TESS 8주년: 전 세계 망원경의 눈이 된 3억 3,700만 달러 규모의 행성 탐사선

13.7일마다 표준형 주방 냉장고 크기의 우주선 한 대가 지구에 근접하여 20기가비트 분량의 원시 원격 측정 데이터를 심우주 네트워크(Deep Space Network)로 전송합니다. 2주마다 이루어지는 이 데이터 전송에는 고해상도 사진은 포함되어 있지 않습니다. 이 데이터는 거의 전적으로 가장 가까운 이웃 항성들을 추적하는 밝기 측정값의 끝없는 나열인 광도 곡선(light curve)으로 구성됩니다.

8년 동안, 행성 통과 외계행성 탐사 위성(TESS)은 바로 이 일과를 수행해 왔습니다. 3억 3,700만 달러라는 엄격한 예산 내에서 제작된 이 임무는 결코 주연이 될 목적이 아니었습니다. 대신 TESS는 전략적 정찰 메커니즘으로 작동하며, 유럽의 지원이 대거 투입된 제임스 웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)과 같은 주력 관측소들이 대기 중의 물이나 메탄을 탐색하는 데 필요한 정확한 좌표를 제공합니다.

P/2 궤도 트릭

2018년, 유도 및 항법 장치 결함 문제를 해결하기 위해 이틀간 발사가 지연된 끝에 SpaceX Falcon 9에 실려 발사된 TESS는 일반적인 원형 궤도에 진입하지 않았습니다. 추진제 예비량을 소모하지 않으면서 심우주에 대한 방해받지 않는 시야를 유지하기 위해, 엔지니어들은 이 위성을 "P/2" 궤도에 배치했습니다.

이 고도로 타원형인 궤도는 위성을 달과 2:1 공명 상태로 만듭니다. 달이 지구를 한 번 공전하는 동안 TESS는 지구를 정확히 두 번 공전합니다. 달의 중력은 사실상 수십 년 동안 우주선의 경로를 고정하며, 값비싼 화학적 경로 수정 과정을 궤도 역학으로 대체합니다. 이러한 특정 기하학적 구조가 우주선에 사용된 것은 이번이 처음이었습니다.

이 안정적인 관측 지점에서 MIT 링컨 연구소(MIT Lincoln Laboratory)가 개발한 4대의 맞춤형 광시야 카메라는 하늘을 훑습니다. 이 카메라들은 항성 밝기가 단 0.1%만 감소해도 감지하도록 보정되어 있습니다. 그 미세한 밝기 감소가 바로 행성이 모항성 앞을 지나갈 때 나타나는 유일한 흔적입니다.

외계행성을 위한 공급망

TESS는 우주 기관이 행성 데이터를 확보하는 방식의 구조적 변화를 상징합니다. 전임자인 케플러(Kepler) 망원경은 외계행성이 통계적으로 흔하다는 것을 증명하기 위해 수년간 좁은 시야를 응시했습니다. TESS는 전체를 스캔하도록 제작되었으며, 가장 가깝고 밝은 항성계에만 집중합니다.

이 프로젝트의 생존은 NASA 고다드(NASA Goddard)의 제프 볼로신(Jeff Volosin)이 하드웨어를 "탐사선급(Explorer-class)" 예산 상한선 내에서 엄격하게 유지한 덕분이었습니다. 3억 3,700만 달러라는 비용은 이 위성이 지원하는 주력 망원경 비용의 일부에 불과합니다. 임무 부과학 책임자인 MIT의 사라 시거(Sara Seager)는 TESS를 이러한 의존성을 중심으로 완전히 배치했습니다. 이는 고성능 분광 분석이 수행되기 전 반드시 거쳐야 하는 필수적인 사전 단계입니다.

오늘날 유럽의 천체물리학 연구소들은 13.7일마다 쏟아지는 데이터 덤프를 분석하여 ESA의 차세대 PLATO 및 Ariel 임무를 위한 관측 일정을 계획합니다. 행성 특성 규명이라는 힘든 작업은 결국 수십억 유로 규모의 이 플랫폼들이 맡게 되겠지만, 그 일정은 예산 제한을 받는 정찰 위성이 찾아낸 좌표에 의해 결정됩니다.

유럽과 미국은 거대한 망원경을 만들었습니다. 그들은 단지 달 공명 궤도에 있는 '냉장고'가 어디를 향해야 할지 알려주기를 기다릴 뿐입니다.

출처

• 매사추세츠 공과대학교(MIT)
• NASA 고다드 우주 비행 센터
• MIT 링컨 연구소