천문학자들은 가장 오래된 도구 중 하나인 망원경의 거울을 재고하고 있습니다.
Rensselaer Polytechnic Institute의 Heidi Newberg 박사가 이끄는 새로운 연구는 차세대 우주 망원경을 위한 독특하지만 매우 효율적인 디자인을 제안합니다. 즉, 전통적인 원형 거울이 아닌 길고 좁은 직사각형 거울입니다. 그들의 연구는 Frontiers in Astronomy and Space Sciences에 9월 1일에 게재되었습니다. , 이러한 형태의 변화로 인해 근처 별 주변의 거주 가능한 지구형 행성을 탐지하는 것이 더 저렴할 뿐만 아니라 훨씬 더 쉬워질 수 있음을 시사합니다.
뉴버그는 논문과 함께 제공되는 사설에서 “우리는 제임스 웹 우주 망원경과 거의 같은 크기의 망원경을 사용하여 태양과 같은 별을 공전하는 근처의 지구와 같은 행성을 찾는 것이 가능하다는 것을 보여줍니다. 직경 6.5미터의 원 대신 1x20미터의 직사각형 거울을 사용합니다.”
외계행성 이미징 챌린지
또 다른 지구를 찾는 것은 현대 천문학의 성배입니다. NASA의 다가오는 Habitable Worlds Observatory (HWO)는 해당 임무를 위해 특별히 설계되었습니다. 하지만 수십 광년 떨어진 별 주위를 공전하는 지구 크기의 행성을 보는 것은 전국 각지의 램프 옆에 있는 반딧불이를 찾으려는 것과 같습니다.
주요 과제는 각도 분해능, 즉 가까운 두 물체를 구별하는 능력입니다. 이 경우에는 희미한 행성과 그 행성의 압도적으로 밝은 호스트 별이 있습니다. 수증기와 산소를 탐지하는 데 최적인 적외선 파장에서는 NASA의 100억 달러 규모 JWST(제임스 웹 우주 망원경)조차 부족합니다. 30광년 거리에 있는 지구와 같은 행성을 확인하려면 과학자들은 너비가 약 20미터인 거울이 필요할 것으로 추정합니다.
이는 JWST 직경의 3배입니다. 그리고 이렇게 거대한 원형 거울을 만들어 우주로 발사하는 것은 현재로선 불가능한 일입니다.
긴 거울의 장점
원형 거울을 확대하는 대신 Newberg와 그녀의 팀은 이를 늘릴 것을 제안합니다. 그들은 길이 20미터, 너비 1미터에 불과한 거울을 디자인했습니다. 이 슬림하고 종횡비가 높은 직사각형은 빛을 한 방향으로 더 좁게 집중시켜 전체 20미터 원형 거울의 비용과 복잡성을 늘리지 않고도 행성과 별을 분리하는 데 필요한 각도 분해능을 제공합니다.
해당 파장에서 작동하는 직사각형 거울은 JWST의 감도와 일치하지만 분해능에서는 JWST를 능가합니다. 모두 수집 영역이 약간 더 작음 JWST보다.
문제가 있습니다:거울의 방향이 중요합니다. 가장 선명한 해상도는 장축을 따라 있기 때문에 망원경은 별 주위의 다른 위치에 있는 행성을 이미지화하기 위해 회전해야 합니다. 그러나 연구자들은 직각으로 촬영한 단 두 번의 노출만으로도 대부분의 외계 행성을 발견하기에 충분할 것이라고 주장합니다.
더 적은 미러, 더 많은 성능
직사각형 디자인은 잠재적으로 어떤 주요 대안보다 더 효율적입니다. 10파섹(약 32.6광년) 이내의 별계 시뮬레이션에서 팀은 망원경이 별당 단 10일의 노출만으로 거주 가능 구역에서 지구와 유사한 행성 27개를 탐지할 수 있다는 사실을 발견했습니다.
Space.com에 따르면 Newberg는 "평균적인 태양과 같은 별 주위를 도는 지구와 같은 행성이 하나 정도 있다면"이라고 말했습니다. , “그러면 약 30개의 유망한 행성을 찾을 수 있을 것입니다.”
그들의 계산은 MIRI(중적외선 장비)와 별빛을 차단할 수 있는 코로나그래프와 같이 JWST를 위해 이미 개발된 간단한 장비를 가정합니다. 획기적인 신기술이 필요하지 않습니다. 냉각 시스템과 미러 배포도 JWST의 청사진을 차용할 수 있습니다.
그리고 그 디자인은 문자 그대로 오늘날의 로켓 성능에 적합할 것입니다. 직사각형 거울 시스템의 접힌 버전은 팔콘 헤비(Falcon Heavy)에 탑승할 수 있습니다.
생명을 감지할 수 있을까요?
물이 풍부한 외계 행성의 AI 묘사. 지구 크기의 행성을 식별하는 것은 첫 번째 단계에 불과합니다. 진짜 보상은 대기에서 생명의 흔적을 발견하는 것입니다. 그리고 여기에서도 직사각형 망원경이 빛난다.
연구에서는 발견 후 후속 관찰을 통해 1년에 걸쳐 약 12개 행성에서 대기 산소의 대용이자 잠재적 광합성의 역할을 하는 오존을 감지할 수 있을 것으로 추정합니다. 3.5년이라는 약간 더 긴 임무를 수행하면 거주 가능 세계 관측소(Habitable Worlds Observatory)의 주요 목표인 거주 가능한 외계 행성 25개를 탐지하고 특성화하는 목표를 달성할 수 있습니다.
Newberg는 "우리 디자인의 기능이 보장되기 전에 추가 엔지니어링과 최적화가 필요하지만 다른 주요 아이디어의 경우처럼 집중적인 기술 개발이 필요한 명확한 요구 사항은 없습니다."라고 썼습니다.
여기에는 여러 우주선의 빛을 나노미터 정밀도로 결합하는 복잡한 기술인 간섭계가 포함됩니다. 또한 팀은 더 큰 회절 한계로 인해 외계 행성을 확인할 수 없는 유사한 영역의 원형 망원경을 능가합니다. 동일한 수집 영역을 가진 정사각형 망원경은 시뮬레이션에서 지구와 유사한 행성의 5%만 감지할 수 있었습니다.
지금 이것이 중요한 이유
거주 가능한 외계 행성에 대한 검색은 국립 아카데미의 천문학 및 천체 물리학에 대한 10년 조사의 최우선 순위 중 하나입니다. 그리고 JWST 및 Vera C. Rubin 천문대와 같은 망원경이 이미 우주에 대한 우리의 관점에 혁명을 일으키고 있는 상황에서 천문학계는 다음 주력 임무가 어떤 모습이어야 하는지 적극적으로 토론하고 있습니다.
LUVOIR 및 HabEx를 포함하여 테이블에 있는 대부분의 개념에는 초정밀 간섭계 또는 대규모 다중 거울 배포와 같은 대규모 엔지니어링 도약이나 가시 광선 및 UV 광선으로 제한된 좁은 기능이 필요합니다. 이와 대조적으로 직사각형 개념은 또 다른 지구를 촬영할 수 있는 상대적으로 기술 수준은 낮지만 수익성이 높은 경로를 제공합니다.
그리고 아마도 가장 중요한 것은 곧 만들 수 있는 도구를 사용하여 우주 주변의 생명체를 감지할 수 있습니까?라는 질문에 답한다는 것입니다.
대답은 '그렇다'인 것 같습니다. 모양만 달라지면 됩니다.
