알마, 뉴호라이즌스號 탐사 돕는다…명왕성 궤도 정밀관측 성공

알마 망원경으로 명왕성과 위성 카론의 위치가 매우 정밀하게 측정됐다고 영국 과학전문매체 피조그닷컴 등 외신이 5일(현지시간) 보도했다. 이 위치는 오는 2015년 명왕성에 접근하게 될 미 항공우주국(NASA, 나사)의 탐사선인 뉴호라이즌스호(號)의 궤도수정에 활용되고 있는 것으로 전해졌다.

명왕성 관측은 지금까지 대형 광학망원경으로도 계속 진행돼 왔지만, 탐사선을 보내야 하므로 학자들은 지금도 명왕성의 위치와 궤도를 정하기 위한 작업을 진행하고 있다.

태양에서 매우 먼 명왕성은 위치 측정에 있어 그 정확도를 높이기 위해 많은 노력이 필요하다. 그 궤도는 지구보다 40배 정도 크고, 한 바퀴 도는 공전 주기는 무려 248년이 걸린다. 따라서 명왕성이 발견된 시점이 고작 1930년이므로 지금까지 인류가 관측할 수 있었던 명왕성의 궤도는 고작 3분의 1에 지나지 않는다.

이에 대해 뉴호라이즌스호 임무 참여 학자인 미 존스홉킨스대 응용물리학연구소의 해럴드 위버 박사는 “인류는 한정된 데이터밖에 손에 넣지 못했으므로 명왕성의 위치는 수천 km의 오차가 있을지도 모른다”면서 “만일 큰 오차가 있다면 뉴호라이즌스호의 궤도수정을 계산하는데 지장이 생길 것”이라고 설명했다.

나사는 알마로 본 명왕성의 정보와 이 행성을 처음 발견했을 때부터 지금까지 가시광선으로 관측한 정보로 구한 위치를 바탕으로 뉴호라이즌스호의 첫 번째 궤도수정(TCM)을 지난 7월에 했다. 이는 적절한 시기에 적절한 분량만을 로켓 분사해 탐사선을 명왕성으로 향하게 하는 것이다.

이 탐사선은 명왕성에 도달한 뒤 더 멀리 있는 ‘에지워스 카이퍼 벨트 천체’의 탐사도 진행할 예정이다. 향후 탐사를 위해 가능한 연료를 아껴야 하므로 궤도 수정은 로켓 연료 소비를 최소화한다.

이를 위해 가능한 한 명왕성 위치를​​ 정밀하게 측정해야 하는데 이는 위치의 기준(지상 위도·경도의 기준이 되는 ‘삼각점’ 같은 것)을 확립하는 것이 필수적이지만, 이 넓은 우주에서 명왕성 같은 작은 천체의 위치와 궤도를 정밀 측정하기 위한 기준을 찾는 것은 쉬운 일이 아니다.

일반적으로 이런 기준에는 멀리 있는 별들이 사용된다. 먼 곳에 있는 별은 오랜 세월이 지나도 그 위치가 거의 바꾸지 않으므로, 이런 천체를 기준으로 명왕성 천구에서의 상대적인 위치를 결정한다. 반면 명왕성의 위치는 해마다 바뀌므로 탐사선을 정확하게 그 행성까지 이끌기 위해서는 더 정밀한 위치 기준이 필요하다고 한다.

인류가 관측한 천체 중 가장 멀리 있어 가장 명백하게 위치가 변하지 않는 천체는 100억 광년 이상 저편에 있는 퀘이사다. 이런 천체를 기준으로 명왕성의 상대적인 위치를 관측하면 더 정밀한 위치를 결정할 수 있다. 하지만 퀘이사는 가시광선상에서 매우 어두우므로 기존의 광학 망원경으로는 위치 결정이 어렵다. 따라서 알마 같은 고성능 망원경이 필요한 것이다. 퀘이사는 알마 망원경이 관측할 수 있는 전파(밀리미터파)를 매우 밝게 나타낸다.

현재 알마 시설에 머물고 있는 미 국립전파천문대 소속 천문학자 에드워드 포말론트 박사는 “알마로 관측한 명왕성의 위치는 측정 오차를 지금까지의 절반으로 줄이는 것을 목표로 한다”면서 “구체적으로는 J1911-2006라고 명명된 매우 전파가 강한 퀘이사를 위치 기준으로 사용했다”고 설명했다.

알마에 의한 관측은 퀘이사의 ​​위치를​​ 기준으로 명왕성 위치를​​ 측정한다. 관측은 명왕성과 그 위성 카론의 극저온 표면에서 나오는 전파를 포착할 수 있었다. 그 표면 온도는 영하 230℃가 될 수도 있다.

관측팀은 명왕성의 첫 관측을 2013년 11월에 시행했다. 이어 궤도를 정밀하게 결정하기 위해 2014년 4월에 1번, 7월에 두 차례의 관측을 진행했다. 또한 10월에도 추가 관측이 예정돼 있다.

포말론트 박사는 “지구가 태양 주위를 이동하므로 간격을 두고 여러 번 관측함으로써 명왕성을 다양한 위치에서 볼 수 있다”면서 “이를 통해 우리는 명왕성까지의 거리와 그 궤도를 정밀하게 결정할 수 있는 것”이라고 설명했다.

천문학에서는 천체의 위치를​​ 측정하려면 시차를 사용한다. 시차는 2지점에서 동일한 물체를 봤을 때의 겉보기 위치의 차이를 말하는 것으로, 삼각 측량과 같은 원리다. 천체의 위치를​​ 측정할 때는 지구가 태양 주위를 이동하는 것을 이용해 천체의 겉보기 위치에 관한 편차를 측정하고 거기에서 거리를 계산한다.

뉴호라이즌스 임무 책임자인 미 사우스웨스트 리서치 인스티튜트의 앨런 스턴 박사는 “최첨단 알마 망원경의 성과가 인류 최초의 역사적인 명왕성 탐사 사업을 지지하는 것에 우리는 매우 흥분하고 있다”면서 “우리는 탐사선을 위해 알마가 제공한 훌륭한 데이터와 이를 실현한 모든 알마 망원경 팀에게 감사하고 있다”고 말했다.



사진=NRAO/AUI/NSF

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr