[R&D르네상스] 세계 최초 전천(全天) 영상분광 탐사 우주망원경 SPHEREx 제작 단계 돌입

과학기술정보통신부(장관 최기영, 이하 ‘과기정통부’)와 한국천문연구원(원장 이형목, 이하 ‘천문연’)은 1월 6일(수) NASA 제트추진연구소(이하 ‘JPL’) 및 미국 캘리포니아 공과대학(이하 ‘Caltech’)과 공동개발하는 우주망원경 SPHEREx 제작에 착수했다고 밝혔다.

SPHEREx(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer)라 불리는 ‘전천(全天) 적외선 영상분광 탐사를 위한 우주망원경’은 전체 하늘에 대한 영상분광 탐사로는 세계 최초이며 지상에서는 지구 대기에 의한 손실 때문에 관측이 어려운 적외선 천체 관측이 가능할 뿐 아니라, 영상분광 기술을 적용해 전 우주를 102개의 색깔로 관측할 수 있다.

여기서 영상분광 기술이란 넓은 영역을 동시에 관측할 수 있는 ‘영상관측(Imaging)’과 개별 천체의 파장에 따른 밝기의 변화를 측정하는 ‘분광관측(Spectroscopy)’이 통합된 기술로, SPHEREx에는 천문연이 차세대 소형위성 1호의 과학탑재체 NISS(Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history)에 최초로 적용한 선형분광필터를 사용한다. 이에 NASA JPL의 앨런 파링턴 박사는 이에 대해 “마치 영화사에서 흑백 영화에서 컬러 영화로 전환된 시기의 촬영기법처럼 SPHEREx의 전천 우주 영상분광 관측은 천체물리 역사에 한 획을 그을 획기적인 시도이다”라고 설명했다.

SPHEREx는 이러한 관측 기술을 통해 전 우주에 존재하는 약 20억 개에 달하는 개별 천체들의 전천 분광 목록을 작성할 수 있을 것으로 기대된다. SPHEREx의 관측 영상과 각 천체의 방출 스펙트럼을 재구성하면 우주의 3차원 공간 정보를 얻을 수 있는데, 이는 빅뱅 직후 우주 급팽창에 의한 우주생성 이론과 은하 형성 및 진화의 정보를 담은 적외선 우주배경복사의 수수께끼를 푸는 실마리가 되며, 우리 은하와 우주에 얼음 상태로 존재하는 물과 이산화탄소 등의 분포 지도를 작성하여 지구와 같이 생명체가 존재할 수 있는 행성계 탐사 연구에 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.

SPHEREx는 2016년 천문연이 Caltech과의 국제공동연구 기획을 바탕으로, 국제연구팀 공동으로 NASA에 개발을 제안하면서 시작됐다. NASA는 2019년 2월 동 제안서를 선정하고, 2020년 10월 예비설계 결과를 평가하여 2021년 1월 6일(한국 현지 기준) 최종 승인을 발표했으며, 이에 따라 SPHEREx가 본격적인 제작에 착수하게 됐다. 제작 완료된 SPHEREx는 2024년 태양동기궤도로 발사돼 약 2년 6개월 동안 4회 이상의 전천 분광 탐사 임무를 수행할 예정이다.

한국 측 연구책임자인 천문연 정웅섭 박사는 “과거 차세대 소형위성 1호 과학탑재체인 NISS의 독자 개발 경험이 밑거름되어 SPHEREx 공동개발에 유일한 국제 연구기관으로 참여할 수 있게 됐다”라며, “이번 공동개발을 통해 연구진이 세계 최고 수준의 우주망원경 개발에 대한 자신감을 얻었다”라고 말했다.