사람들에게 우주 망원경의 이름을 물어보면 아마 허블이라고 말할 것입니다. 하지만 허블 이전에 케플러 우주 망원경만큼 우리의 우주론적 지평을 넓히는 역할을 한 망원경은 없었습니다. 케플러는 약 9년간의 임무 끝에 평균적으로 모든 별에 적어도 하나의 행성이 있음을 보여주었습니다.
케플러 망원경이 시작된 방법
케플러는 아폴로 프로그램을 위한 과학 장비를 연구했던 NASA 과학자 윌리엄 J. 보루키의 발명품이었습니다. 1983년부터 보루키는 행성이 지구의 관점에서 볼 때 항성 앞을 통과하는 사건을 관찰하여 외계 행성을 찾는 임무에 대해 NASA에서 주장하기 시작했습니다. 보루키의 개념은 NASA에서 기술적으로나 재정적으로 어려움이 있다는 이유로 네 번이나 거부되었습니다.
보루키는 지속해서 코넬 대학의 칼 세이건 연구소 강의에서 "케플러는 170,000개 이상의 별을 동시에 살펴보며 별과 교차하고 일부 빛을 차단하는 행성을 찾을 수 있다. 그 빛을 차단함으로써 우리는 그 별이 얼마나 큰지 알 수 있다. 행성은 별과 비교되며 반복될 때 공전 주기를 알 수 있다. 케플러의 제3법칙으로 행성이 별에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 추론할 수 있으며 별의 특성을 보면 그 행성이 얼마나 뜨거운지 알 수 있다."라고 주장했습니다.
이러한 보루키의 노력으로 결국 NASA는 태양계 탐사를 위한 저비용 우주선에 자금을 지원하는 디스커버리 프로그램의 일부로서, 소행성 베스타와 세레스를 방문한 우주선 던과 함께 케플러의 임무를 승인했습니다.
케플러 망원경의 기능과 업적
케플러 우주망원경의 기능 중 하나는 별의 밝기를 아주 작은 퍼센트까지 측정할 수 있는 것입니다. 이 정밀 측광은 별 앞에 있는 행성으로 발생하는 미세한 흐려짐을 포착하는 데 필요합니다.
외계행성 탐사 초기에 천문학자들은 모항성 근처에 숨어 있던 목성보다 더 큰 거대 가스 행성을 발견할 수 있었습니다. 케플러의 민감한 광도계의 추가는 천문학자들이 더 많은 "슈퍼 지구" 또는 지구보다 약간 크지만, 암석 표면을 가진 행성의 발견을 도왔습니다. 케플러의 발견은 또한 천문학자들이 외계 행성을 종류별로 그룹화할 수 있게 하여 그들의 기원을 이해하는 데 도움이 되었습니다.
케플러 우주 망원경은 2009년에 백조자리 필드의 하늘 조각에서 "첫 번째 빛"을 포착했습니다. 2013년까지 이 탐사에서 450만 개의 별 중 170,000개를 추적하여 어두워지는 징후를 찾아 외계 행성을 찾았습니다.
케플러 망원경의 주요 임무
6억 달러 규모의 케플러 망원경은 2009년에 1년 동안 작동할 것이라는 기대와 함께 발사되었습니다.
초기에 케플러 운영의 중요한 부분은 거짓 양성을 제거하는 것이었습니다. 외계행성 통과 이외의 방법(예: 별의 자연적 변동성, 흑점 또는 같은 시선 어딘가에 있는 다른 별 또는 한 쌍의 별)을 통해 명백한 별 흐려짐이 발생할 수 있기 때문에 각 후보 행성은 다른 행성을 통해 확인되었습니다.
그러나 케플러의 원래 임무는 개별 외계 행성을 식별하는 것이 아니라 가능한 한 많은 별의 인구 조사를 수행하고 행성을 호스트하는 별의 비율을 추정하는 것이었습니다.
그래서 케플러가 경험을 쌓으면서 통계적 방법이 등장했습니다. 예를 들어, 2014년 2월 천문학자들은 다중 행성 시스템과 다중 별 시스템을 구별하여 한 번에 많은 외계 행성을 찾는 "다중성에 의한 검증"이라는 새로운 기술을 개척했습니다. 이 기술을 통해 천문학자 팀은 한 번의 릴리스에서 715개의 확인된 행성을 공개하여 역대 단일 발표에서 가장 큰 행성 배치를 만들었습니다.
케플러는 원래 임무 기간을 훨씬 초과하여 임무를 수행했습니다. 비록 임무 도중 4개의 반응 바퀴 중 두 번째가 고장 나기도 했지만, 당시 NASA는 케플러의 상태가 여전히 양호하다고 판단했고 케플러에게 대체 임무를 맡겼습니다.
케플러 망원경의 새로운 임무
2015년 7월, 새로운 임무가 시작되면서 당시 여전히 수석 조사관이었던 보루키는 NASA에서 53년 동안 근무를 마치고 은퇴했습니다.
새로운 임무 기간에 행성 발견의 속도는 줄어들었지만 새로운 발견은 계속되었습니다. 2016년 1월 NASA는 케플러의 관측으로 100개 이상의 새로운 행성을 발견했다고 발표했습니다. 애리조나 대학의 천문학자인 이안 크로스필드는 케플러의 발견이 발표된 미국 천문 학회의 연례 회의에서 "이것은 케플러의 새로운 행성을 찾는 탐사능력을 입증한 것"이라고 말했습니다.
케플러는 2016년 12월에서 2017년 3월 사이에 지구 크기의 행성이 여러 개 있을 가능성이 있는 TRAPPIST-1 시스템을 조사했습니다. 그 해 2월, 또 다른 천문학자 팀은 더 많은 지구 크기의 행성이 발견되었다고 발표했습니다.
2018년 2월 NASA는 케플러의 임무 중에 발견된 95개의 새로운 행성에 대한 또 다른 데이터를 발표했습니다. 그 행성 중 하나는 밝은 별을 공전하고 있었기 때문에 지상 관측소에서 추적하기 쉬운 행성이었습니다.
케플러 망원경이 찾은 행성 중 하나는 지구 반경의 1.06배에 불과한 외계 행성인 Kepler-1649c였습니다. 과학자들은 2018년에 은퇴한 케플러의 오래된 관측을 분석하면서 2020년에 이 행성을 발견했습니다.
케플러 망원경의 주요 발견
케플러 덕분에 우리는 이제 다른 별에 행성이 있는 것이 얼마나 흔한 일인지 알게 되었습니다.
"본질적으로 모든 별에는 행성이 있습니다. 그것은 큰 문제이며 케플러 이전에는 인정되지 않았습니다."라고 전 케플러 프로젝트 과학자 Nick Gautier는 케플러가 은퇴했을 때 발표한 성명에서 말했습니다.
케플러 탐사 작업의 처음 7년 동안 NASA는 새로 발견된 외계 행성을 발표하는 24개의 보도 자료를 종종 대규모 배치로 발표했습니다.
2017년 6월 케플러의 주요 임무에서 최종 데이터가 공개되었습니다. 케플러의 행성 발견 기록은 2,335개로 증가했습니다. 잠재적인 행성을 포함하면 총 4,034개였습니다.
NASA 보도 자료에 따르면 케플러의 임무가 진행되는 동안 케플러가 조사한 별의 총 수는 500,000개 이상에 이르렀다고 합니다.
또 다른 주요 성과는 태양계 외부에 존재하는 다양한 행성계를 발견한 것입니다. 행성 시스템은 수성 궤도와 동등한 범위 내에서 조밀한 배열로 존재할 수 있습니다. 또한, 케플러는 지구와 유사한 작고 바위가 많은 행성이 목성과 같은 더 큰 가스 행성보다 더 흔하다는 것을 밝혔습니다.
케플러가 발견한 행성 중 흥미로운 것 중에는 Kepler-62e와 Kepler-62f가 있습니다. 이 두 개의 바다 행성은 행성의 상당 부분이 육지인 지구와 달리 전체 바다로 되어 있을 가능성이 높다고 합니다. 이 행성들은 라이라 별자리에서 약 1,200광년 떨어져 있으며 크기는 지구에 가깝습니다.
별의 밝기 변화에 대한 케플러의 뛰어난 민감성은 불과 400광년 떨어져 있고 맨눈으로 볼 수 있는 잘 알려진 별 무리인 플레이아데스를 관측할 수 있게 하였습니다. 케플러의 관측은 플레이아데스의 변동성에 대한 추적과 폭발하는 별과 별 내부의 음파에 대한 새로운 측정치를 제공했습니다.
케플러 망원경의 미션 종료
케플러는 연료 탱크에 3갤런(12kg)의 하이드라진을 넣은 채 발사되었습니다. 케플러의 추진기에 동력을 공급하는 이 중요한 연료가 2018년 11월에 바닥나면서 엔지니어들은 마지막으로 "잘자" 라는 메시지와 함께 케플러를 공식적으로 퇴역시켰습니다. 공교롭게도 이날은 요하네스 케플러 사망 388주기였습니다.
과학자들에 의하면 비활성 상태이지만 케플러는 2060년과 2117년에 지구 근처를 통과하면서 태양 주위 지구 궤도를 계속 돌게 될 것이라고 합니다.
NASA Exoplanet Archive에 따르면 2020년 11월까지 케플러는 2,392개의 외계 행성을 발견했다고 합니다.
외계행성 탐사 우주망원경으로서 케플러는
허블 이전에 인류에게 우주론적 지평을 넓히는 데 많은 역할을 하였습니다. 약 9년간의 관찰 끝에 케플러 우주 망원경은 평균적으로 모든 별에 적어도 하나의 행성이 있음을 보여주며 자신의 역할을 다하고 우주의 별이 되었습니다.
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