 구성하고 있다고 여겨지므로, 유클리드 우 주망원경은 우리우주의 암흑구조를 이해하기 위한 은하 분포지도를 작성하는 데에도 기여 할 것으로 기대된다. 소위원회의 평가 및 제언 : 현재 유럽우주청의 미션인 유클리드 우주망원경 미션이 미국과 유럽의 암흑에너지 연구, 캐나다, 중국, 인도, 혹은 러시아와 공동으로 연구를 진행을 고려 할 것을 권장한다. 3.4.5 유럽우주청의 대형미션 협력제도(The ESA change of L class mission collaborative scheme) 지난 2011년 3월, 과학기획 및 공동체 조직회(Science Planning and Community Coordination Office)는 세 개의 대형급 미션에 관한 미항공우주국과의 협력체계 조정을 위하여 우주과학자문회, 천문학분과 소위원회, 그리고 태양계 및 탐사분과 소위원회에게 다 음과 같은 내용의 공문을 전달했다. 미국 정부가 2011년 2월에 발표한 예산안을 근거로 공동연구기관인 유럽우주청과 2020년 까지 완료를 목표로 진행 중인 세 개의 대형급 미션의 수행이 어렵게 되었다. 각 미션 담 당부서는 해당 미션의 기존 과학적 목표는 유지하되 관련 콘셉트를 재구성할 수 있는지 검 토하고, 특히 유럽우주청 단독으로 미션을 수행하게 될 가능성도 있음을 염두에 둘 것을 당 부한다. 소위원회는 개별 우주기관이나 국가에 의하여 거대 우주 관측소 및 장비가 개발되는 것에 관하여 우려를 표명하는 바이다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 13
3.4.5.1. 미항공우주국 및 일본우주항공연구개발기구의 공통 프로그램에 관하여 유럽우주청의 단독 수행이 미치는 영향 천체물리학 및 행성계 10개년 계획의 우선순위와 미항공우주국의 2012년 프로젝트 내역은 유럽우주청의 우주비전 및 프로그램 시나리오와 매우 대조적이었다. 이에 유럽우주청은 이 들이 포함하는 IXO, LISA, 그리고 EJSM의 세 미션이 유럽우주청-미항공우주국의 공동 시나리오에서 성공적으로 수행되지 못할 것이라고 예측하고 새로운 세계, 새로운 지평 (New Worlds, New Horizons Decadal Survey and Visions) 과 행성과학에의 항해 (Voyages for Planetary Science) 에서 제시했던 수준의 협력관계로 해당 세 개 미션을 수행하는 것으로 결론지었다. 이와 동시에, 유럽우주청은 각 미션을 위한 과학위원회를 재 구성하였다. 이들 위원회의 임무는 1 과학적 핵심 목표의 재정의, 2 과학적 요구 결과 재 정의, 3 재조정한 미션 콘셉트의 검증이며, 이를 통해 기존의 우주비전(Cosmic Vision)에 서 제시한 2022-2023년간의 기간 내에 목표를 달성하는 것을 목적으로 한다. 예상 소요 비용은 타 기관으로부터의 원조를 포함하여 1억 유로 6) 미만이다. 소위원회의 평가 및 제언 : 대규모 관측설비인 LISA와 IXO를 활용하여 우주의 신비를 해 결하기 위한 획기적인 돌파구를 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 유럽우주청의 우 주비전 구성에 있어 과학계의 주요 목표와 부합하는 미션을 선택하는 것이 중요하다. 만일 그렇지 않을 경우 학계는 또 다른 미션을 통해 후속 연구를 진행해야만 할 것이다. 3.5. 2020-2030년간의 로드맵 향후 2020년까지의 최상의 시나리오는 [그림 4]에 나타나있다. 이들 중 제임스 웹 우주망 원경만이 현재 착수 중이다. 그림이 나타내듯, 지상과 우주기반의 각 관측기 사이의 협력이 무척 적으며, 이로 인해 우주기관들은 일부 스펙트럼 영역에서는 관측을 수행할 수 없을 것 이다. 특히, 고에너지 천문학 부문에서 향후 거론되는 관측기기는 IXO/Athena 뿐이다. 유 럽우주청이 주도하고 미항공우주국과 일본우주항공개발기구가 공동협력으로 진행하는 해당 미션은 유럽우주청의 2012년 대형 미션 선정을 앞두고 LISA 및 EJSM과 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 선경결과는 2012년 중순에 발표된다. 3.5.1. 현재 기획 중인 거대 장기미션(향후 수십 년 내 발사 예정) 아래 제시된 [그림 4]과 같은 주요 미션에 관하여 세계 각국에서 수많은 아이디어를 발표 하고 있으며, 아래 제시한 아이디어들은 그 중 일부이다. 차세대 감마선 관측기 6) 2012년 1월 환율 기준으로 한화 약 1,353억에 해당함 14
거대규모의 외계행성 탐사미션(Terrestrial Planet Finder의 일환) ATLAST(Advanced Technology Large Aperture Space Telescope)와 같은 차세대 적외선-자외선 망원경 원적외선 간섭계 우주기반 서브밀리미터 어레이 차세대 플랑크 CMB 편광 미션 [그림 4] 향후 기획 중에 있는 미션 3.5.2. 미항공우주국(NASA), 유럽우주청(ESA), 일본우주항공개발기구(JAXA) 등이 제안한 중형 미션 GRB First Stars Finder : 고에너지 감마선 폭발 감지를 위한 관측기기 Hard X-ray/soft X-ray Modulation Telescope : 중국국가항공국(CNSA)과 중국과학원 (CAS)가 2014-2015년 발사를 목표로 개발을 승인함. 중국, 이탈리아 등이 참여 LOFT X-ray timing large area : 유럽우주청의 중형미션 선정후보 SVOM-GRB 감지 및 연구 : 중국-프랑스 공동연구로 2014-2015년 발사예정 Timing and X-ray Timing and Polarisation : 인도, 중국, 러시아 우주선 및 암흑물질의 기원 : 중국, 일본 등(타국의 참여가능성 높음) PLATO : 유럽우주청 중형미션 후보 EChO : 외계행성과 관련한 유럽우주청의 중형미션 후보 MARCO POLO : 외계행성과 관련한 유럽우주청의 중형미션 후보 STE-QUEST : 등가 원리 관련 유럽우주청 중형미션 후보 천문학의 미래, 차세대 로드맵 15
차세대 플랑크 CMB 편광 미션 : 미국, 유럽, 일본에 의해 계획 중 SPICA : 원적외선 관측 망원경으로 일본, 유럽, 캐나다, 미국이 공동개발을 계획 중이 며 2018년 발사를 목표함 Millimetron : VLBI 및 서브밀리미터 관측기로 러시아, 이탈리아 등이 구상 중 Radioastron : VLBI, 러시아 및 국제협력으로 진행예정 3.6. 천문학의 미래를 위한 소위원회의 제언 제임스 웹 우주망원경을 최대한 빠른 시일 내에 실행할 것 향후 10년 이내에 운영 가능한 우주기반의 거대 X선 관측 장비를 개발할 것 중력파 미션 LISA의 관련기관들은 해당 미션 수행에 필수적인 R&D프로그램을 개발할 것 다국간의 협력프로그램으로 암흑에너지 외계행성 미션을 개발하고 실행할 것 주요 과학적 난제 해결을 위한 중소형 규모의 신규 국제공동 연구프로그램을 개발할 것 3.7. 소위원회 결론 우주과학 분야에서 지난 수십 년간 이루어낸 기초과학적 발견을 이루었듯 이것을 유지 해내는 것이 중요하다. 전자기파 스펙트럼을 활용한 우주관측은 이를 가능하게 할 것이다. 빅뱅이후 최초 항성의 탄생까지에 이르는 재이온화 시기의 비밀을 밝히기 위한 관측을 수행하여야 한다. 암흑물질, 암흑에너지, 중력파, 첫 항성의 탄생, 은하진화, 행성계의 발달 및 외계행성의 특징 등의 천체물리학의 근본적 문제해결을 위한 거대 지상기반 관측기기를 설치하여야 한다. 이는 우주기반의 관측기기와 연계하여 전 스펙트럼 영역으로 우주를 관측할 수 있게 할 것이다. 선진국이 지난 수십 년간 축척해온 과학적 기술적 지식 공동체를 확장시키고 이들이 개 발도상국의 과학적 환경 구축 및 발전에 기여하도록 노력하여야 한다. 16
4 기존 우주과학 로드맵 (The Present Scenario) 4.1. 유럽의 천문학 비전 : The ASTRONET 보고서 본 내용은 2007년 발간된 유럽의 ASTRONET 보고서 를 요약한 것이다. The ASTRONET 과학비전 소위원회는 향후 20년간 지대한 발전을 이룰 것으로 기대되는 분야 에 관한 다음과 같은 4개의 핵심 연구 아젠다를 제시하였다. 우리는 우주의 극한을 이해하는가? 은하는 어떻게 생성되고 진화하는가? 항성과 행성의 기원은 무엇이며, 진화는 어떻게 이루어지는가? 우주에서 인류 태양계가 존재할 수 있는 이유는 무엇인가? 핵심 연구 아젠다는 천문학의 가장 근원적인 질문이다. 또한 유럽우주청의 우주비전, 미국 국립과학아카데미의 10개년 계획, 유럽우주청, 유럽남천문대 등의 연구에 나타난 비전 역시 상기 질문을 해결하기 위한 내용을 담고 있다. 4.2. 현재 운영 중인 천체물리학적 미션의 스펙트럼 영역 4.2.1. X-선 및 감마선 미항공우주국의 로씨-XTE 미션은 X선원에 관한 연구로써 이에 관한 중요한 발견들을 이 루어내고 있다. 감마선 폭발 및 감지 연구는 스위프트 미션에 의해 그 기틀을 다져나가고 있으며, 미항공우주국의 찬드라우주망원경과 유럽우주청의 위성탑재 X선 망원경 XMM-뉴 턴은 1999년 미션을 시작한 이래로 성공적으로 임무를 수행하고 있다. 특히, 이 두 미션의 경우 거대질량 블랙홀, 은하의 합병, 뜨거운 가스 등에 관한 정보를 제공하며 학계에 지대 한 공헌을 하고 있다. 일본의 수자쿠 X선 망원경은 2005년에 발사되었다. 해당 망원경은 제트선의 방출 근원 관 측에 특화된 모습을 보인다. 또한 일본의 MAXI 실험이 국제우주정거장에서 2009년 실행 된 바 있으며, 현재 성공적으로 X선 관측을 수행해내고 있다. 유럽우주청의 국제감마선천체 물리연구관측소(Integral)는 2002년 발사되어 전 세계의 감마선 천문학계에 중요한 이미지 를 제공하고 있다. 2007년 이탈리아의 AGILE과, 미항공우주국, 미에너지국, 프랑스, 독일, 일본 등의 기관과 대학이 협력 개발한 페르미 감마선우주망원경도 2008년 발사되었다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 17
차세대 미션으로는 미항공우주국의 NuSTAR 미션, 인도의 ASTROSAT, 미항공우주국과 일본우주항공개발기구의 협력미션인 ASTRO-H, 미항공우주국의 GEMS, 러시아연방우주청 과 독일이 공동개발중인 Spectrum RG 등이 있다. 4.2.2. 자외선 및 가시광선 허블 우주망원경이 해당 영역의 관측을 수행해나가고 있으며, 지난 2009년 이를 위한 허블 우주망원경의 관련 기기 교체가 이루어졌다. 이제 허블 우주망원경에는 광시야 카메라 3(Wide-Field 3)과 분광기(COS), 우주망원경 영상분광기(STIS), 고성능카메라(Advanced Camera for Surveys)등이 추가로 장착되었다. 미항공우주국의 은하진화 규명탐사선 (GALEX)은 2003년 발사된 바 있다. 4.2.3. 적외선 및 서브밀리미터 2003년 발사된 미항공우주국의 스피처우주망원경은 수천만 개에 달하는 적외선원을 감지 해냈고 우리은하 및 외부은하의 별 탄생지역을 관측해왔다. 유럽우주청의 허셜망원경은 2009년에 발사되었다. 원적외선에서 서브밀리미터의 대역을 관측하는 우주망원경인 허셜 망원경은 분자운, 왜소항성 등을 관측한다. 2009년, 미항공우주국은 WISE SMEX를 발사 했다. 제임스 웹 우주망원경은 거대한 적외선 망원경으로 2018년 발사를 앞두고 있다. 미 항공우주국, 유럽우주청, 그리고 캐나다 우주청이 참여한다. 4.2.4. 서브밀리미터 미항공우주국의 윌킨슨 극초단파 이방성 탐색기(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP)는 2001년 발사되어 전천 우주배경복사에 관한 놀라운 결과들을 제공했으며 우주 나이의 정확도를 향상시키는데 특히 크게 기여하였으나 2010년 운영이 종료되었다. 유럽우 주청의 플랑크우주망원경은 2009년에 발사되어 우주의 차가운 물질 및 은하단에 관한 새 로운 시야를 열어줄 것으로 기대된다. 또한, 해당 망원경은 WMAP의 뒤를 이어 우주배경 복사에 관한 주요 관측을 수행 해 줄 것으로 보인다. 4.3. 현재 운영 중인 우주과학 미션 4.3.1. 허블 우주망원경 1990년 4월 24일 발사된 허블 우주망원경은 인류에게 우주에 대한 새로운 지평을 열어주 었다. 미항공우주국은 허블 우주망원경의 수명을 15년으로 예측했다. 유럽우주청은 1975년 18
해당 미션에 참여하여 카메라, 태양 어레이 등을 개발하는 등 총 비용의 15%를 부담했으 며, 이에 관하여 미항공우주국은 유럽 망원경의 최소 15%의 지분을 획득했다. 새로이 기기를 장착하거나 교체하면서 20년 가까이 임무를 수행 중인 허블 우주망원경은 여전히 인류 역사 최고의 기기로서 위상을 떨치고 있다. 4.3.1.1. 성과 요약 : 허블 우주망원경은 갈릴레오 망원경 이래로 천문학에 지대한 기여를 한 망원경이다. 예를 들어, 태양계에 관한 허블의 이미지, 목성과 혜성의 충돌, 우리 은하내 의 항성과 행성의 탄생, 은하 간 충돌, 은하 내 감마선 폭발 감지 등이 있다. 그 중에서도 가장 놀랄만한 발견으로는 우주가 가속팽창하고 있다는 증거를 제시한 것을 들 수 있다. 아 인슈타인의 일반상대성 이론이 수정되지 않은 한, 미지의 암흑에너지에 척력에 의하여 우주 는 가속팽창을 계속할 것이다. 암흑에너지의 본성에 관한 것은 오늘날 물리학계가 마주하고 있는 최대 난제이다. 새롭게 개발되는 기기를 통한 암흑에너지 연구는 향후 관련 연구에 활 성화 할 것으로 기대된다. 4.3.2. 로씨 X선 타이밍 익스플로러(Rossi X-ray Timing Explorer, RXTE) 로씨 X선 타이밍 익스플로러는 1995년 12월 30일에 미항공우주국의 케네디 우주센터에서 발사되었으며, 고다드 우주비행센터에서 향후 관리를 맡았다. RXTE는 2~250 kev의 파장 대에서 X선원을 관측한다. 당초 2년의 수명을 기대하였으나, 2011년 겨울까지 총 16년간 구동하였다. 해당 탐사선은 주요 기기로 미항공우주국의 고다드 우주비행센터가 개발한 저 에너지 관측기기와 샌디에고 대학교가 개발한 고에너지 관측기기를 탑재했다. RXTE는 메 사추세츠 공과대학의 전천감시미션을 통하여 전천의 80%를 탐사하기도 했다. 4.3.2.1. 성과 요약 : RXTE는 여러 발견을 이루어내는 등 성공적으로 임무를 완수했다. 특 히, 고다드 우주비행센터가 개발한 저에너지 관측기기인 비례계수기 어레이를 통하여 은하 에서의 X선의 극적인 변화양상 등을 관측해 낸 연구를 통하여 큰 중력을 가지는 고밀도의 천체들에 관한 성질을 조사해내기도 했다. 지난 15년간, RXTE는 중성자성과 블랙홀에 관 한 몇몇 획기적인 사실들을 관측해냈다. 밀리세컨드 X선 펄사의 발견, 약한 중력을 가지는 중성자성의 발견 등은 주기적 열핵반응을 비롯하여 강력한 중력에 의한 현상에 관한 분명 한 자료들을 제시했다. 또한 항성을 흡수하는 블랙홀의 X선 스펙트럼과 X선 변화 양상의 관계, 연질 감마선과 비정상적 감마선 펄사가 비슷한 성질의 서로 다른 중성자성으로부터 기인한다는 점 등을 분명히 했다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 19
4.3.3. 찬드라 X선 우주망원경 찬드라 우주망원경은 미항공우주국의 고성능 X선 천체물리 기기의 수정된 명칭으로, 1999 년 7월 23일 발사되었다. 고분해능을 가지며 X선에 관한 민감도도 높다. 스미소니언 천체 물리관측소가 해당 망원경의 운용과 활동을 맡고 있다. 4.3.2.1. 성과 요약 : 찬드라 우주망원경의 특징은 서브-아크세컨드의 분해능 및 이와 같은 영역대의 분광을 제공한다는 것이다. 이는 지금까지 어떤 기기에도 적용된 적이 없는 것으 로, 이를 통하여 찬드라 우주망원경은 미항공우주국이 보유한 최대 강점으로 떠올랐다. 찬 드라 우주망원경은 은하단, 활동성 은하핵, X선원의 분리, 외계 행성의 탄생, 백색왜성, 중 성자별과 블랙홀에 이르기까지, 외계 은하에 관한 연구에 크게 기여해왔다. 또한 암흑에너 지와 암흑물질, 중입자 등에 관한 새로운 연구정보도 제공해왔다. 찬드라 우주망원경의 고 분해능과 XMM-뉴턴 망원경의 처리량은 서로 상호보완적 효과를 가짐으로써 주요 X선 관 측 망원경으로서 그 위상을 공고히 할 것이다. 4.3.4. XMM-뉴턴 망원경(위성탑재 X선 망원경) XMM-뉴턴 망원경은 유럽우주청이 주관하는 미션으로 1999년 12월 10일 발사되었다. 해 당 망원경은 X선, 가시광, 자외선 영역에서 데이터를 제공한다. 4.3.4.1. 성과 요약 : XMM-뉴턴 망원경은 유럽우주청의 호라이즌 2000에 포함된 미션으 로, 광학 모니터, 이중 회절격자 분광계 등이 탑재되어 있으며 찬드라 우주망원경과 수자쿠 망원경에 비하여 넓은 시야를 가진다. XMM-뉴턴 망원경과 찬드라 우주망원경이 공동으로 수해한 미션은 [표 2]에 나타나 있다. [표 2] 찬드라 우주망원경 및 XMM-뉴턴의 최초 10년 성과 요약 과학 분야 행성과학 및 혜성 은하 천문학 및 항성 항성 생성, 초신성, 초신성 잔해 맥동성 바람 성운(Pulsar wind nebulae), 블랙홀 증대와 은하 주요 성과 X선 방출 메커니즘 확립 뜨거운 플라즈마의 밀도, 온도, 구성의 측정, 항성진화의 모델 테스트, 항성 코로나의 X선 방출 및 항성풍 별 생성지역의 가스 밀집 현상을 X선으로 관측, 어린 항성의 거대 플레어에서의 자기장 증대 현상 발견과 항성 생성의 관계 어린 중성자성에 의해 생성된 상대론적 입자의 고리와 제트 방출, 중심부 블랙홀의 플레어 관측 및 각 천체의 은하다리 분해 20
중심의 변화 외부은하 천문학 별 폭발 은하 활동성 은하핵 우주론 암흑물질 암흑 에너지 항성간 공간 및 은하간 공간에 항성폭발이 미치는 영향, 은하 및 은하단의 뜨거운 가스의 가열과 초거대질량블랙홀에 의한 은하간 공간의 폭발과의 관계 은하단 내 암흑물질의 양 결정, 총알 은하단에서의 일반물질과 암흑물질의 분리 우주가속팽창의 두 가지 척도를 발생시키는 은하 관측 4.3.5. INTEGRAL : 국제감마선 천체물리관측소 유럽우주청의 INTEGRAL미션은 호라이즌 2000 프로젝트에 속한 미션으로, 러시아와 미국 도 협력했다. 2002년 10월 17일 발사되어 감마선으로 우주를 관측하였다. 고에너지 X선과 연질 감마선 관측에 초점을 맞추어, 세대의 고에너지지 관측 기기를 탑재하였다. 이를 통해 기존의 고에너지 관측기와는 차원이 다른 분광기의 성능과 이미지를 자랑한다.2010년, 유 럽우주청은 해당 기기를 2014년까지 연장하여 구동하겠다고 밝혔다. 4.3.5.1. 성과 요약 : INTEGRAL은 광범위한 에너지 관측 범위를 자랑하며, 기존의 연질 X선 미션 수행체인 XMM-뉴턴, 찬드라 우주망원경, 수자쿠 우주망원경, 스위프트 우주망 원경 등과의 천체물리학적 다리역할을 수행한다. INTEGRAL의 광시야와 고분해능은 고에 너지 방출 천체의 정확한 위치를 찾아내는 데에 일조하는 등 관측천문학에 지대한 영향을 미쳤다. INTEGRAL의 핵심 영역은 다음 다섯 가지를 포함한다. 1 감마선을 통한 초신성 내부의 핵합성 연구 2 양전자 생산과 파괴 3 백색왜성, 중성자성, 블랙홀의 물질방출 메커니즘 및 관련 현상 4 활동성은하핵에서의 초거대질량 블랙홀에 관한 연구 5 감마선 폭발 연구 INTEGRAL의 주요 성과로는 거대질량 X선 쌍성과 우주고에너지 방사의 편광 관측을 통한 새로운 발견, 511 kev에서의 첫 관측 등이 있다. 향후, INTEGRAL은 우리은하의 핵합성 에 관한 정보를 제공할 유일한 망원경으로 자리매김할 것이다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 21
4.3.6. GALEX, 은하진화 연구 GALEX는 소형 미션에 해당하는 적외선 우주 망원경으로, 2003년 4월 28일 발사되었다. 현재 임무기간이 연장되어 근자외선 영역의 정보를 수집 중에 있으며 캘리포니아 공과대학 이 연구를 주관하고 있다. GALEX가 수행하고 있는 임무 중에는 지금까지 행해지지 않았던 미션도 다수 포함되어 있으며, 그 중에는 외부은하의 적외선 전천 탐사 등도 포함되며, 이 를 통하여 우리은하의 형성에 관한 정보를 제공하고 있다. 4.3.6.1. 성과 요약 : 5년간 20만개의 은하를 관측한 GALEX는 암흑 에너지가 우리 우주에 미치는 영향을 입증하는데 기여했다. 관측 결과는 중력이 공간을 멀어지게 하는 힘이라고 주장하는 기존의 이론과는 달리 암흑에너지가 이러한 현상의 원인이라는 주장에 힘을 싣는다. 4.3.7. 스피처 우주망원경 스피처 우주망원경은 2003년 8월 25일에 발사되었다. 3~180 미크론의 파장범위를 가지 며, 낮은 온도의 적외선 영역 관측에 특화되어있다. 스피처 우주망원경은 2009년 5월까지 극저온에서 구동되었으며 원래 수명인 2.5년을 초과하여 구동되었다. 극저온 유지장치의 수 명이 다 한 뒤에도 적외선 어레이 카메라는 여전히 작동하며 극초단파영역의 관측물을 보 내오고 있다. 4.3.7.1. 성과 요약 : 스피처 우주망원경의 다파장대와 민감도는 은하, 외부은하, 태양계 천 체물리학 등에 관한 적외선 영역에서의 정보를 제공한다. 스피처가 일구어낸 업적 중 일부 로는 우주배경복사와 비슷한 양의 에너지를 가진 천체를 추적하여 우주에서 최초의 항성으 로 추정되는 천체를 발견한 것, 은하 생성과 진화가 우주배경복사의 5%에 해당하는 복사 를 생성해내고 있다는 것, 그리고 태양계 외부 행성을 최초로 관측해 냄으로써 행성 연구의 획기적인 돌파구를 제시해낸 것 등이 있다. 4.3.8. 스위프트 감마선 폭발 미션 스위프트는 감마선 폭발 연구를 목적으로 하는 미션으로, 미 항공 우주국의 중형 탐사선 프 로그램의 일부이다. 2004년 11월 20일, 저궤도에 안착하였다. 감마선 폭발은 빅뱅 이래 우 주에서 벌어지는 가장 강력한 폭발현상으로 알려져 있지만 지금까지 무엇이 이러한 폭발을 야기하는지는 밝혀지지 않았다. 스위프트는 지상에 위치한 미항공우주국의 고다드 우주비행 센터에서 감마선 폭발의 위치를 받아 우주선에 실린 망원경의 방향을 바꿔 폭발을 감지하 는 일종의 협력체계를 가지고 있다. 한편, GRB 100413B는 스위프트가 관측한 500번째 감 마선 폭발 현상이다. 22
[그림 5] Swift가 관측한 감마선 폭발 천체 500개의 분포지도 4.3.9. 수자쿠 X선 경질 X선 망원경 수자쿠 망원경은 2005년 7월 10일 발사된 일본우주항공연구개발기구가 미항공우주국, 고 다드 우주비행센터, 메사추세츠 공과대학과 협력하여 개발해낸 망원경이다. 전하 결합소자 카메라(CCD 카메라)와 경질 X선 감지기를 이용하여 활동성 은하핵, 은하단, 항성, 초신성 잔해, X선 쌍성 등의 관측을 통해 새로운 가능성을 제시하고 있다. 4.3.10. AGILE 고에너지 감마선 미션 AGILE은 이탈리아 우주기구(Italian Space Agency, ASI)의 미션으로 우주의 감마선 관측 수행을 목적으로 한다. 감마선 이미지 처리 장치, 경질 X선 이미지 처리 장치, 열량계, 배 타적 시스템으로 구성되어 있다. 수백 개의 은하와 외부은하를 관측해 온 바 있다. 4.3.10.1. 성과 요약 : 해당 기기의 주요 성과로는 급속도로 변화하는 게성운의 감마선 방 출 현황 관측이 있다. 게성운의 초신성 잔해 W44의 감마선 방출에서의 양성자/하드론의 중성자 파이온 사인을 발견하고 에너지 범위에 관한 지도를 완성하였다. 백조자리 X-3의 마이크로-퀘이사로부터의 감마선 검출 등도 AGILE이 이뤄낸 성과들 중 하나이다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 23
[그림 6] AGILE, W44 초신성 잔해의 감마선 세기 분포 화면 4.3.11. 페르미 고에너지 감마선 우주망원경 페르미 감마선 우주망원경은 2008년 6월 11일 발사되었다. 초기 수명은 5-10년으로 예상 하였으나, 2012년인 현재까지도 운용중이다. 미항공우주국의 고다드 우주비행센터가 관리 하는 해당 망원경은 광역 망원경과 감마선 폭발 모니터를 탑재하고 있다. 4.3.11.1. 성과 요약 : 페르미 우주망원경은 광역 망원경을 이용하여 전천탐사를 진행하고 있다. 미션 진행 최초 2년 동안 페르미의 광역 망원경은 1800개가 넘는 감마선 방출원을 감지해냈고, 연구팀은 이를 정리하여 목록화 했다. 그리고 이를 통하여 펄사의 자기권 구 조, 은하 내 밀리세컨드 펄사 수, 활동성 은하의 제트선 생성 등에 관한 새로운 발견들이 이어졌다. 해당 미션은 미항공우주국과 미에너지국이 함께 개발한 입자물리 및 천체물리 미 션이다. [그림 7] 페르미 고에너지 감마선 우주망원경의 2년간 관측 자료를 취합한 전천지도 24
4.3.12. 플랑크 미션 플랑크는 마이크로파 영역을 관측하는 위성으로 30~857 GHz의 저주파와 고주파 영역을 관측한다. 임무기한은 1년 연장되어 2011년까지이며, 그동안 우주 배경복사의 특징에 관한 조사를 수행한다. 4.3.12.1. 성과 요약 : 플랑크는 우주배경복사의 온도측정 및 이방성의 정확한 관측을 위해 설계되었다. WMAP에 비해 더 넓은 파장대와 고분해능을 가진다. 첫 우주배경복사 관측 자료는 2013년 1월에 공개 될 예정이며, 초기 자료는 2011년 1월에 출간되었다. 지금까지 공개된 주요 성과는 은하와 외부은하에 관한 자료로써 1만 5천여개의 천체로부터 얻은 데 이터를 합산한 것이다. 해당 관측은 플랑크 위성이 9개의 파장대에서 관측한 결과이다. 플 랑크 위성은 21개의 새로운 은하단을 발견했으며, 우주배경복사 지도 제작에도 기여했다. 4.3.13. 허셜 미션 허셜 우주망원경은 최대의 적외선 우주 관측망원경으로, 2001년 발사되었다. 지름 3.5m의 반사망원경과 절대영도에 가까운 냉각기기를 탑재한 허셜망원경은 원적외선 영역과 서브밀 리미터 파장대에서 관측을 수행한다. 허셜 우주망원경은 태양과 지구 사이의 라그랑주 포인 트(L2)에서 최초 2년간 미션을 수행할 것이다. 4.3.13.1. 성과 요약 : 허셜 우주망원경의 분해능, 다파장대 관측능력, 그리고 탑재체를 통 하여 우리은하를 자세히 관측할 수 있었다. 허셜 우주망원경의 주요 과학적 목적은 다음과 같다. 1 먼지로 뒤덮인 활발한 별 탄생 지역, 우리은하 부근, 외부은하 및 은하 관측, 2 성간물질의 물리적 화학적 연구, 3 항성 수명주기 이해를 위한 천체 화학적 연구와 초기 항성 진화 및 항성 탄생과 관련한 물리 화학적 과정 조사, 4 혜성, 소행성, 그리고 외계 행 성의 대기 및 그들의 위성에 관한 분광 및 측광 연구 지금까지의 주요 연구결과로 은하 성간물질에서 관측한 고도의 필라멘트 구조, 지구 해양과 혜성 수분의 동위원소 구성 비교, 거대 행성의 대기에 관한 모델 수립, 카이퍼 벨트 물체와 열물성치 및 크기의 정확도 향상 등이 있다. 허셜 우주 망원경의 활동은 탑재한 액체헬륨이 모두 소진되어 극저온의 환경을 유지할 수 없을 때까지 지속될 것이며 이는 2013년에 운 영이 종료될 것으로 예상된다. 4.3.14. 전천(All sky) X선 이미지화(Monitor of All-sky X-ray Image : MAXI) 전천 X선 이미지화는 고감도의 X선 실트 카메라를 통하여 1000개가 넘는 X선원을 감시하 고 0.5-30 kev의 에너지 영역대에서 우주를 관측하는 미션이다. 해당 기기는 국제 우주정 천문학의 미래, 차세대 로드맵 25
거장의 탑재체이다. MAXI의 주요 과학적 목표는, 1 X선 신성과 X선원의 변화 감지, 2 X선원의 장주기 변화 감시, 3 다양한 천체의 다파장대 관측, 4 X선원 카탈로그 제작, 5 확산된 우주 X선 방출 관측(특히, 연질 X선에 비중을 둠)이다. 4.4. 차세대 우주과학 미션 소위원회가 정리한 현재 승인된 것으로 알려진 차세대 미션은 다음 [표 3]에 나타난 것과 같다. 현재 시험 중인 미션 역시 포함하며, 이들 모두는 [그림 8]에 나타나 있다. 해당 미 션들은 다음의 범주로 분류할 수 있다. 발사 및 수명 예상이 완료된 개발 중 미션 유럽우주청 우주 비전의 중형급 미션1, 2 그리고 대형급 미션에 속하는 미션 유럽우주청 우주 비전에 속한 중형급 미션3으로 분류된 미션 소규모 탐사선으로 분류된 미항공우주국의 미션 미국 국립과학아카데미의 2010 10개년 관측 위원회 추천의 미항공우주국 미션 [표 3] 승인된 차세대 콘셉트와 개발예정 미션 임무 Gaia Astrosat NuSTAR SRG Astro-H GEMS HXMT JWST SOFIA ESA CV M1 M2 세부 사항 은하를 구성하는 항성의 3D 지도 제작 인도 우주연구기구(ISRO)의 가시광선~경질 X선 영역의 다파장 천문학 미션 미항공우주국의 경질X선에 초점을 맞춘 SMEX미션 스펙트럼-뢴트겐-감마 미션 일본우주항공연구개발기구-미 항공 우주국의 X선 및 경질 X선 미션 미항공우주국의 X선 편광 미션 경질 X선 변조 망원경 미항공우주국/유럽우주청/캐나다우주국의 적외선 관측기 성층권 적외선 천문기기 태양 궤도 유클리드 ESA CV-M3 WFIRST NASA ESA DV-NASA 결과 처리 중 미국 2010 10개년 관측에 관한 제언 LISA 혹은 IXO 중에 선정 예정 26
[그림 8] ESA/NASA의 탐사선 : 개발 중 미션(초록), 중형급 미션(빨강), 대형급 미션(주황) 4.4.1. 가이아(Gaia) 3D 은하 지도 유럽우주청, 2013년 예정 가이아는 우리은하의 3D 지도 제작을 목표로 하며, 이를 위하여 우리 은하의 구성 및 진화 과정에 관한 연구도 수행할 계획이다. 이를 위해 우리 은하의 항성 수의 약 1%에 달하는 10억 개의 항성을 관측할 예정이다. 그 외 주요 미션으로는 외부 행성계의 궤도 분류, 태양 계 내의 소천체 관측, 50만개의 원거리 퀘이사 관측 등이 있다. 4.4.2. ASTROSAT : 2012-2013년 예정 가시광에서 경질X선 영역까지 다파장대의 천문학 미션을 계획 중인 ASTROSAT은 인도우 주연구기구의 첫 번째 천문위성 미션으로, 전천 감시기기를 탑재한 것이 특징이다. 주요 탑 재 기기로는 경질X선 망원경(SXT), 광역 제논 비례계수기(LAXPC), CXT 화상처리기 (CZTI), 자외선 영상처리 망원경(UVIT)가 있으며, 이 중 LAXPC와 UVIT가 해당 기기의 핵심장비이다. ASTROSAT의 주요 과학적 임무는 1 경질 X선 타이밍 관측, 2 경질 X선 관측에 특화된 광역 분광기, 3 지속적인 다파장 영역연구, 4 분산된 자외선에 관한 연구이다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 27
4.4.3. 핵 분광 망원경 배열(Nuclear Spectroscopic Telescope Array : NuSTAR) : 2012년 발사 핵 분광 망원경 배열은 미항공우주국의 탐사 미션으로 2012년에 발사되어 경질 X선 망원 경으로서 지구 궤도에 자리를 잡은 뒤 고에너지 X선 영역에서 우주를 관측하는 임무를 수 행할 예정이다. 찬드라 우주망원경 및 XMM-뉴턴과 같은 기존의 X선 망원경은 저에너지 X선 영역에서 우주를 관측해왔다. 그러나 NuSTAR는 고에너지 X선 영역에 초점을 맞추어 다음의 몇몇 주요 질문의 해결을 위한 관측을 수행할 것이다. 우주의 블랙홀 분포 거대질량 항성의 폭발에서 발생한 무거운 원소의 합성 활동성 은하의 동력원 또한 주요 관측 목표는 다음과 같다. 은하 중심, 외부은하 등 블랙홀의 광역적 관측 수행 초신성 잔해의 방사성 물질 분포 항성 폭발에 관한 이해 및 원소의 탄생에 관한 연구 활동성 은하가 방출하는 제트선 관측 NuSTAR는 우주선과 초신성, 감마선 폭발 역시 관측할 계획이며, 찬드라 우주망원경과 스 피처 우주망원경의 뒤를 이어 활동하는 한편 페르미 우주망원경과 협력연구도 진행할 예정 이다. 4.4.4. 스펙트럼-뢴트겐-감마 미션(SRG) : 2012년 예정 스펙트럼-RG 미션은 러시아-독일의 X선 관측 미션으로, 2012년 발사 예정이며 향후 7년 간 관측을 수행할 예정이다. 최초 4년간은 전천탐사를, 이후의 기간에는 활동성 은하핵 등 과 같은 천체를 집중적으로 관측할 계획이다. 4.4.5. Astro-H : 2014년 예정 Astro-H는 미항공우주국과 일본우주항공연구개발기구가 공동으로 수행예정인 X선 및 경 질 X선 미션으로, 활동성 은하의 은하풍과 제트선의 방출에서 비롯한 에너지, 은하단의 가 스가 방출하는 X선의 속도 측정을 통한 우주구조의 형성에 관한 이론 검증 등을 수행할 계 획이다. 28
4.4.6. Gravity and Extreme Magnetism Small Explorer(GEMS) : 2014 예정 GEMS는 미항공우주국의 미션으로 X선 편광관측을 목적으로 제작되었으며, 회전하는 블랙 홀의 중력에 의하여 왜곡된 우주의 원형 연구, 중성자성의 자기장 구조 및 영향 연구 등을 수행할 예정이다. 현재 이의 수행을 위하여 필요한 기술을 개발 중에 있다. 4.4.7. 경질 X선 변조 망원경(Hard X-ray Modulation Telescope : HXMT) : 2015년 예정 HXMT는 1994년 처음 제안되었으며 주요 기초연구 개발 프로그램으로는 2000년에 선정 된 중국의 미션이다. 2005년에는 완전한 설계 작업에 착수했으며, 2007년 중국국가항공국 (CNSA)이 발표한 우주과학 5개년 계획에 이를 포함시켰다. 지구 저궤도에 안착 예정인 해 당 기기는 4년의 구동기간을 가지도록 설계되었다. HXMT는 다음 네 가지 과학적 목표를 가진다. 은하면의 변화 감지를 위한 반복적 관측 수행 우주 X선 변화 감지를 위한 우주의 광역적 관측 수행 활동성 은하핵의 광역적 X선 스펙트럼 획득 X선 쌍성의 광역적 스펙트럼 획득 4.4.8. 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope : JWST) : 2018년 예정 JWST는 미항공우주국, 유럽우주청, 캐나다 우주국의 합작 미션으로 2018년 이후 발사 예 정이다. 해당 망원경은 초기 우주의 첫 번째 은하 관측, 항성과 행성계의 탄생 등을 관측하 고자 하는 목표를 가지고 있다. 4.4.9. 성층권 적외선 천문기기(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy :SOFIA) SOFIA는 적외선 관측기로 허블, 스피처, 허셜, 그리고 웹 우주 망원경을 보완하는 기기로 서 활용될 예정이다. 미항공우주국과 독일우주센터(German Aerospace Center)의 협력연 구인 해당 프로그램은 2010년 구동을 시작했으나 완전 구동은 2014년에야 이루어질 예정 이다. 해당 망원경은 가시광선, 적외선, 그리고 서브밀리미터 대역의 관측 수행을 통하여 관측 항성의 크기, 구성, 대기구조에 관한 연구를 수행할 예정이다. 이를 통하여 우주의 생 성 및 진화, 항성 및 행성의 형성, 우리은하 중심부에 위치한 블랙홀의 성질 등에 관한 실 마리를 제공해 줄 수 있을 것으로 기대되고 있다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 29
5 각국 우주기관의 차세대 프로그램 (The Future Programmes of the National Space Agencies) 5.1. 미항공우주국(NASA)의 차세대 프로그램 및 비전 미국 국립과학아카데미의 Astro2010 Decadal Survey scientific and programmatic priority recommendations 은 천문학 및 천체물리학 10개년 관측을 위하여 관련 위원회가 편찬한 것으로 Cosmic Dawn, New Worlds, Physics of the Universe 로 대변되는 과 학적 대상을 고려하여 구성되었다. NASA의 최우선순위 우주미션 및 프로그램은 다음과 같다. 1 대형 프로그램 광시야 적외선 탐사 망원경(WFIRST) : WFIRST는 외계행성 및 암흑에너지 연구 수행 을 위하여 설계된 미션으로 향후 은하 진화로 연구영역을 확대할 가능성을 지니고 있다. 해당 연구는 New Worlds, New Horizons Decadal Survey of Astronomy and Astrophysics의 최우선순위 프로그램이다. 천체물리 탐사 프로그램 증강 : 해당 사안은 주도 사업의 비율의 증가를 요구하는 제언 으로, 이를 통한 향후 미션의 과학적, 기술적 돌파구 형성을 요구한다. 레이저 간섭계 우주 안테나(LISA) : LISA는 저주파 중력파 관측기기로, 다양한 대상으 로부터 우주의 주름 을 관측하여 우주론적 연구에 새로운 창을 열 것으로 기대되고 있 다. 해당 기기는 백색왜성, 블랙홀 등도 관측할 예정이다. X선 망원경(IXO) : IXO는 강력한 X선 망원경으로 항성과 은하의 뜨거운 가스에 관한 정보를 제공할 예정이다. 해당 미션에 관하여 유럽우주청과 일본우주항공연구개발기구 의 협력도 중요하게 작용할 것으로 보고 권하는 바이다. 2 중형 프로그램 New Worlds Technology Development Program : 지구 근처의 지구와 비슷한 행성 연구와 관련한 차세대 미션이다. Inflation Probe Technology Development Program : 차세대 우주 배경복사 미션의 후보 로서 제안된 프로그램이다. 3 소형 프로그램 Background-limited Submillimetre Spectrometer on SPICA : 미항공우주국이 일본 우주 적외선 망원경에 제안한 은하 및 외부은하 연구 프로그램 30
5.2. 유럽우주청(ESA)의 차세대 프로그램 및 우주 비전 유럽우주청은 새로운 우주과학 미션의 시작을 위하여 지난 2004년에 차세대 장기 계획을 수 립하였고, 그 결과는 Cosmic Vision Space Science for Europe 2015-2025 에 나타나 있다. 유럽우주청의 소위원회는 향후 20년간 지대한 발전을 이룰 것으로 예상되는 분야에 관한 네 가지 주요 질문을 다음과 같이 도출하였다. 우리는 우주의 극한을 이해하는가? 은하는 어떻게 형성되고 진화하는가? 항성과 행성의 기원은 무엇이며, 진화는 어떻게 이루어지는가? 우주에서 인류 태양계가 존재할 수 있는 이유는 무엇인가? 이들은 천체물리학 분야의 근원적인 질문에 해당하며 대중의 호기심에 부합하는 것이기도 하다. 이하 설명은 유럽우주청의 차세대 장기계획에 속한 미션이다. 5.2.1. 대형급(L) 미션(The Cosmic Vision L-Class priority ) 2009년 목성 관련 대형 미션(Laplace)과 토성 관련 대형 미션(TandEM) 중 목성 관련 미 션이 2020년 개시 후보로 선정되었다. 현재 대형미션 후보로 선정된 미션은 EJSM/Laplace, IXO, 그리고 LISA이다. 5.2.1.1. 대형미션 1: 유로파-목성계 미션(Europa Jupiter System Mission : EJSM) 주제 목표 태양계의 역학적 원리 1 목성계 형성의 조건 2 목성의 역학적 시스템 가니메데 인공위성 (유럽우주청 주관) 수명주기 협력관계 타입 3 유로파는 인간이 거주 가능한가? JEO : 목성-유로파 인공위성(미항공우주국 주관) 5-7년간 순항 & 2년간 궤도 탐사 유럽우주청 - 미항공우주국 대형급 미션 천문학의 미래, 차세대 로드맵 31
5.2.1.2. 대형미션 1: LISA 미션(레이저 간섭계 우주 안테나) 주제 목표 우주선 궤도 협력관계 타입 우주의 근본적인 물리학적 법칙은 무엇인가? 우주는 무엇으로부터 만들어졌으며 어떻게 기원하였는가? ~ Hz 대역에서 천체의 중력파 감지 및 관측 레이저 광학 시스템을 탑재한 망원경을 각각 두 대씩 탑재한 우주선 세 대 세 대의 우주선은 중력이 상쇄되는 각각 500만Km 떨어진 삼각형의 꼭짓점에 위치 미항공우주국 유럽우주청 대형급 미션 [그림 9] 우주 비전 2015-2025, 중대형 미션 32
5.2.1.3. 대형미션 1: IXO 미션(X-선 망원경) 주제 목표 표적(keV) 망원경 궤도 수명주기 협력관계 타입 우주의 근본적인 물리학적 법칙은 무엇인가? 우주는 무엇으로부터 만들어졌으며 어떻게 기원하였는가? 블랙홀과 극한의 환경에 존재하는 물질 은하 은하단 거대천체의 형성과 진화 물질과 에너지의 수명주기 활동성 은하핵, 은하단, 중성자성, 블랙홀 초점거리 20m의 지름 3.3m 거울 라그랑주 포인트 2의 헤일로 궤도 5년 유럽우주청 미항공우주국 일본우주항공연구개발기구 대형급 미션 5.2.1.4. IXO 수행목적 X선 관측은 강력한 중력장 지역으로부터 전자기파 스펙트럼을 관측할 수 있는 유일한 관측 법이기도 하며, 거대질량 블랙홀을 둘러싼 가스와 먼지를 뚫고 질량 및 거리를 측정할 수 있 는 방법이기도 하다. 다양한 관측대상으로부터 IXO는 1 X선 영역에서 해당 천체의 적색이 동 여부를 판단, 2 해당 천체의 온도 판별, 3 활동성 은하핵의 회전 측정, 4 X선 배경에 서 어둡게 관측되는 활동성 은하핵의 연구 등을 수행할 수 있다. 또한 X선 관측은 중입자 관 측, 암흑 물질과 암흑에너지의 입증에 필수적인 관측법이기도 하다. IXO는 고에너지 현상을 관측할 수 있게 하는 X선 편광계도 탑재할 예정이다. 5.2.2. 중형급(M) 미션(The Cosmic Vision M-Class priority) 유럽우주청은 차세대 중형 미션을 위한 세 개의 과학적 미션을 도출하였다. 암흑에너지, 외계 항성이 거느린 거주 가능한 행성, 그리고 태양의 성질에 관한 연구가 바로 그것이다. 이들을 수행할 기기는 2017년 이후 발사될 예정이며, 이를 위한 네 개의 미션이 아래 제시되어 있 다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 33
5.2.2.1. 중형미션 1/2 : 유클리드 미션(Euclid Mission) 주제 주요 목표 표적 파장 망원경 궤도 수명주기 협력관계 타입 우주는 무엇으로부터 만들어졌으며 어떻게 기원하였는가? 우주의 기하학적 지도 작성 은하 및 은하단 가시광 및 근적외선 1.2m급 코르쉬(Korsch)형 라그랑주 점2 5년 미정 중형급 미션 5.2.2.2. 중형미션 1/2 : PLATO : PLAnetary Transits and Oscillations of stars 주제 주요 목표 표적 파장 망원경 궤도 수명주기 협력관계 타입 행성형성과 생명출현의 조건은 무엇인가? 근접 외계행성계의 발견 및 연구 태양 류의 항성을 모성으로 하는 지구크기 행성의 발견 외계행성 주성의 진동 측정 가시광 광학적 감지가 빠른 소형 광시야 망원경 라그랑주 점2 최소 6년 미정 중형급 미션 5.2.2.3. 중형미션 1/2 : 태양궤도 미션(Solar Orbiter Mission) 주제 주요 목표 표적 파장 궤도 수명주기 협력관계 타입 태양계의 역학적 원리 고분해능의 태양 화상 획득, 태양 초근접 관측 태양 가시광, X선, 극자외선 타원형의 근일점 궤도 6년 미정 중형급 미션 34
5.2.2.4. 중형미션 1/2 : 대형 적외선 우주망원경 미션(SPICA Mission) 주제 주요 목표 표적 파장 망원경 궤도 수명주기 협력관계 타입 1 행성형성과 생명출현의 조건은 무엇인가? 2 태양계의 역학적 원리는 무엇인가? 3 우주는 무엇으로부터 기원되었으며 무엇으로 구성되어 있는가? 1 은하, 항성, 그리고 행성의 형성과 진화 2 천체물리학적 현상에서 발생하는 상호작용과 이것이 태양계의 형성에 미친 영향 젊은 거대 가스형 행성, 원시원반, 은하 및 외부은하의 별 탄생 지역, 적 외선 영역에서 밝게 관측되는 은하, 활동성 은하핵, 별 폭발 은하,심우주 원적외선 3.5m Ritchey Chrtien 망원경 라그랑주 점2 최소 5년 일본우주항공연구개발기구 유럽우주청 중형급 미션 5.2.2.5. 중형미션1과 중형미션2의 선정 해당 미션의 선정은 2011년 9월 완료되었으며 발사는 2017~ 2018년에 계획 중이다. 5.2.2.6. 유럽우주청의 우주 비전과 중형미션3의 선정 2011년 2월 25일 유럽우주청의 Cosmic Vision Looking ahead to the next decade of scientific exploration 후보로 선정된 네 개의 차세대 중형 미션은 2020~2022년에 발사될 예정이다. 각각의 후보군은 블랙홀에서 근지구 소행성에 이르기까지 그 연구범위가 상이하 다. 유럽우주청은 2010년 7월 29일 과학 위원회를 소집하여 장기적 과학목표인 Cosmic Vision 2015~2025 를 위한 세 번째 중형 미션을 모집했다. 총 47개의 제안 중 네 개의 미션을 선정하였고, 이들 중에서 최종 선정이 이루어질 예정이다. 우선 선발된 네 개의 미 션은 EChO, LOFT, Marco Polo-R, 그리고 STE-QUEST이다. 5.2.2.7. 중형미션3 : 외계행성 특징 관측(Exoplanet Characterisation Observatory:EChO) EChO 미션은 외계행성 대기에 관한 첫번째 연구를 진행할 미션으로, 해당 행성이 생명체 가 살기에 적합한 환경인지 아닌지를 판별해낼 것이다. EChO는 지구 상공 150만Km에 위 치한 라그랑주 점2에서 궤도를 돌며 고분해능, 다파장대의 분광기를 이용하여 관측을 수행 하며 관측한 외계행성의 알베도, 온도, 대기구성에 관한 자료를 제공할 것이다. 천문학의 미래, 차세대 로드맵 35
5.2.2.8. 중형미션3 : Large Observatory For X-ray Timing(LOFT) LOFT는 블랙홀의 사상 수평선에 근접한 위치에 있는 물질의 운동에 관한 해답 제시, 중성 자성을 구성하는 물질의 상태 규명 등을 목적으로 한다. LOFT는 두 대의 기기를 광역감지 기 및 광역 모니터를 탑재하고 우리 은하의 충돌천체와 활동성 은하핵의 초거대질량 블랙 홀 등을 관측할 계획이다. 5.2.2.9. 중형미션3 : Marco Polo-R Marco Polo-R 미션은 지상의 연구소에서 심층 분석할 근지구 소행성의 샘플 채취를 목적 으로 하는 미션이다. 이를 통한 연구결과는 행성 형성과 진화과정에 관한 정보를 제공해 줄 것으로 기대된다. 5.2.2.10. 중형미션3 : Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test(STE-QUEST) 시공간 탐험과 우주공간에서의 양자 등가원리 테스트는 시간 및 공간에 관한 중력의 영향 을 정확히 측정하는 것을 목표로 하는 미션으로, 주요 목적은 아인슈타인의 상대성 이론의 기본 가정인 등가원리를 검증하는 것이다. 두 번째 주요 목표는 우주에서의 자유낙하에 관 한 양자 시험(quantum test)이다. 5.2.2.11. Cosmic Vision 업데이트 유럽우주청의 우주비전 2015-2025 계획에 포함된 미션은 다음에 나열된 장차 천문학적 주요 난제에 관한 의문을 시원하게 해결해 줄 것으로 보인다. 행성 형성 및 생명체 출현의 조건은 무엇인가? 태양계는 어떠한 작용으로 구성되고 유지되는가? 우주의 근원적인 물리법칙은 무엇인가? 우주의 기원은 무엇이며 이를 구성하는 것은 무엇인가? 36
6 국가 기관의 역할과 규칙 (The role and plan of the National Agencies) 6.1. 일본의 천문학 계획 : JAXA 장기 비전(JAXA Long Term Vision) 지난 2005년, 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 모든 파장대에서의 관측위성 계획을 포 함한 장기비전계획을 발간하였다. 게재된 기본 연구주제는 다음과 같다. 1 우주의 구조 및 역사 최초의 은하, 최초의 블랙홀, 은하와 블랙홀의 공동 진화과정 거대구조 및 은하단의 형성 2 극한의 환경에서의 블랙홀 및 블랙홀 부근의 물리, 일반상대성 이론의 검증 우주선 가속, 중성자별의 상태 방정식 3 우주의 구성 암흑물질, 암흑 에너지(은하단 전반) 물질의 역사 및 화학적 조성, 행성, 생명 현재 일본우주과학연구소(ISAS)가 승인한 JAXA의 천문학 프로젝트는 다음과 같다. ASTRO-H(X선 천문학, 2014년 예정) ASTRO-G(우주에서의 초장기선 어레이) SPICA(구상 단계이나 실행가능성 있음) 6.2. 중국의 차세대 천문학 프로그램(Future Space Astronomy Programmes in China) 6.2.1. 로드맵 및 계획 지난 수년간 중국과학원, 중국 국가자연과학 기금위원회 등 다양한 기관에서 발의된 차세대 천문학 프로그램으로는 중국의 우주과학 & 기술 : 2050년까지의 로드맵(Space Science & Technology in China: A Road Map to 2050), 우주과학 미션 중장기 개발 계획 (Medium and Long Term Development Plan for Space Science Missions), 중국의 천문학 중장기 발전 전략 연구 보고서(Report of Strategic Study on Mid- and 천문학의 미래, 차세대 로드맵 37
Long-Term Development of Astronomy in China), 중국 천문학 발전 보고서(Report on the Development of Astronomy in China) 그리고 중국과학원의 2011-2016 우주 과학 계획(2011 2016 Space Science Plan of China s National Space Agency) 등이 있다. 아래 내용은 해당 보고서에 제안된 차세대 프로그램을 요약하여 정리한 것이다. 6.2.2. 중국 천문학 프로그램(China s Space Astronomy Programmes) 요약 1 블랙홀 입증 프로그램(Black Hole Probe Programme, BHP) : 해당 프로그램의 목적 은 블랙홀, 감마선 폭발 관측을 통한 천체의 고에너지 작용 및 블랙홀 물리 연구이다. 이를 위하여 경질 X선 변조 망원경(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT), 우 주의 천체 감시 위성(Space Variable Objects Monitor, SVOM), 중국 우주실험실에서 의 감마선 폭발 편광 실험(Gamma-ray Burst Polarisation, POLAR)을 계획 중이다. 2 Diagnostics of Astro-Oscillations(DAO) 프로그램 : 해당 프로그램의 주요 목적은 천체 내부구조 및 우주에서 발생하는 폭발적 현상의 과정을 이해하는 것으로, 다양한 파장대에서 전자기복사의 정밀한 광도 및 시간 측정을 통하여 이를 연구할 계획이다. 이에 속한 주요 미션으로 X선 타이밍 & 편광 위성이 있으며 향후 관련 국제 미션에 참여할 가능성이 있다. 3 Portraits of Astrophysical Objects 프로그램(PAO) : 해당 프로그램의 목적은 태양과 비슷한 항성, 외계행성, 백색왜성, 중성자성, 블랙홀 등 우주의 구조에 관한 근본적인 문제 해결을 위한 천체의 직접적인 화상을 획득하는 것이다. 이에 속한 주요 미션으로 서브밀리미터 우주 초장기선 간섭 위성 어레이(submillimetre Space Very Long Baseline Interferometer(VLBI) telescope array)가 있다. 4 Dark Matter Detection 프로그램(DMD) : 우주 정거장 기반의 프로그램으로, 다양한 이론적 모델에서 예견한 암흑물질의 소멸의 부산물 관측을 목적으로 한다. 이에 속한 주요 미션으로는 암흑물질 입자 관측 위성, 2012년 구동 예정인 중국 유인 우주 정거 장에서의 암흑 물질 입자 감지 실험 등이 있다. 6.2.3. 2011-2015년 중 실행 예정 미션 2012-2013년 발사 예정인 중국 광역 우주실험실에서의 감마선 폭발 편광 연구 2014-2015년 발사 예정인 천체 감시 위성 6.2.4. 최종선정완료 및 재정 확보 미션 2014-2015 발사 예정인 경질 X선 변조 망원경(HXMT) 위성 38
2014-2015 발사 예정인 암흑 에너지 및 우주선 감지 위성 6.2.5. 개발 및 연구 중인 중장기 미션 다음은 기술개발 중인 미션이다. 2020년대 발사 예정인 X선 타이밍&편광(X-ray Timing and Polarisation) 위성 2020-2022년 발사 예정인 중국 유인우주선에서의 암흑물질 및 우주선 관측 다음은 개념설계에 돌입한 미션이다. 적외선 우주 탐사용 소형 위성 가시광~X선 영역에서의 고속측광 관측 우주에 위치한 서브밀리미터 초장기선 어레이 미션 6.3. 인도의 우주과학 프로그램 6.3.1. 인도 천문학 2010-2020 비전(Space Astronomy in India : the 2010-2020 vision) 최근 인도우주연구기구(ISRO)는 달 탐사 위성 찬드라얀-1호를 발사하고, 내년에는 다파장 관측 천체 위성인 ASTROSAT 발사를 앞두고 있다. 몇몇 소규모 미션도 개발 중에 있으 며, 적외선 천문위성, 코로나그래프 미션, 태양 분광기 미션 등이 이에 해당한다. 인도는 지 난 2004년, 천문학 및 천체물리학 분야의 10개년 비전 문서를 처음으로 발행했으며 다음 과 같은주요 개발 영역을 제안했다. 틈새 연구분야로서의 다파장 천문학 지상기반 기기를 이용한 천문학 기술 계획 대규모 국제 프로젝트의 참여 우선순위로 제안된 우주기반계획은 소형 태양 코로나그래프, 근적외선 분광 광도계를 포함 한다. 기술 개발 우선순위 목록에는 감마선, 경질 X선, 그리고 적외선 영역에 관련한 기기 및 물리실험을 위한 우주정거장 개발이 제시되어 있다. 또한 다국간 공동연구의 중요성을 제시하며 이러한 연구에의 참여가 거대과학 분야의 새로운 패러다임으로 떠오를 것임을 강 조했다. 해당 제언은 인도우주연구기구의 차세대 미션 수립의 가이드로 활용되었으므로, 인 도의 천문학 프로그램은 소규모 미션을 주요 표적으로 할 것으로 예상된다. 한편, 인도 우주연구기구는 자국의 소규모 미션 진행에도 불구하고 국제협력에 무게를 두고 천문학의 미래, 차세대 로드맵 39
찬드라얀-1호, ASTROSAT, 적외선 위성 등에 외국의 참여율을 높일 것으로 보인다. 또한 인도 우주연구기구의 차세대 중형 미션으로 Aditya-1가 제안되었으며, 이는 우주기 반 태양 코로나그래프 미션으로 가시광과 근적외선 영역에서 태양 코로나를 연구할 목적을 가진다. 발사 시기는 다음 태양활동 극대기인 2014년으로 계획되어있다. 또다른 차세대 중 형 미션인 Thomson X선 편광기는 소형위성미션으로 개발되었으며 경질 X선원 관측에 특 화되어 있다. 주요 관측대상은 X선 펄사, 블랙홀, X선 쌍성, 비 열적(non-thermal) 초신성 잔해 등이다. 6.4. 러시아의 우주과학 프로그램 현재 러시아의 우주과학 프로그램은 정부 우주 프로그램을 기반으로 10년 단위로 계획되 며, 2006-2015년 계획이 발표된 바 있다. 2011년도에 2013-2015년의 연구계획을 수정 하고 2016-2020년에 수행할 새로운 미션을 추가하였다. 현재 프로그램은 유인 우주비행 프로그램이 최우선 순위에 위치하며 예산의 절반가량이 유 인 우주비행 프로그램에 편성되어있다. 그 외 절반에 해당하는 예산은 전자통신, 원격 탐사 및 과학 연구 위성에 편성되어있다. 러시아의 세계 위성 항법 시스템 글로나스(Global Navigation System, GLONAS) 는 독립 된 프로그램으로 진행되고 있다. 러시아의 우주과학 프로그램은 러시아 과학 아카데미(Russian Academy of Sciences)이 제시한 다음 계획을 따른다. 행성계 연구 : Phobos-Soil 위성(2011), Luna-Resource위성 Luna-Glob위성(2013) 태양계 외부 천문학 : Spectrum-Radioastron(2011), Spectrum-Ultraviolet (2014), Spectrum-Roentgen-Gamma (2013), Gamma-400 Millimetron(2015년 이후) Sun Interhelioprobe (2015년 이후) Cosmic rays Resurs-DK/Pamela (2006년 궤도 진입) Plasma physics Resonance (2013) Cosmic rays Resurs-Dk/Pamela(2006년 구동 시작), Lomonosov(모스코 주립대학교, 2012) 해당 프로그램들은 다국간의 공동연구에 의해 개발되었으며 유럽우주청, 미항공우주국, 프 랑스 국립우주연구소 등이 참여했다. 태양계 외부 천문학 분야에 연방 우주 프로그램은 다 음과 같은 세 개의 스펙트럼 시리즈 미션을 제안했다. 40
Spectrum-Radioastron : 2011년 중순 발사된 전파 우주망원경으로 주요 미션은 지상의 초장기선 어레이 네트워크(호주, 칠레, 중국, 유럽, 인도, 일본, 한국, 멕시코, 러시아, 남 아공, 우크라이나, 그리고 미국)과 공동으로 전파관측을 수행하는 것이다. 예상 수명은 최소 5년이다. Spectrum-UV : 적외선 영역에서의 관측을 목표로 하는 국제 우주 관측기로 170Cm 구 경의 고분해분광기, 긴 슬릿(long slit) 저분해능 분광기, 심우주 자외선 및 광학 화상처 리장치를 탑재했다. 2014년 발사 예정이며 수명은 10년으로 예상된다. Spectrum-RG(Roentgen-Gamma) : 해당 미션은 러시아와 독일의 공동미션으로 독일 이 핵심부품인 erosita의 제작을 맡았다. 해당 기기는 2013년 발사되어 라그랑주점2 에 위치될 것이다. 수명주기는 7년으로 예상되며, 최초 4년은 전천탐사 수행, 이후 3년은 활동성 은하핵을 관측할 예정이다. 다음은 2016-2020년도에 수행 계획 중인 프로그램으로 현재 연구개발 단계에 있다. Gamma-400 : 감마선 관측 위성으로, 주요 관측대상은 미항공우주국의 페르미 미션과 비슷한 중성자성, 블랙홀 등이며 수명은 약 5년 정도로 예상된다. Milimetron : 해당 프로젝트의 목표는 밀리미터, 서브밀리미터 및 적외선 영역의 우주기 반 관측시설 구축이다. 현재는 탑재체에 관한 대략적인 논의가 오가는 상태이다. Interhelioprobe : 해당 위성의 연구범위는 태양권 내부로, 태양계 코로나 가열 문제, 태 양풍 가속 문제, 플레어 표면 폭발 등 태양활동의 기원 등이 주요 연구목표이다. 해당 위 성이 근지점에 도달하면 태양과 함께 7일여간을 회전하며 관측을 수행할 것이다. 6.5. 호주 우주과학 10개년 계획 지난 수십 년간, 호주의 천문학, 천체물리학 및 우주과학 활동은 지상기반 관측기기에 한정 되어 있었다. 최근 발행된 호주의 2011-2019년 우주과학 활동 및 기술 시나리오 10개년 계획은 플라즈마, 행성, 태양계 내부 구성원의 원격 탐사 등의 주제에 주목하고 있다. 6.6. 기타 우주기관의 프로그램 대부분의 개발도상국은 위성을 이용한 지구관측 및 기상학적 연구에 집중하며, 기술개발이 충분히 이루어진 국가의 경우 자국 우주선 발사에 집중하는 경향을 보인다. 아르헨티나 우 주 계획은 광학 카메라 및 마이크로파 센서를 탑재한 두 기의 지구관측 위성 개발을 포함 하고 있으며 브라질의 경우 아마조니아-1호와 Mapsar와 같은 원격 조정 위성이 최우선순 위 미션으로 매겨진다. 이처럼 개발도상국의 경우 가장 기술이 발달한 나라라고 할지라도 천문학의 미래, 차세대 로드맵 41
정치적으로 옳은 선택 에 집중하여 일반 대중과 정치인들을 만족시키기 위한 연구를 진행 하는 경향이 두드러진다. 한편, 국제협력의 중요성이 점차 증가하는 현 시점에서 몇몇 국가 들은 협력국과 고도의 우주 미션을 수행하기도 한다. 아르헨티나는 미항공우주국과 오랜 기 간 공동연구를 진행해왔으며 이와 비슷하게 브라질과 중국도 공동연구를 진행 중에 있다. 또한 아르헨티나와 브라질은 우주선의 서브시스템, 완전체 위성 등의 내부 제작이 가능한 단계에 접어들었다. 7 결론 지난 10년간은 천문학에 있어 수많은 과학적 발견이 이루어지고 다양한 과학적 기회가 창출 되는 황금의 시기 였다. 우주에 위치한 관측기기는 향후에도 또한 지상에 위치한 관측기기와 함께 전 파장대에서의 자료획득에 기여하며 천문학 및 천체물리학 분야에서 핵심적인 역할을 할 것이다. 그러나 불행히도, 차세대 연구에 관한 파노라마는 소수의 주요 미션만이 계획되어 있으며 따 라서 연구생산성도 감소할 것으로 보인다. 따라서 현 시점을 극복할 전 세계적인 시도가 필요 하다. 우주관측기기의 크기, 정교함 및 이에 소모되는 비용은 국제협력 연구의 중요성을 부각할 것 임에 틀림없다. 국제협력 미션진행에 있어 기술적 프로그램적 어려움이 존재하는 것은 사실이 나, 이는 해결 가능한 문제이며 극복할 경우 향후 인류의 과학적 유익을 대단히 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다. 42