제임스 웹과 허블이 잡아낸 DART와 소행성의 충돌

[JWST 발사부터 현재까지] 같은 천체의 최초 동시 관측 사례

DART(Double Asteroid Redirection Test; 이중 소행성 방향 전환 테스트) 임무는 지구에 충돌할 가능성이 있는 잠재적인 소행성 그리고 혜성의 위험으로부터 지구를 보호하기 위한 기술을 테스트하는 임무이다. 이번 DART 임무에서는 알려진 소행성 중 지구에 위협이 되지 않는 소행성의 움직임을 약간 변경시키는 계획으로 구성되어 있다.

한국 시각으로 2022년 9월 27일 오전 8시 14분(GMT 기준 2022년 9월 26일 23시 14분), DART 탐사선이 10개월간의 긴 여정 끝에 목표했던 디모르포스(Dimorphos) 소행성에 시속 22,530km의 속도로 정확히 충돌했다. 이는 인류가 움직이는 작은 천체도 정확히 조준할 수 있다는 점을 암시하며, 그동안 방법이 없다고 여겼던 우주 재해가 더이상 극복 불가능하지 않다는 점을 보여주고 있다. (관련 기사 바로 보러 가기 – “소행성의 위협으로부터 지구를 지켜라, DART 미션”)

 

DART미션, 앞으로의 계획은?

이들의 보다 장기적인 계획은 다음 행성 방어 임무인 NEO(Near-Earth Object) Surveyor 등으로 이어진다. 이번 DART 임무에서의 세세한 목표들이 엄청난 정확도와 함께 대부분 충족된 상황에서 다음 임무가 매우 기대되는 상황이다. DART의 충돌 후 약 4년 후에는 유럽 우주국(ESA)의 Hera 프로젝트가 DART의 충돌로 인해 남겨진 분화구와 질량 등에 대한 정확한 측정 등을 수행하며 소행성에 관한 자세한 연구를 수행할 전망이다.

유럽 우주국(ESA)의 Hera 프로젝트는 DART의 충돌로 인해 남겨진 분화구와 질량 등에 대한 정확한 측정 등을 수행하며 소행성에 관한 자세한 연구를 수행할 전망이다. ⓒ Hera/ESA

보다 단기적인 계획으로, 앞으로 최소 몇 주 동안은 DART와 소행성의 충돌로 인한 분출물에 관한 연구를 진행할 예정이다. 특히, 디모르포스 표면의 특성을 비롯하여 얼마나 많은 물질이 분출되었는지, 얼마나 빨리 분출되었는지, 그리고 충돌로 인해서 생성된 먼지 구름의 입자 크기 분포 등에 관한 정보를 얻을 예정이다. DART 임무의 최종 목표인 소행성의 성공적인 궤도 변경 확인을 위하여 소행성의 궤도 변화 역시 정확히 측정할 예정이다.

 

제임스 웹, 허블과 동시에 충돌 및 충돌 이후를 관측하다

DART 탐사선이 소행성 디모르포스에 충돌하기 전부터 지상의 여러 망원경과 현재 가동 중인 우주망원경들은 이를 관측하기 시작했다.

제임스 웹, 허블과 동시에 충돌 및 충돌 이후를 동시에 관측하다. ⓒ Joseph DePasquale(STScI), Alyssa Pagan(STScI), Jian-Yang Li(PSI), Cristina Thomas(Northern Arizona University), Ian Wong(NASA-GSFC), NASA, ESA, CSA

위 사진은 허블 우주망원경(왼쪽)과 제임스 웹 우주망원경(오른쪽)이 촬영한 DART 탐사선의 소행성 충돌 후 대략 4시간 정도가 지난 디디모스-디모르포스(Didymos-Dimorphos) 소행성 시스템의 모습을 보여주고 있다. 흥미로운 점은 위 사진이 처음으로 제임스 웹 우주망원경과 허블 우주망원경이 같은 천체를 동시에 관측한 사진이라는 점이다. 같은 천체를 시간차를 두고 관측하며 서로의 관측을 비교한 관측은 많았지만, 한 천체를 동시에 관측한 것은 처음이다. (고해상도 사진 보러 가기)

오른쪽 상단에는 DART 우주선의 충돌 방향을 나타내는 화살표가 보인다. 화살표의 방향 중 충돌 방향은 5시 방향이며 이때 우리 태양은 8시 방향에 위치해있다. 오른쪽 하단에는 하늘에서 바라보는 위 사진의 방향을 나타내는 나침반이 보인다.(북쪽은 2시 방향 동쪽은 10시 방향, 아래 방향에서 볼 때는 화살표가 반전되어야 함) 또한, 각 이미지의 왼쪽 상단 모서리에는 이미지 촬영에 사용된 필터가 보인다. 허블 우주망원경의 경우 WFC3/UVIS F350LP 필터(파란색)이며, 제임스 웹 우주망원경의 경우 F070W 필터(빨간색, 0.7 마이크로미터 파장)가 사용되었다.

왼쪽 사진은 허블 우주망원경이 촬영한 사진인데 하얀 점으로 보이는 디디모스-디모르포스 소행성 시스템 주위로 밝은 안개와 함께 바깥쪽으로 뻗어 있는 5개의 회절 스파이크가 함께 보인다. 반면, 오른쪽 사진은 제임스 웹 우주망원경이 촬영한 사진으로 디디모스-디모르포스 시스템 주변에서 뻗어 나온 8개의 회절 스파이크가 보인다. 바깥쪽으로 소행성을 둘러싸고 있는 가시 덩굴손(tendrils) 같은 연무도 보인다.

제임스 웹 우주망원경과 허블 우주망원경은 충돌 발생 전에도 소행성을 관측했으므로 두 전후 사진을 비교하며 얼마나 많은 물질이 얼마나 빨리 분출되었는지 연구할 수 있게 된다. 또한, 충돌로 인해서 생기는 입자들의 분포도도 천문학자들에게는 큰 관심거리이다.

 

허블 우주망원경과 제임스 웹 우주망원경, 소행성 변화를 시차를 두고 자세히 관측하다

허블 우주망원경은 DART 탐사선이 의도적으로 디모르포스에 충돌한 후 22분, 5시간, 8.2시간(대략 8시간 12분) 후 자세한 촬영을 진행했다. 특히, 디모르포스 소행성 몸체에서 팽창하는 분출 기둥이 자세히 촬영되었다.

허블 우주망원경은 소행성 변화를 시차를 두고 자세히 관측했다. ⓒ Alyssa Pagan(STScI), Jian-Yang Li(PSI), NASA, ESA, CSA

소행성의 왼쪽에 부채꼴 모양의 분출물 스파이크가 나타나는 이유는 DART가 접근하여 충돌한 방향이기 때문이다. 허블 팀의 천문학자들은 충돌 후 디디모스 시스템의 밝기가 3배 정도 증가하였다고 예측했다. 특히, 충격 후 8시간 동안 어떤 천문학적인 과정을 통해서 밝기가 안정적으로 유지 되었는지는 매우 흥미로운 연구 대상이다. 허블 팀은 분출구름이 시간이 지남에 따라 어떻게 팽창하고 사라지는지 모니터링하기 위해 앞으로 최소 3주 동안 디모르포스 소행성을 10번 이상 관측할 예정이다. (고해상도 사진 보러 가기) (충돌 후 8시간 애니메이션 보러 가기)

충돌 후 5시간 동안의 디모르포스 소행성 모습, 제임스 웹은 앞으로 몇 달 동안 디모르포스의 분출물을 꾸준히 관측할 예정이다. ⓒ Joseph DePasquale(STScI), Cristina Thomas(Northern Arizona University), Ian Wong(NASA-GSFC), NASA, ESA, CSA

제임스 웹 우주망원경은 반면 DART 탐사선이 의도적으로 디모르포스에 충돌한 후 5시간동안 자세한 촬영을 진행했다. 제임스 웹 역시 디모르포스 소행성 몸체에서 팽창하는 분출 기둥을 자세히 촬영했으며, 앞으로 몇 달 동안 제임스 웹 팀 역시 중적외선 기기(MIRI)와 근적외선 분광기(NIRSpec)를 이용하여 디모르포스의 분출물을 꾸준히 관측할 예정이다. 이를 통해서 소행성이 어떤 물질들로 구성되어있는지 등에 관한 세부적인 천문학적 지식을 얻을 수 있으리라 기대된다. (제임스 웹의 고해상도 사진 보러 가기) (충돌 후 5시간 애니메이션 보러 가기)

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