韓·美 공동 태양망원경, 세계 첫 외부 코로나 온도·속도 측정 성공

한미 연구자가 공동개발한 태양 관측용 망원경 코로나그래프/사진=NASA

한국천문연구원(이하 천문연)과 미국항공우주국(NASA)의 첫 합작품인 태양 관측용 망원경 ‘코로나 그래프’가 외부 코로나 관측에 성공했다. 이를 통해 오는 2022년 국제우주정거장(ISS)에 탑재될 가능성을 높였다. 또 과학계 난제인 코로나 가열, 태양풍 가속 현상에 대한 실마리도 제공할 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 천문연-NASA 공동연구진이 지난 18일 오전 7시부터 8시간 동안 NASA 콜롬비아 과학 기구 발사장에서 축구 경기장 크기인 가로 약 140m의 대형 과학용 풍선기구에 태양 코로나그래프를 탑재해 약 40km 상공 성층권으로 띄우는데 성공했다고 밝혔다.


이를 통해 세계 최초로 외부 코로나(태양 표면으로부터 200~700만km) 지역의 온도·속도를 동시 관측하는데 성공했다. 실험기구 높이는 63빌딩보다 높은 216m였다.

애초 코로나그래프 프로젝트는 기상악화로 지난달 29일, 이달 4일 두 차례 연기되면서 공동연구진은 내년으로 넘어갈 가능성을 검토한 바 있다. 천문연 관계자는 “장기전에 대비하면서도 지속적으로 기상상황을 NASA와 관측·분석하며 코로나그래프를 띄울 준비를 해왔다”며 “운 좋게도 18일 약간의 바람이 불긴 했지만, 기상상태가 비교적 양호해 재시도한 것”이라고 설명했다.

코로나는 태양 대기 바깥층을 구성한 엷은 가스층이다. 온도는 100만~500만도에 달한다. 태양 표면온도(6000도) 보다 월등히 높지만 그 이유는 아직 밝혀지지 않았다.


코로나는 개기일식 때 지상에서 관측할 수 있다. 하지만 개기일식의 지속시간이 짧고 볼 수 있는 기회도 흔치 않다. 이 때문에 인공적으로 태양면의 강한 빛을 가리고 코로나를 관측할 수 밖에 없는데 이때 쓰는 특수 망원경이 코로나 그래프다. 원리가 개기일식과 같아 ‘인공 일식장치’라고도 불린다.

이번에 시험한 코로나그래프는 주로 자외선으로 이뤄진 400나노미터(10억분의 1m)파장 영역을 관측, 지금까지 관측되지 않은 외부 코로나의 온도·속도 등을 측정하는 등 다양한 물리량 정보를 얻었다. 연구진은 이번 관측 자료를 바탕으로 코로나 지역의 온도가 태양표면보다 높은 이유를 규명할 예정이다.

또 태양풍 모델 계산의 정밀도를 높이고, 태양 활동으로 발생하는 우주환경 예·경보를 고도화시킬 예정이다.

태양풍은 코로나에서 방출된 입자들이 초속 약 400㎞로 지구로 날아오는 현상을 말한다. 태양풍의 밀도와 속도가 증가하면 지구 자기장에 변화를 일으켜 정전이나 통신 장애 등 지상 전력·통신시스템에 장애가 발생할 수 있다. 천문연 김연한 책임연구원은 “코로나 그래프가 관측한 데이터를 활용, 태양풍 예측의 정확도와 신뢰도를 끌어올릴 수 있을 것”이라고 말했다.

고고동 성층권기구시험에 쓰인 과학용 기구/사진=과기정통부

이번 관측을 위해 천문연은 코로나그래프의 핵심 기술인 영상카메라, 제어시스템, 핵심 소프트웨어를 개발했다. NASA는 코로나그래프의 광학계, 태양추적장치를 개발하고 성층권 기구를 제공했다.

NASA측 책임자 나치무트 고팔스와미 박사는 “고고도 성층권 기구 시험은 태양으로부터 매우 가까운 곳에서 태양풍이 형성되는 상태의 속도와 온도를 원격으로 측정하는 새로운 방법“이라며 “이 장비는 ‘파커 태양 탐사선’ 등 기존의 관측연구와 협력해 더욱 정밀한 정보를 얻게 될 것”이라고 말했다.

천문연과 NASA는 향후 차세대 태양 코로나그래프를 개발, ISS에 설치·운용해 세계적 연구성과를 창출하고, 태양위험에 대한 실시간 한·미 공조체제를 구축하기 위한 발판을 마련할 계획이다.

한편, 천문연과 NASA는 지난 2016년 5월 태양물리 공동워킹그룹을 조직하고, 이듬해 부터 코로나 그래프 개발에 본격 착수했다. 2017년 8월에는 미국 대륙을 관통하는 개기일식 기간에 코로나 그래프의 핵심이론인 ‘온도·속도 동시 측정’ 기술을 지상에서 성공적으로 시험했다. 이번 고고도 성층권 기구 시험은 2단계 기술검증 시험이다. 우리나라는 코로나 그래프 개발 및 운용에 2021년까지 약 180억원을 투자할 계획이다.