4월 8일, 북미 대륙을 가로지르는 개기일식 진행

- 태양의 비밀 밝히기 위해 개기일식 원정 관측단 총 출동

- 천문연-NASA, 국제우주정거장 코로나그래프 발사 전 최종 점검

■ 4월 8일(현지시각, 한국시각 9일) 멕시코, 미국을 지나 캐나다 동부를 가로지르는 개기일식이 진행된다. 달의 본 그림자가 지나가는 지역은 최대 4분 30초에 이르는 시간 동안 개기일식의 암흑을 경험할 수 있다.

■ 일식이란 달이 지구와 태양 사이를 지나면서 태양을 가리는 현상으로 태양의 전체를 가리면 개기일식이다. 이번 일식은 국내에서는 관측할 수 없다. 텍사스주 람파사스시(Lampasas, Texas) 기준으로는 8일 12시 18분부터 14시 58분까지 2시간 40분간 진행되며 태양이 완전히 가리는 개기식 기간은 4분 26초이다.

※ 이번 일식은 여러 시간대(Time Zone)를 가지고 있는 북미 대륙을 가로질러 진행되기 때문에 특정 지역의 시각을 기준으로 할 수 없다. 천문연은 NASA와 공동으로 관측단을 파견한 텍사스주 람파사스시 중심으로 기준을 정했다.

■ 개기일식은 지상에서 태양 코로나*를 연구할 수 있는 유일한 기회다. 평소 태양의 밝은 광구 때문에 관측이 불가능한 대기층을 선명하게 볼 수 있기 때문이다.

※ 태양 코로나: 태양 대기의 가장 바깥 영역

■ 태양 연구에서 가장 대표적인 난제는 코로나 온도 가열과 태양풍 가속의 원리이다. 태양은 중심에서 바깥쪽으로 나아갈수록 온도가 낮아지지만 바깥 대기 부분인 코로나에서는 오히려 수백만 도까지 가열된다. 또한 태양 표면에서 초속 수십 km 정도의 태양풍이 코로나를 지나 지구 근처에서는 초속 수백 km로 가속된다.

■ 이런 태양의 비밀을 밝히기 위해 한국천문연구원(이하 천문연)은 이번 일식 때 텍사스주 람파사스시(Lampasas)와 리키시(Leakey)에 두 팀의 관측단을 파견해, 개기일식 때 관측이 가능한 태양의 바깥 대기 부분인 코로나를 연구하고, NASA와 공동으로 개발한 국제우주정거장용 코로나그래프*(이하 CODEX, Coronal Diagnositc Experiment)의 핵심 연구를 위한 마지막 지상 관측을 수행할 예정이다.

※ 코로나그래프 : 인공적으로 태양 원반을 가려 개기일식처럼 관측할 수 있는 특수한 망원경 장치

■ 두 관측단은 올해 9월 발사를 앞둔 CODEX의 핵심 기술인 편광카메라와 새로운 편분광장비를 활용해 태양반경의 1배에서 4배에 이르는 지역인 낮은 코로나 영역의 관측을 시도한다. 기상 악화에 따른 관측 실패 위험을 줄이기 위해 약 200km 떨어진 두 곳에서 관측을 진행한다.

■ 첫 번째 관측단인 천문연-NASA 개기일식 관측단은 천문연에서 개발한 우주용 편광카메라와 편광기능이 없는 카메라를 함께 사용한다. 기존 개기일식 관측을 통해 얻어진 코로나의 온도와 속도 정보는 모두 비편광관측을 통해 이루어졌다. 편광관측을 통해 더욱 정확한 CODEX 관측자료의 분석과 해석에 활용할 예정이다.

? 천문연의 두 번째 관측단은 텍사스주 리키시에서 새로운 편분광 관측장비(코로나영역적분편분광기(CORIFS), 태양코로나멀티슬릿편분광기(SOMSPECT))를 사용해 전자와 이온의 온도와 속도, 먼지의 편광정보를 측정한다. 이 결과는 CODEX가 9월 국제우주정거장에서 관측할 중간 코로나 영역인 태양반경의 3~8배 영역의 관측 결과에 상호보완적인 연구자료로 활용될 예정이다.

그림 1. (우) 우주공간에서의 열진공환경에 대비한 시험을 위해 대형 챔버에 장착된 CODEX의 모습. (좌) 국제우주정거장에서 CODEX 탑재 위치

■ CODEX는 천문연이 NASA와 공동으로 개발해 세계 최초로 우주 공간에서 태양 코로나의 온도와 속도를 동시에 관측해 2차원 영상으로 구현할 수 있도록 고안된 코로나그래프다. 현재 CODEX는 최종 조립 단계에 있으며, 올해 9월 발사 후 최대 2년간 국제우주정거장에서 운영될 예정이다.

■ CODEX 한국측 개발 책임자인 천문연 김연한 박사는 “이번에 NASA와 공동으로 개발한 CODEX는 태양 연구의 난제로 꼽히는 코로나 가열과 태양풍 가속 비밀의 실마리를 푸는 데 큰 기여를 할 것”이라며 “개기일식 동안 새로운 관측기법과 새로운 관측기를 시험하는 것은 우주에 관측기를 올리기 전에 시험하는 필수 과정이며, 우리나라에 우주항공청이 설립돼 본격적으로 우주탐사를 대비하는 데 있어 과학 기술적 의미가 크다”고 밝혔다.

■ 천문연-NASA 개기일식 관측단의 천문연 조경석 박사는 “이번 개기일식에서 코로나의 편광 특성 관측은 향후 CODEX 관측자료 해석에 신뢰도를 높이고 태양코로나의 편광 특성에 대한 지식을 확보한다는 측면에서 의미가 있다.”고 밝혔으며, 천문연 최성환 박사는 “이번 관측에는 천문연에서 개발한 세계 최초의 우주용 편광카메라와 자동관측 소프트웨어를 이용하여 짧은 개기일식 진행 동안 최대한 많은 편광 영상을 획득하게 된다”고 말했다.

■ 새로운 편분광 관측을 시도하는 관측단을 이끄는 천문연 양희수 박사는 “이번 개기일식에서 두 대의 편분광 관측장비를 이용한 관측은 지금까지 수십년 간 한국 개기일식 원정관측단이 수행한 코로나 연구의 새로운 이정표가 될 시도로 새로운 연구 주제를 발굴하고 새로운 기술을 시험하는 계기가 될 것”이라고 말했다. (보도자료 끝. 참고자료 있음.)

[참고 1] 그림 및 참고 영상

그림 2. 2017년 천문연 개기일식 관측단이 미국에서 촬영한 개기일식과 코로나. (올해 개기일식 사진은 한국시각으로 4월 9일 오후 5시 이후 추가 배포 예정)

영상 1. 2017년 천문연 개기일식 관측단이 미국 와이오밍에서 촬영한 개기일식 영상(촬영자: 한국천문연구원 박영득 책임연구원(현 한국천문연구원 원장))

다운로드 링크: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLoJHrjBWuMO_cE~.mp4

영상 2. 2017년 제26회 천체사진공모전 동영상 부분 수상작(촬영자: 오준호, 제목 Eclipse)

다운로드 링크: http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLoJHrnHWu4P-MA~.mp4

그림 3. 2024년 북미를 가로지르는 개기일식 관측 가능한 지역(출처: NASA)

그림 4. 개기일식의 원리

개기일식이란 달이 태양을 가려 태양 전체가 보이지 않는 현상을 말한다. 일식은 지구가 태양을 공전하고, 달이 지구를 공전하기 때문에 발생하는 현상으로, 지구-달-태양이 일직선으로 놓일 때 발생한다. 태양의 지름은 달의 지름보다 약 400배 크지만 달보다 약 400배 멀리 떨어져 있어, 달과 태양의 겉보기 시직경이 비슷하게 보여 개기일식이 나타난다. 개기일식은 지구의 공전궤도면과 달의 공전궤도면은 약 5도 정도 기울어져 있어 매 합삭(달이 지구와 태양 사이에 오는 시점)때마다 발생하지는 않는다. 보통 4년에 3번 비율로 발생하며 식이 일어나는 지역이 한정되므로 지구상에서 개기일식 현상을 관측하기는 쉽지 않다.

그림 5. 코로나그래프 개발 NASA 현장 사진

영상 3. 코로나그래프 개발 NASA 현장 동영상 및 인터뷰 링크:

http://210.110.233.66:8081/api.link/3d_baLoJHrnFWuQJ9sM~.mp4

(1) Dr. Jeffrey Newmark (CODEX 연구책임자, NASA/GSFC)

(2) 백지혜 박사 (Ground SW 개발 담당, 한국천문연구원)

(3) Jim Lanzi (포인팅시스템 SW 개발 담당, NASA/WFF)

[참고 2] 태양 연구의 목적과 관측단의 목적

- 태양풍 가속

태양에서는 끊임없이 흘러나오는 플라즈마의 흐름이 있는데 이를 태양풍이라 부른다. 태양풍은 태양에서 나와 태양권 전체로 퍼져 나가고 지구 주변의 우주환경에도 영향을 끼친다. 그런데 태양 표면 근처에는 초속 수십 km 정도로 빠져나오는 태양풍이 코로나를 지나 지구 근처에서는 초속 수백 km로 관측된다. 아직 왜 태양풍이 코로나를 지나면서 점점 빨라지는지는 명확히 알려지지 않았다.

- 코로나 온도 가열 메커니즘

코로나는 태양대기의 가장 바깥층을 구성하고 있는 부분이다. 태양 표면 온도는 대략 6,000도인 반면, 코로나의 온도는 약 100만에서 500만도다. 물리 법칙에 따르면 열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하기 때문에 태양 표면이 그 대기인 코로나보다 더 뜨거워야 한다. 그러나 아직까지 왜 코로나가 태양 광구보다 뜨거운지 명확한 원인이 밝혀지지 않았다. 개기일식과 코로나그래프로 관측되는 코로나의 연구를 통해 밝혀질 것으로 기대한다. 코로나에서 가속된 전자는 지구 주변 환경에 직접적인 영향을 미치기도 한다.

- 천문연 개기일식 원정관측단의 목적

천문연은 올해 NASA와 함께 개발한 코로나그래프 CODEX를 하반기 국제우주정거장에 설치할 예정이다. CODEX는 태양반경 3~8배 영역의 태양 코로나에 대한 필터 관측을 통해 전자의 온도와 속도를 측정한다. 이번 개기일식 관측은 CODEX 팀과 함께 지상에서의 개기일식을 통한 코로나의 편광정보에 대한 기본 지식을 증진시키고 우주에서의 CODEX 자료해석을 위한 기초자료를 확보하는 것을 목표로 한다. 또한 코로나그래프로 측정이 어려운 1~4 태양 반경 위치에서 아직까지 코로나 관측에 사용된 적 없는 영역적분분광기술(CORIFS)과 멀티슬릿 분광기술(SOMSPECT)로 코로나를 구성하고 있는 전자(K-코로나)와 고에너지 이온(E-코로나)의 온도 및 분포, 먼지(F-코로나)의 분포를 이해하고자 한다. 영역적분분광기술은 이번 코로나 관측으로 실효성을 검증한 뒤 벌룬이나 큐브셋과 같은 소형 플랫폼을 통해 우주급 장비 개발에 활용될 예정이다. 멀티슬릿 분광기술은 이번 개기일식 기기 개발을 통해 개발 가능성을 검증해 천문연에서 개발 및 운영하고 있는 미국 빅베어 태양천문대의 고속영상태양분광기의 속도를 높이는 데 활용될 예정이다.

그림 6. (좌)천문연에서 시험 관측 중인 태양코로나멀티슬릿편분광기(SOMSPECT), (우) 코로나영역적분편분광기(CORIFS)