1990년 4월 25일, 허블 우주 망원경 (Hubble Space Telescope, HST, 1990 ~ )이 디스커버리 우주왕복선에 실려 궤도에 안착
허블우주망원경 (Hubble Space Telescope, HST)은 1990년에 지구 저궤도로 발사된 우주망원경으로 현재도 가동 중이다. 허블은 최초의 우주망원경은 아닐지언정 가장 크고 가장 쓰임이 많은 우주망원경 중 하나이며, 천문학에서 없어서는 안 될 연구 도구이자 공공관계 구축에 도움을 주는 것으로도 유명하다. 허블의 명칭은 천문학자인 에드윈 허블의 이름에서 본뜬 것으로, 콤프턴 감마선 관찰위성, 찬드라 엑스선 관찰위성, 스피처우주망원경과 함께 NASA의 거대관찰위성 Great Observatories의 일원이다.
○ 허블우주망원경
.임무유형: 천문학
.COSPAR ID: 1990-037B
.SATCAT no.: 20580
.웹사이트: nasa.gov/hubble
hubblesite.org
spacetelescope.org
.임무기간: 1990년 4월 24일 UTC 12:33:51
– 우주선 제원
.제작사: 록히드 (우주선), 퍼킨엘머 (광학)
.발사중량: 11,100 kg
.크기: 13.2 m × 4.2 m
.출력: 2,800 와트
– 임무 개시
.발사일: 1990년 4월 24일 UTC 12:33:51
.발사체: 디스커버리 우주왕복선(STS-31)
.발사위치: 케네디우주센터 LC-39B
.궤도 진입일: 1990년 4월 25일
.최초 관측: 1990년 5월 20일
– 임무 종료
.추락일: 2030-2040년 (추정)
– 궤도요소
.기준계: 지심
.궤도유형: 지구 저궤도
.궤도장반경: 6,917.1 km
.궤도이심률: 0.000283
.근점 고도: 537.0 k
.원점 고도: 540.9 km
.공전주기: 95.42 분
.RAAN: 80.34˚
.근점편각: 64.90˚
.평균이상: 23.78˚
.평균운동: 15.09 RPD(일간 회전수)
.속도: 7.59 km/s
.역기점: 2018년 8월 15일 UTC 21:40:27
.공전횟수: 35,441
– 망원경 제원
.유형: 리치-크레티앙식 반사망원경
.구경: 2.4 m
.초점거리: 57.6 m
.초점비: f/24
.집광부: 4.525 m2
.파장: 근적외선, 가시광선, 자외선
– 관측장비
.장비 1: NICMOS / 특징: 근적외선 카메라 및 다중천체 분광카메라
.장비 2: ACS / 특징: 탐사용 고성능카메라
.장비 3: WFC3 / 특징: 광시야카메라 3
.장비 4: COS / 특징: 우주기원 분광카메라
.장비 5: STIS / 특징: 우주망원경 영상분광카메라
.장비 6: FGS / 특징: 정밀유도센서
2.4미터의 주거울을 갖춘 허블의 주요 장비 네가지는 근자외선, 가시광선, 근적외선 스펙트럼을 관찰한다. 허블의 궤도는 지구의 대기권의 방해를 피해 지상 망원경과 비교해서 배경광의 영향을 대폭 줄일 수 있으므로 해상도가 매우 높은 영상을 얻는데 적합하다. 허블은 역대 가장 상세한 가시광선 영상들을 촬영함으로써 먼 시공간의 모습을 제공하기도 하였다. 우주의 팽창속도를 정확하게 측정한 것처럼, 허블이 이룩한 수많은 관측은 곧 천체물리학 난제의 돌파구로 이어졌다.
허블은 미국항공우주국 NASA에서 유럽우주기구의 협력으로 건조되었다. 우주망원경과학연구소(STScI)는 허블의 관찰대상을 지정하여 관찰결과 자료를 처리하는 역할을 하고, 고다드우주비행센터는 우주선을 조작하는 역할을 한다.
우주망원경의 개념은 1923년이라는 이른 시기부터 등장했다. 허블은 1970년대에 투자 받아 1983년에 발사되기로 계획되었으나, 계획이 기술문제로 인한 지연과 예산 문제, 그리고 1986년 챌린저 참사로 난항을 겪는다. 1990년에 최종적으로 발사되었을 때, 허블의 주거울이 정확하지 않게 설치되어 망원경의 성능에 지장을 주었다. 1993년 정비 임무를 통해 원래 설계되었던 성능으로 광학적 수정이 이루어졌다.
허블은 우주비행사를 통해 우주에서 정비할 수 있도록 설계된 유일한 망원경이다. 1990년 우주왕복선디스커버리의 발사 후, 주요 장비 다섯가지를 포함하여 망원경의 수리, 업그레이드, 시스템 대체를 위한 5회의 우주왕복선 임무가 뒤를 이었다. 다섯번째 임무는 2003년의 컬럼비아 참사 이후 안정성 차원에서 취소되기도 하였다. 하지만 공적인 논의가 빠르게 이루어진 뒤, 마이크 그리핀 NASA 국장이 다섯번째 정비 임무를 승인하여 2009년에 완수된다. 망원경은 2018년 현재도 운용 중이며, 2030년-2040년까지 계속 운용될 것이다. 허블의 뒤를 잇는 제임스웹우주망원경 (JWST)은 2021년 3월에 발사될 예정이다.
○ 구상 및 설계와 목표
– 제안 및 선구자
헤르만 오베르트는 로버트 H. 고다드와 콘스탄틴 치올콥스키와 함께 현대 로켓공학의 아버지라 불린다. 그는 1923년에 망원경이 로켓을 통해 지구 궤도로 추진될 수 있는 방법에 대해 언급한 Die Rakete zu den Planetenräumen (“행성간 우주로의 로켓”)을 발표한다.
허블우주망원경의 역사는 1946년이라는 이른 시기, 천문학자 라이먼 스피처의 논문 “Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory” (지구외부 천문대의 천문학적 이점들)에서 시작된다. 스피처는 이 논문에서 우주 천문대가 지상 망원경을 압도하는 두가지 큰 이점을 주장했다. 첫째로 물체를 명확하게 구분할 수 있는 최소 길이인 각분해능이 별의 반짝임을 유발하는 대기의 난류와는 상관 없이 회절에 의해서만 제한된다. 2.5 m의 거울을 갖춘 망원경에 대해 이론적인 회절한계 분해능이 약 0.05 초인데 비하여, 당시 지상 망원경은 0.5-1.0 초의 분해능이 한계였다. 둘째로 우주망원경은 지구 대기에 강렬하게 감광되는 적외선과 자외선을 관찰할 수 있다.
스피처는 경력의 상당 시간을 우주망원경의 개발에 힘썼다. 1962년, 그는 미국국립과학회의 한 보고서에서 우주 프로그램의 일환으로 우주망원경의 개발을 추천하였고, 1965년에는 거대우주망원경에 대한 과학적 목표를 정하는 업무의 위원회장으로 위임했다.
우주 기반의 천문학은 제2차 세계대전 직후, 과학자들이 로켓공학에서 이루어진 기술발전을 응용하는 것으로부터 비롯된다. 최초의 태양 자외선 스펙트럼을 1946년에 얻고, 미국항공우주국 (NASA)이 1962년에 자외선, 엑스선, 감마선 스펙트럼을 얻기 위해 공전태양천문대 Orbiting Solar Observatory (OSO)를 쏘아 올린다. 영국이 에어리얼 우주 계획의 일환으로 공전태양망원경 Orbiting Solar Telescope을 1962년에 발사하고, 1966년에 NASA는 처음으로 공전천문대 Orbiting Astronomical Observatory (OAO)를 발사했지만 OAO-1의 축전지가 3일 뒤에 고장나면서 임무가 중단된다. 뒤이어 OAO-2는 1968년에 발사되어 본래 계획된 수명의 정확히 1년 뒤인 1972년까지 여러 별과 은하의 자외선 관측을 수행했다.
OSO와 OAO 임무는 우주망원경이 천문학에서 할 수 있는 중요한 역할을 입증해 보였다. 그 후 NASA는 1968년에 직경 3m 주경의 우주반사망원경의 확고한 건조 계획을 세웠다. 이 계획은 1979년 발사를 목표로 함과 동시에 임시로 대형공전망원경 Large Orbiting Telescope 또는 대형우주망원경 Large Space Telescope (LST)이라는 명칭으로 알려졌다. 이러한 계획들은 비용이 많이 쓰이는 계획의 기능 수명을 늘리기 위해 망원경에 대한 유인 정비 임무의 필요성을 강조하기도 했다. 동시에 착수된 재사용 가능한 우주왕복선의 개발 계획은 이 기술이 곧 실현 가능한 기술이 될 것임을 암시했다.
– 비용 요청
OAO 계획의 지속적인 성공으로 천문학계에서 LST가 주요 목표가 되어야 한다는 의견이 만장일치로 지지 받는다. 이를 위해 NASA는 1970년에 위원회 두 곳을 설립한다. 하나는 우주망원경 계획의 공학적인 부분을 계획하기 위한 곳이고, 다른 하나는 임무의 과학적 목표를 결정하는 곳이다. 위원회가 설립된 이후 NASA가 겪은 다음 문제는 기구의 개발 비용을 지원받는 것이었는데, 우주망원경 건조에는 그 어떤 지상망원경보다도 더 많은 비용이 필요했다. 미국 연방의회는 망원경 제작에 제시된 예산의 여러가지 면을 집요하게 캐물었고, 계획 단계에서 당시 망원경에 탑재될 기구와 장비를 상세하게 연구하는 것까지 포함하여 지출을 줄이도록 강요했다. 1974년에 연이은 재정지출 삭감으로 연방의회는 망원경 계획에 예산 분배를 전면 취소하였다.
이 때문에 미국 천문학자들 사이에서 전국적인 청원 활동이 이루어진다. 수많은 천문학자들이 하원의원과 상원의원을 직접 대면했고, 대규모 서면 운동이 열리기도 했다. 미국 국립과학회는 우주망원경의 필요성을 강조하는 보고서를 제출하기까지 했다. 결국 상원이 하원에서 승인했던 원래 예상비용의 절반을 승인하면서 끝을 맺는다.
재정지원 문제로 계획의 규모가 어느정도 축소되었기 때문에, 계획된 주거울의 직경은 3 m에서 2.4 m로 줄어든다. 그래서 개발은 망원경 장비의 비용을 절감하기 위해 더욱 작고 효율적인 배치가 가능한 방향으로 진행되며, 주요 위성에 쓰이는 시스템을 시험하기 위해 제안된 실험용 1.5 m 우주망원경의 계획이 취소된다. 그리고 비용 문제는 NASA와 유럽우주기구 (ESA)의 협력을 초래하기도 하였다. ESA는 제작 비용과 망원경에 설치될 1세대 기구 하나, 기구의 동력원이 되는 태양전지까지 제공하였다. 이외에도 미국으로 망원경을 제작할 전문 인력까지 파견했다. 대신에 망원경의 운용 시간의 최소 15%를 유럽 천문학자들이 이용할 수 있도록 보장하는 조건이 붙었다. 미국 국회는 최종적으로 1978년에 3,600만 미국 달러의 재정지원에 승인했으며, 1983년 발사를 목표로 LST의 설계가 본격적으로 시작된다. 망원경의 이름은 우주의 팽창을 발견함으로써 20세기의 가장 위대한 과학적 혁명 중 하나를 이룩했던 에드윈 허블의 이름을 따서 붙여진다.
– 건조
우주망원경 계획이 착수된 후, 계획에 필요한 업무는 여러 연구소에 분배된다. 마셜우주비행센터 (MSFC)는 망원경의 설계와 개발, 건조를 담당하였고, 고다드우주비행센터는 과학 기구의 전반적인 조작과 임무 수행을 위한 지상 제어 센터 역할을 담당했다. MSFC는 광학 회사 퍼킨엘머 Perkin-Elmer에 우주망원경의 광학망원경조립체 Optical Telescope Assembly (OTA) 및 정밀유도센서의 설계와 건조를 의뢰했다. 록히드는 망원경이 실릴 우주선을 건조하고 집약하는 업무를 의뢰받는다.
– 광학망원경조립체
허블우주망원경은 광학적으로 가장 큰 전문가용 망원경인 리치-크레티앙식 카세그레인 반사망원경이다. 두 개의 쌍곡면 오목거울을 갖춘 이 방식은 광시야 촬영에 뛰어난 성능을 자랑하지만, 동시에 거울을 제작하고 시험하기 어려운 형태를 가지고 있다는 단점도 있다. 망원경의 최종적인 성능을 결정하는 거울과 광학계는 까다로운 사양으로 설계되었다. 광학망원경은 일반적으로 가시광선 파장의 약 10분의 1의 정확도로 다듬어지는데, 이 우주망원경은 가시광선과 자외선(더 짧은 파장) 관측에 이용될 예정이었고, 우주 환경에서의 이점을 최대한 살리기 위해 회절 한계까지 고안해야 되었다. 따라서 허블의 거울은 10 나노미터 또는 적색 파장의 약 1/65의 정확도로 연마할 필요가 있었다. OTA는 적외선 같은 긴 파장에 대해서 최적의 탐지 성능을 염두에 두지 않고 설계되었다. 예를 들자면 거울은 열발생기를 통해 상온(약 15 ℃)을 유지하기 때문에 허블을 적외선 망원경으로 취급할 때 제약이 된다.
퍼킨엘머 Perkin-Elmer는 요구된 사양으로 거울을 다듬을 때 주문제작한 최신 컴퓨터 제어 방식의 연마기계를 사용하려고 했다. 그렇지만 PE의 첨단 기술이 난항을 겪으면서 NASA는 PE로 하여금 코닥Kodak에게 하도급을 주어 전통적인 거울연마 기법으로 예비 거울을 제작하도록 시킬 것을 요구했다(코닥과 아이텍 Itek은 본 거울 연마 작업의 도급 입찰을 경쟁하기도 했다. 이들의 도급은 두 회사에게 이런 문제를 야기하는 연마오차를 거의 정확하게 위해 서로의 작업을 이중 검증하도록 부추겼다). 코닥의 거울은 현재 미국립항공 우주박물관에 상시로 전시되어 있다. 상기한 노력의 일환으로 제작된 아이텍의 거울은 현재 맥달리나 리지 천문대의 2.4 m 망원경에 장착되어 있다.
퍼킨엘머의 작업은 1979년에 코닝이 초저팽창유리가 들어갈 블랭크를 만들기 시작하면서 착수되었다. 거울의 하중을 최소화하기 위해서 거울 상하부에 판이 설치되었는데, 각각 25 mm 두께의 벌집형 격자 구조로 되어 거울을 포갠다. 퍼킨엘머는 각자 크기가 다른 힘이 가해지는 130 개의 막대로 거울을 뒤에서 지지할 때 발생하는 미세중력을 모의실험 하였다. 거울이 최종적으로 배치될 때 거울의 형태를 정확하게 교정하여 요구사양에 맞추기 위함이었다. 거울의 연마는 1981년 5월까지 계속되었다. 당시 NASA에서 작성된 보고서들은 퍼킨엘머의 운영 구조와 연마가 예상 일정을 넘어서 예산을 초과하기 시작하는 것에 대해 문제를 제기했다. NASA는 비용을 절감하기 위해서 예비 거울 작업을 중단하고 망원경의 발사일을 1984년 10월로 미룬다. 거울은 1981년 말에 완성되었으며, 2,400 미국 갤런의 뜨거운 중성수를 이용해 세척된 뒤 65 nm 두께의 알루미늄 반사 코팅과 25 nm 두께의 불화마그네슘 보호 코팅이 입혀진다.
OTA의 다른 부분의 예산과 소요시간이 급격하게 늘어나자, 프로젝트에서 퍼킨엘머의 자질에 관한 의심이 계속해서 제기되었다. 이 “정해지지 않은 채 바뀌는 나날” unsettled and changing daily으로 표현되는 일정 때문에 NASA는 망원경의 발사일을 1985년 4월로 연기한다. 퍼킨엘머의 일정은 분기 당 대략 한 달의 비율로 연장되고 있었는데, 이것은 작업일 하루에 발사일이 하루 지연되는 것을 의미했다. NASA는 1986년 3월, 나중에는 9월까지 발사일을 연기하도록 압력을 받았다. 당시 계획의 총지출은 11억 7,500만 미국달러까지 늘어났다.
– 우주선 시스
망원경과 기구가 실릴 우주선체는 두 차례의 기술적 난항을 겪었다. 우주선은 지구를 공전하면서 낮과 밤이 자주 바뀌기 때문에 직사광선과 지구 암영에 의한 큰 온도 변화를 견뎌낼 수 있으면서 망원경이 극도로 정밀한 지향이 가능할 정도로 안정적이어야 했다. 망원경의 내부 온도를 유지하기 위해서 망원경과 기구가 자리잡는 가벼운 알루미늄 껍질을 다층 절연막이 둘러 에워싸고 있다. 껍질 내부에는 흑연-에폭시 골재가 있어 망원경의 작동 부품들이 정확히 정렬할 수 있도록 만든다. 흡습성인 흑연 성분 때문에 후일 망원경이 록히드의 청정실 clean room에서 우주의 진공으로 운반되는 동안 트러스에 수증기가 흡수되어 망원경의 기구가 얼음으로 뒤덮힐 위험도 있었다. 그런 위험을 줄이기 위해 우주로 망원경을 발사하기 전에 질소가스 퍼지 작업이 먼저 이루어졌다.
망원경과 기구가 실릴 우주선의 건조는 OTA의 건조에 비해서는 어느정도 원활하게 이루어졌지만, 록히드 역시 지출 문제와 일정 연기를 겪었다. 1985년 여름까지 우주선의 건조 비용은 예상 비용의 30%를 초과하였으며 일정은 기존일에서 3개월 뒤로 연기했다. MSFC의 한 보고서에 따르면 록히드가 자주적으로 건조를 하기보다 NASA의 지시에만 따르려 한다고 했다.
– 컴퓨터 시스템 및 데이터 처리
초기에 HST에 탑재된 두 대의 주요 컴퓨터로 세 대의 가외적(리던던트) CPU를 포함하고 있는 락웰 오토네틱스 회사의 1.25 MHz DF-224 시스템과 웨스팅하우스와 GSFC에서 개발한, 다이오드-트랜지스터 논리 (DTL)를 사용하는 두 대의 리던던트 NSSC-1 (NASA Standard Spacecraft Computer, Model 1) 시스템이 있다. 1993년 첫번째 정비 임무가 진행될 때 DF-224의 보조프로세서로 인텔기반 80386 프로세서와 80387 수치 보조프로세서의 리던던트 스트링 두 개가 포함된 보조프로세서가 추가되었다. DF-224와 시스템의 386 보조프로세서는 1999년 Servicing Mission 3A에서 25 MHz 인텔기반 80486 프로세서 시스템으로 교체된다.
과학 기구와 부품들 일부에도 자체에 마이크로프로세서 기반의 컨트롤 시스템이 내재되어 있다. MAT(Multiple Access Transponder)를 이루는 MAT-1과 MAT-2는 휴스 에어크래프트 CDP1802CD 마이크로프로세서를 사용한다. 광시야 및 행성용 카메라 (WFPC) 역시 RCA 1802(또는 아마도 구형의 1801) 마이크로프로세서를 사용했다. WFPC-1은 1993년 Servicing Mission 1에서 WFPC-2로 대체되며, 2009년 Servicing Mission 4에서 광시야카메라 3(WFC3)로 교체되었다.
– 초기 기구
발사 당시 허블우주망원경에 갖추어진 과학 기구 다섯대로는 광시야 및 행성용 카메라 Wide Field and Planetary Camera (WF/PC), 고다드 고해상도 분광카메라 Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), 고속광도계 High Speed Photometer (HSP), 암천체 분광카메라 Faint Object Spectrograph (FOS)가 있었다.
WF/PC는 주로 광학 관측용으로 고안된 고해상도 촬영 장비였다. NASA의 제트추진연구소에서 제작되었으며 특별한 천체물리학적 관심 대상의 선스펙트럼을 분리하기 위한 48개의 필터 세트로 이루어져 있다. 이 기구는 여덟개의 전하결합소자 (CCD)칩으로 이루어져 있으며, 각각 4개의 CCD를 사용하는 카메라 두 개로 나뉜다. 각 CCD는 0.64 메가픽셀의 해상도를 갖는다. “광시야 카메라” wide field camera (WFC)가 분해능을 희생하여 넓은 각범위의 영역을 담당한 반면, “행성용 카메라” planetary camera (PC)는 WF칩보다 더 길고 효율적인 초점길이로 사진을 촬영함으로써 훨씬 높은 배율을 제공한다.
GHRS는 자외선에서 기능하도록 고안된 분광카메라로, 고다드우주비행센터에서 제작되었고 90,000의 분광해상도를 얻을 수 있다. 또한 자외선 관측에 대해 최적화된 것으로 FOC와 FOS가 있다. 이들은 허블의 그 어떤 기구보다도 높은 공간분해가 가능하다. 이 장비들의 검출기에는 CCD가 아닌 광자계량 디지콘 photon-counting digicons이 쓰인다. FOC는 ESA에서 제작하였고, FOS는 캘리포니아 대학교, 샌디에이고 대학교와 마틴 마리에타 회사의 협력으로 제작하였다.
마지막 기구 HSP는 위스콘신-매디슨 대학교에서 설계-제작되어 변광성과 그 외 밝기가 가변하는 천체들의 가시광선과 자외선 관측에 최적화되어 있었다. 약 2% 또는 그 이상의 측광정밀도로 초당 100,000회의 측정을 해낼 수 있다.
허블우주망원경의 유도 체계 역시 과학 기구로 사용되었다. 평상시에 정밀유도센서 (FGS) 세 개가 관측할 때 망원경을 정밀하게 조준하기 위해 사용되지만, 0.0003 초 이하의 정밀도를 달성할 수 있기 때문에 극도로 정밀한 천체측지에 쓰이기도 했다.
– 지상 지원
우주망원경과학연구소 (STScI)는 망원경의 과학 임무와 천문학자들에게 자료를 전달하는 업무를 수행하는 기관으로, 대학천문연구협회 (AURA)에서 운영하며 물리적으로는 AURA 컨소시엄을 이루는 39개 대학과 일곱 국제 연구기관 중 하나인 메릴랜드 발티모어의 존스홉킨스대학 홈우드 캠퍼스에 위치해 있다. STScI는 NASA와 학계 사이에서 일어나는 알력다툼이 어느정도 커진 뒤인 1981년에 설립되었다. NASA는 관내에서 계속 그 역할을 수행하려 했지만 과학자들은 학술기관에서 운영하길 원했다. 유럽우주망원경조직기관 (ST-ECF)이 1984년 뮌헨 근교의 가르힝 바이 뮌헨에 설립되어 2011년에 유럽우주천문센터 European Space Astronomy Centre로 활동을 옮기기 전까지 유럽 천문학자들에게 STScI와 비슷한 도움을 주었다.
STScI에는 꽤나 복잡한 업무가 부여되어 있는데, 바로 망원경의 관측 일정을 조정하는 것이다. 허블은 정비 임무를 가능하게 하기 위해 지구 저궤도에 있다. 때문에 관찰 대상이 될 수많은 천체들이 각 공전주기 절반보다 약간 짧은 시간 동안 지구에 의해 가려진다. 망원경이 남대서양이상 South Atlantic Anomaly을 지날 때는 복사 준위가 상승하기 때문에 관측 활동이 불가능하다. 또한 태양(수성의 관측이 불가능한 원인)과 달, 지구의 주변에는 관측을 피해야 할 상당한 크기의 영역이 있다. OTA의 어떤 부분에도 태양광이 쬐이지 않도록 하기 위해서, 태양의 회피각은 약 50˚이다. 지구와 달을 회피하여 FGS에 밝은 빛이 들어오지 않게 하고, 여러 기구에 들어오는 산란광을 막는다. FGS의 작동이 중지된다면 지구와 달 역시 관찰 가능하다. 허블의 궤도면에 대해 대략 90˚영역은 연속관찰영역 (CVZ)이라 불리는데, 이곳은 오랜 기간 관찰 대상이 가려지지 않는 곳이다. CVZ의 위치는 궤도의 세차 때문에 8주의 주기로 느리게 움직인다. 지구의 테두리가 항상 CVZ 주변 약 30˚의 영역에 있기 때문에 CVZ의 관측시 지구의 산란광의 밝기가 오랜 기간 증가한다.
지구 저궤도에서 허블의 궤도는 고도 약 549km에 있고 28.5˚의 경사를 갖는다. 공전에 따른 허블의 위치는 정확하게 예측할 수 없는 방식으로 매 시간마다 변한다. 상부 대기의 밀도가 수많은 인자에 따라 변화하기 때문이다. 그래서 6주 동안 예측되는 허블의 위치는 최대 4,000 km까지 차이난다. 관측 일정은 일반적으로 단 며칠 전에 끝맺지만, 소요 시간이 길 경우 관찰 대상의 관찰 가능 시간이 오래 걸릴 수도 있다는 뜻이다.
허블우주망원경의 기술적 지원은 NASA와 함께 STScI의 남쪽으로 48km 떨어진 곳 메릴랜드 그린벨트의 고다드우주비행센터에 있는 하청업체에 의해 이루어진다. 허블의 임무는 허블비행임무팀의 비행조작조 4개조가 24시간 내내 번갈아가며 감시한다.
– 챌린저 참사와 발사 지연, 최종 발사
1986년 초, 그 해는 예정된 10월의 발사일까지 일정을 맞출 수 있을 것 같았다. 그렇지만 챌린저 참사로 미국의 우주 계획 중단과 동시에 우주왕복선의 발사도 중지되었고 허블의 발사 역시 수년 뒤로 미루도록 압박이 가해졌다. 발사가 다시 계획될 때까지 망원경은 청정실에 보관되어 있었고, 계속해서 동력을 공급받고 질소 퍼지 작업이 이루어졌다. 유지 작업에만 월간 약 600만 미국달러가 소요되었기 때문에 계획의 총지출이 더욱 커졌다. 역설적으로 발사 지연 덕분에 공학자들은 장비 전반에 대해 대대적인 시험을 행하고, 고장나기 쉬운 축전지를 대체하거나 다른 개선 작업을 할 시간을 가질 수 있었다. 또 1986년에는 허블의 조작에 필요한 지상의 소프트웨어가 준비되지 않았으며, 1990년 발사까지 간신히 준비할 수 있었다.
1988년 우주왕복선 비행이 재개되면서 망원경의 발사는 1990년으로 예정된다. 1990년 4월 24일, 우주왕복선 디스커버리호가 STS-31 임무를 통해 망원경을 계획된 궤도까지 올리는데 성공했다.
원래 허블망원경 계획의 예상 총비용은 약 4억 미국달러였지만 발사 당시 약 47억 달러로 불어났다. 이 비용은 발사 20년 뒤인 2010년 기준 약 100억 미국달러와 맞먹는다.
○ 허블의 기구 목록
초기에 허블은 다섯 과학 기구와 정밀유도센서를 갖추고 있었다. 정밀유도센서는 주로 망원경의 조준에 사용되나 이따금 측성용으로 사용되기도 하였다. 초기 기구들은 우주왕복선의 정비임무를 통해 더 진보한 기구로 대체되었다. 엄밀히 말하면 COSTAR는 과학 기구라기 보다 광학교정장치에 가깝지만, 다섯 기구의 범주에 들어간다.
2009년 마지막 정비임무 이후 ACS, COS, STIS, WFC3가 작동하고 있다. NICMOS는 후일에 WFC3의 수명이 다 되었을 때 사용할 계획으로 현재 동면 중이다.
탐사용 고성능카메라 Advanced Camera for Surveys (ACS, 2002년–현재)
우주기원분광카메라 Cosmic Origins Spectrograph (COS, 2009년–현재)
우주망원경 광학교정용 광축조정기 Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR, 1993년–2009년)
암천체 카메라 Faint Object Camera (FOC, 1990년–2002년)
암천체 분광카메라 Faint Object Spectrograph (FOS, 1990년–1997년)
정밀유도센서 Fine Guidance Sensor (FGS, 1990년–현재)
고다드 고해상도 분광카메라 Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS/HRS, 1990년–1997년)
고속광도계 High Speed Photometer (HSP; 1990년–1993년)
근적외선 카메라 및 다중천체 분광카메라 Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS, 1997년–현재, 2008년 이후 동면)
우주망원경 영상분광카메라 Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS, 1997년–현재 (2004년–2009년 비작동))
광시야 및 행성용 카메라 Wide Field and Planetary Camera (WFPC, 1990년–1993년)
광시야 및 행성용 카메라 2 Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2, 1993년–2009년)
광시야카메라 Wide Field Camera 3 (WFC3, 2009년–현재)
사용되었던 예전 기구 중에서 세 개(COSTAR, FOS, WFPC2)는 스미소니언 항공우주박물관에 전시되었고, FOC는 독일의 도르니에 박물관에, HSP는 위스콘신-매디슨 대학교의 스페이스 플레이스에 있다. 1세대 WFPC는 해체되어 부품 일부가 WFC3에 다시 쓰였다. GHRS는 현재 위치가 불분명하다.
○ 주요 계획
허블 프로그램이 실행된 이래로 수많은 연구 계획이 착수되었다. 그중에 일부는 거의 허블의 관측으로만 실행되기도 하였으며, 그 외는 찬드라 엑스선 관찰위성과 ESO의 초대형망원경 같은 장비와 연계하여 수행하였다. 허블우주망원경은 퇴역이 머지 않았으나, 최근까지도 큰 계획이 일정으로 잡혀 있었다. 일례로 에이벨 1689 은하단을 장시간 관측한 결과에 영감을 얻어서 최근에 수행된 프런티어 필즈 계획이 있다.
– 우주구조 및 심우주 고대 외부은하 근적외선 탐사
우주구조 및 심우주 고대 외부은하 근적외선 탐사 Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS)는 2013년 8월에 공식 발표되어 “허블 역사상 가장 큰 규모의 계획”으로 표현되었다. 이 탐사 계획은 “초기 우주에서 은하의 진화와 빅뱅 이후 10억 년도 되지 않는 극초기 우주의 구조에 대한 씨앗을 탐사하는 것을 목표로” 한다. CANDELS 계획 웹페이지에서 탐사의 목표를 다음과 같이 기술하고 있다.
우주구조 및 심우주 고대 외부은하 근적외선 탐사는 WFC3/IR 및 ACS로 촬영한 250,000 개 이상의 은하의 심우주 사진을 통해 z = 8에서 1.5에 이르는 은하 진화사의 3분의 1을 기록하도록 계획되었다. 또한 최초로 z > 1.5인 1a형 초신성을 발견하여 우주론에서 표준촛불로서의 정확성을 확고히 할 계획이다. 그러기 위해 주요 다중 파장 관찰 영역 다섯 곳이 선정되었다. 각 영역은 스피처와 그 외 장비로 관측한 다중 파장 자료와 밝은 은하에 대한 광범위한 분광탐사 자료를 가지고 있다. 폭넓게 분리된 다섯 영역을 이용해서 우주의 정량적 변화와 z ~ 8까지 109 태양질량에 이르는 은하들의 통계학적으로 유의성 높고 완벽한 표본을 산출한다.
– 프런티어 필즈 계획
프런티어 필즈 Frontier Fields 계획의 공식적인 명칭은 “Hubble Deep Field Initiative 20122” (허블딥필드 탐사계획 2012)이다. 중력렌즈의 도움으로 “먼 우주에서 가장 희미한 은하들”을 볼 수 있는 빈공간의 고적색편이 은하를 연구함으로써 초기 은하의 형성에 관해 자세히 아는 것을 목표로 한다. 프런티어 필즈의 웹페이지에서는 계획의 목표를 다음과 같이 기술하고 있다.
현재까지 관측된 은하보다 10배에서 50배는 어두워서 분포를 알 수 없는 z = 5-10 은하들의 분포를 밝히기 위함
우리가 알고 있는 극초기 준발광 (sub-L*) 은하들의 별의 질량 및 별생성사를 입증하기 위함
통계적으로 유의성 있는 z > 5인 별생성은하들의 형태적 특징 최초로 제공하기 위함
은하단 굴절에 의해 내부 구조를 밝혀낼 수 있을 정도로 충분히 상이 왜곡되어 늘어났거나, 또는 은하단 굴절에 의해 분광탐사가 이루어질 정도로 충분히 확대된 z > 8인 은하들을 찾기 위함
– 공공 이용
국적이나 학회의 소속에 제한 없이 누구나 망원경의 관찰 일정을 신청할 수 있지만, 분석에 대한 투자는 오로지 미국의 연구소만이 가능하다. 망원경 관찰 일정을 차지하려는 경쟁이 심해서, 관찰 일정을 신청 받는 주기마다 망원경 관찰 일정 계획의 약 5분의 1만 적용된다.
기관에서 요구하는 관찰 계획 제안서가 거의 연례적으로 발부되기 때문에 대략 1년 주기로 관찰 일정이 계획된다. 관찰 계획 제안 요청은 유형이 여러가지로 나뉘는데, 일상적인 관측을 다루는 “평범한 관찰자” general observer (GO) 유형의 제안서가 가장 흔하다. “스냅샷 관측” snapshot observation 유형은 표적 획득과 같은 오버헤드를 포함하여 관찰 표적에다 45분 또는 그보다 짧은 시간만을 할애하는 관측이다. 스냅샷 관측은 정기적인 GO 프로그램 일정들 사이의 공백 기간을 채울 때 이루어진다.
천문학자들은 “임기표적형” Target of Opportunity 계획 제안을 할 수도 있다. 그 계획에서 다루는 어떤 일시적인 사건이 예정된 시간에 발생할 때 관찰 일정이 잡힌다는 의미이다. 덧붙여서 망원경의 운용 시간의 최대 10%는 “책임자 재량” director’s discretionary (DD) 시간이다. 정기적인 프로그램과 상관 없이 망원경 책임자(STScI의 소장)의 재량에 따라 망원경을 운용할 수 있는 시간을 말한다. 천문학자들은 연중 어느 때나 DD 타임 이용을 신청할 수 있으며, 일반적으로 초신성과 같이 예측 불가능한 일시적인 현상을 연구할 때 승인된다.
DD 타임은 그 외에 허블딥필드와 허블울트라딥필드의 관측이나, 허블우주망원경의 관찰일정 계획제안 4번째 주기 (Hubble Cycle 4)까지 아마추어 천문학자들의 관측에도 할애되기도 했다.
허블의 아카이브 자료 대부분은 색처리가 되어 있지 않다. 그래서 허블의 자료는 공적인 영상 처리가 권장된다.
– 아마추어 관찰
STScI의 1대 소장인 리카르도 지아코니는 1986년에 아마추어 천문학자들이 허블망원경을 이용할 수 있도록 자신의 책임자 재량 시간 일부를 공헌할 것이라 발표했다. 그에게 할당된 시간은 주기당 몇시간 밖에 되지 않으나 아마추어 천문학자들의 흥미를 불러일으키기에는 충분했다.
아마추어 관찰 시간 요청은 아마추어 천문학자들로 구성된 위원회에서 엄격하게 검토한다. 그리고 우주망원경의 특별한 관측 수행 능력을 필요로 하면서 전문가들의 계획과는 차별되며 순수하게 과학적 가치가 있다고 여겨지는 계획에만 시간이 할애된다. 1990년에서 1997년 사이에 13명의 아마추어 천문학자들이 망원경 사용 시간을 할애 받았으며, 그들의 요청 계획에 따라 관찰이 이루어졌다. 그러한 연구 중에는 “Transition Comets-UV Search for OH”(전이 혜성-OH 방출에 대한 자외선 탐색)이 있다. 초창기 계획 제안으로 “A Hubble Space Telescope Study of Posteclipse Brightening and Albedo Changes on Io”(이오의 식후 증광 및 알베도 변화에 관한 허블우주망원경 연구)가 태양계 연구 전문 학술지 Icarus에 투고되기도 했다. 다른 아마추어 연구진으로부터 제안된 두번째 계획 제안 역시 Icarus에 투고되었다. 그 후 STScI의 예산 감축으로 아마추어 천문학자들의 연구를 지원하는 일이 어려워지면서 추가적으로 아마추어 계획이 실행되는 일은 없었다.
○ 과학적 성과
– 핵심 계획
1980년대 초, NASA와 STScI는 핵심 계획들을 논하기 위해 네 개의 패널을 소집하였다. 과학적인 중요성을 갖고 있는 핵심 계획들은 상당한 관찰 시간을 필요로 하였다. 이러한 특별 계획들은 망원경이 예상보다 일찍 고장날 경우를 대비해서 조기에 완수될 수 있도록 계획되었다. 소집된 패널이 규명한 그러한 계획 세 개는 다음과 같다. 1) 은하간 물질의 특징들과 은하 및 은하군의 기체 성분을 밝히기 위해 퀘이사 방출선을 이용한 근방의 은하간 물질 연구, 2) 다른 기구들이 사용될 때마다 자료를 수집하기 위해 광시야 카메라를 이용한 심도 있는 성간물질 탐사 및 3) 거리 척도의 눈금화 작업 중 내외적으로 오차를 1할 내로 줄여서 허블상수를 측정하는 계획.
– 중대한 발견
허블우주망원경은 다소 오랜 기간 해결하지 못했던 천문학 문제의 해결에 도움을 주었다. 반면에 새로운 문제를 제기하기도 하였는데, 그 중 일부를 설명하기 위해 새로운 이론이 필요했다. 허블의 주요 임무 한가지는 세페이드 변광성과의 거리를 이전까지 관측했던 것보다 더욱 정확히 측정하여 허블상수의 측정값 범위를 제한하는 것이었다. 허블상수는 우주의 팽창속도를 나타내는 치수로서, 우주의 나이와도 상관있다. 허블상수의 측정값은 HST의 발사 이전까지 일반적으로 최대 50%의 오차를 가진 반면, 처녀자리 은하단 및 다른 먼 은하단 속의 세페이드 변광성을 이용한 허블망원경의 측정값은 ±10%의 오차를 가졌다. 이 값은 허블이 발사된 이후 다른 측정 방법들을 이용하여 산출했던 정밀한 측정값과 일치했다. 과학자들은 허블망원경의 발사 이전까지 우주의 나이를 100억 년에서 200억 년 사이로 예측하고 있었다. 허블을 이용해 측정한 우주의 나이는 현재 약 137억 살이다.
허블이 우주의 나이 측정을 명확히 하는데 도움을 주는 한편, 우주의 미래에 관한 이론에 의문을 던지기도 하였다. 고적색편이 초신성 탐색 연구진 High-z Supernova Search Team 및 초신성 우주론 계획 Supernova Cosmology Project 소속의 천문학자들은 지상망원경과 HST를 사용하여 멀리 있는 초신성을 관측하였고, 우주의 팽창이 중력에 의해 느려지지 않고 오히려 빨라지고 있다는 증거를 발견했다. 두 연구진의 구성원 세 명은 후일에 이 발견에 대한 공로로 노벨상을 수상하였다. 가속팽창의 원인은 아직까지 제대로 규명하지 못했으나, 가장 신뢰받는 원인은 암흑에너지이다.
허블우주망원경이 보내온 고해상도 스펙트럼 및 사진은 특히나 근처 은하들의 중심핵 속에 있는 블랙홀의 존재를 규명하기에 적합했다. 1960년대 초에 일부 은하의 중심에서 블랙홀이 발견될 것이라는 가설이 세워졌으며, 1980년대에는 천문학자들이 수많은 신빙성 있는 블랙홀 후보들을 발견하기도 했다. 허블을 이용하여 착수한 연구에서는 블랙홀이 아마도 모든 은하의 중심에 흔히 존재할 것이라는 사실을 밝혀냈다. 나아가 허블의 관측 계획은 은하핵 블랙홀의 질량과 은하의 특징이 밀접하게 연관되어 있다는 사실을 밝혀내기도 하였다. 즉 여러 은하 속 블랙홀에 관해 허블이 남긴 관찰은 은하와 그 중심의 블랙홀 사이에 밀접한 연관성을 입증하는 것이었다.
1994년 슈메이커-레비 9 혜성과 목성의 충돌은 Servicing Mission 1이 허블의 광학 성능을 복구한지 몇개월 밖에 지나지 않은 시점에 천문학자들에게 우연한 기회로 찾아왔다. 허블이 촬영한 행성 사진은 1979년 보이저 2호의 근접 비행 이후 촬영된 그 어떤 사진 중에서도 선명한 목성의 영상이었고, 수 세기에 한 번 일어날까 말까 하는 혜성과 목성의 충돌을 동역학적으로 연구할 때 중요한 자료였다.
허블의 관찰 자료로 이루어진 다른 발견으로는 오리온 성운의 원시행성계원반 및 태양과 같은 별들 주변에 외계행성들이 존재한다는 증거와 수수께끼로 남아 있는 감마선 폭발의 광학적 실체가 있다. 또 HST는 왜소행성인 명왕성과 에리스를 포함하여 태양계 외곽에 있는 천체들의 연구에 쓰이기도 하였다.
허블으로 먼 우주를 들여다 볼 수 있는 특별한 창으로는 허블딥필드와 허블울트라딥필드, 그리고 허블익스트림딥필드가 있다. 이것들은 가시광선 파장에서 타의 추종을 불허하는 허블의 감도로 하늘의 작은 일부분을 사진에 담아낸 것으로, 지금까지 그 어떤 광학 대역에서 얻은 사진보다도 먼 곳을 담고 있다. 이 사진 속에는 수십억 광년 떨어져 있는 은하들이 담겨 있어 연구 대상으로서 수많은 연구 논문 작성에 도움을 주었으며, 초기 우주를 바라보는 새로운 창이 되었다. 광시야카메라 3은 이 영역들을 적외선과 자외선 대역에서 개선하여 MACS0647-JD와 같이 여태껏 발견된 천체 중 가장 먼 천체들의 발견에 도움을 주었다.
2006년 2월에 특이한 천체 SCP 06F6가 허블우주망원경을 통해 발견되었다. 2012년 6월과 7월 사이에 미국의 천문학자들은 허블을 이용하여 명왕성을 공전하는 다섯번째 위성을 발견했다.
2015년 3월, 어떤 연구진은 가니메데 주변 오로라를 관측하여 위성의 지하에 바다가 있다는 사실을 공표하였다. 연구진은 허블을 사용해 가니메데의 오로라의 운동을 연구해서 거대한 염수 바다가 목성의 자기장과 가니메데의 자기장의 상호작용을 억제할 수 있음을 알아내었다. 얼음지각 표면으로부터 150 km 아래에 숨겨진 이 바다는 수심이 100 km에 이르는 것으로 추정된다.
허블은 2015년 12월 11일에 사상 최초로 초신성이 다시 나타나는 것이 미리 예견된 현상을 촬영하였다. “레프스달” 이라는 별명이 붙은 이 초신성은 중력이 초신성의 빛을 굴절시키는 은하단의 여러가지 질량 모형을 사용하여 예측된 것이다. 이 초신성은 허블 프런티어 필즈 관측 계획의 일환으로서 2014년 11월에 MACS J1149.5+2223 은하단 뒤편에서 이미 관찰되었다. 천문학자들은 아인슈타인의 십자라고 불리는 배열로 초신성의 분열된 상 네 개를 발견하였다. 은하단의 빛은 지구에 도달하는데 약 50억 년이 걸리지만, 초신성은 대략 100억 년 전에 폭발했다. 레프스달의 재출현을 탐지함으로써 천문학자들은 특별한 기회를 얻었다. 은하단의 질량, 특히 암흑물질의 질량이 이 은하단에 어떻게 분포되어 있는지 그들이 가지고 있는 모형을 이용하여 검증할 수 있는 기회이다.
한 연구진은 2016년 3월 3일에 허블의 관찰 자료를 이용해서 현재까지 발견된 은하 중에서 가장 먼 은하가 발견되었음을 공표했다. GN-z11 은하에 대한 허블의 관측은 2015년 2월 11일과 4월 3일에 착수되었으며, CANDELS/GOODS-North surveys의 일환이었다.
○ 천문학에 남긴 영향
허블이 관찰한 자료는 천문학에 긍정적인 영향을 끼쳤다. 허블의 자료를 기초로 15,000 편이 넘는 논문이 피어리뷰 학술지에 투고되었으며, 컨퍼런스 프로시딩에 있는 것까지 합하면 셀 수 없이 많다. 이러한 연구들이 발표된 후 수 년 동안 여러 논문의 인용 조사를 해보면, 인용되지 않는 천문학 논문은 모든 천문학 논문의 약 3분의 1에 달하는데 비하여, 허블의 자료에 근거한 천문학 논문 중에 인용되지 않는 논문은 고작 2% 밖에 되지 않는다. 평균적으로 허블의 자료를 근거로 하는 논문은 허블의 자료를 쓰지 않는 논문보다 약 두 배 정도 많이 인용된다. 매년 투고되는 논문 중 가장 많이 인용되는 200 편의 논문의 약 10%가 허블의 자료를 기초로 한 것이다.
허블우주망원경은 천문학 연구에 큰 도움을 주기도 하지만, 재정적 지출 역시 막대하다. 여러 구경의 망원경의 천문학적 상대적 수익을 다루는 연구에서, HST의 자료 기반 논문은 윌리엄 허셜 망원경과 같은 4m 구경의 지상망원경의 관찰 자료 기반 연구보다 고작 15배 많이 인용되는데 비하여, HST는 제작과 유지보수에 지상망원경보다 무려 약 100배 많은 비용이 쓰였다는 사실을 밝혀냈다.
지상망원경 건축과 우주망원경 건조 중에서 둘 중 하나를 선택하는 과정은 복잡하다. 당장 허블이 발사되기 전에도 조리개 마스킹 간섭계 처럼 특수한 지상망원경 기술이 있어서 허블보다 뛰어난 고해상도 광학 및 적외선 영상을 얻을 수 있었다. 하지만 이 기술로 관찰할 수 있는 표적은 허블이 관찰할 수 있는 가장 어두운 표적보다 최소한 108 배 밝은 천체로 한정된다. 그때부터 적응광학은 지상망원경의 고해상도 영상 기술을 희미한 천체의 적외선 촬영쪽으로 확장하는 방향으로 기술 진보가 이루어졌던 것이다. 적응광학과 허블의 관측의 유용성은 문제가 요구되는 연구의 특히 상세한 부분에서 크게 비교된다. 가시광선 대역에서 적응광학의 능력은 상대적으로 협소한(협각) 시야에 국한되지만, HST는 광시야(광각)에서도 고해상도 광학 영상화가 가능하다. 극히 일부분의 천체들만이 지상망원경으로 고해상도 촬영 가능한 반면, 허블은 밤하늘의 어느 곳이든 고해상도 관측을 수행할 수 있으며, 극히 어두운 천체에 대해서도 관측이 가능하다.
– 항공우주공학
허블은 과학적 성과 외에 항공우주공학, 특히 지구 저궤도에서 시스템의 성능에 상당히 많은 기여를 하기도 했다. 궤도에서 허블의 수명이 길고 사용하는 기기장치가 다양하기 때문에 상세하게 연구할 수 있도록 조립체들을 지구로 되돌려 보낸 덕이다. 허블은 특히 진공에서 흑연 합성 구조의 행동과 잔여 기체 및 유인 정비로 인한 광학오염 및 전자기기와 센서의 복사 손상, 다층 단열재의 장기간 변화의 연구에 많은 기여를 했다. 공학적으로 배울 수 있었던 교훈 중에서는 현수유체 suspension fluid를 공급하기 위해 가압산소를 써서 조립하면 전선이 부식되어 자이로스코프가 고장날 위험이 있다는 사실이 있다. 지금 사용되는 허블의 자이로스코프는 가압질소를 이용해 조립되었다.
○ 허블의 관측 자료
별과의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 범위는 허블에 의해서 기존보다 10배 더 넓어졌다.
– 지구로 자료의 전송절차
처음에 허블의 관측 자료는 우주선에 저장되었다. 발사 이후 저장 장치였던 릴투릴 방식 테이프 레코더는 구식이 되어 Servicing Mission 2 및 3A에서 솔리드 스테이트 저장장치로 교체되었다. 허블우주망원경은 대략 하루에 두 번에 걸쳐 무선 통신으로 자료를 정지궤도의 추적 및 자료중계 위성체계 Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS)의 위성으로 보낸다. 과학 자료는 TDRSS에서 다운링크를 통해 뉴멕시코주의 화이트 샌드 시험소에 위치한 직경 18미터 고감도 초단파 수신기 두 대 중 하나로 송신된다. 그 다음 고다드우주비행센터에 있는 우주망원경임무통제실 Space Telescope Operations Control Center로 보내, 최종적으로 우주망원경과학연구소에서 자료를 보관한다. 매주 HST의 다운링크를 통해 대략 140 기가비트의 자료가 들어온다.
– 색채 사진
허블우주망원경이 촬영하는 모든 사진은 다양한 필터를 통해 촬영된 단색광 흑백사진이다. 필터는 특정 파장의 빛만이 투과할 수 있으며, 각 카메라에 여러 필터 세트로 통합되어 있다. 색채 영상은 여러 필터를 통해 촬영된 단색광 영상들을 합성함으로써 만들어진다. 이 과정에서 적외선과 자외선 대역까지 포함된 가색상 영상이 만들어지기도 한다. 보통 적외선은 짙은 적색으로 표현되고 자외선은 짙은 청색으로 표현된다.
– 아카이브
허블의 관찰 자료는 모두 최종적으로 STScI, CADC, ESA/ESAC의 우주망원경 전용 미컬스키 아카이브 Mikulski Archive for Space Telescopes를 통해 이용 가능하다. 자료를 이용 및 접근할 수 있는 권한은 자료 수집 후 6개월 동안 연구 최고책임자 principal investigator (PI)와 PI에게 임명된 천문학자에게 우선적으로 주어진다. PI는 STScI의 연구소장에게 사정에 따라 우선 이용 접근 기간을 연장하거나 축소하도록 요청할 수 있다.
책임자 재량 시간 동안 수행된 관측은 우선 이용 접근 기간이 없으며, 즉시 공공에 공개된다. 다크프레임과 플랫프레임 같은 캘리브레이션(영점화) 자료 역시 즉시 공개된다. 아카이브의 자료는 모두 유연영상전송체계 (FITS) 형식으로 되어 있어 천문학적 분석에 적합하지만 공공 이용이 불가능하다. 그래서 허블 유산 계획 Hubble Heritage Project에서 미적인 가치가 있는 영상들을 선별한 뒤 JPEG와 TIFF 형식으로 처리하여 공공에 공개하고 있다.
– 파이프라인 리덕션
CCD로 촬영된 천문 자료는 반드시 캘리브레이션 (영점화) 절차를 거쳐야만 천문학적 분석에 적합한 자료가 된다. STScI에서 개발한 소프트웨어는 아카이브에서 자료를 요청할 때 이용 가능한 최적의 캘리브레이션 파일들로 자동으로 자료를 영점화한다. 이런 ‘즉답형’ on-the-fly 처리로 큰 자료 요청은 처리되고 반환되기까지 꼬박 하루 이상은 걸린다. 이렇게 자료가 자동적으로 처리되는 과정을 ‘파이프라인 리덕션’이라고 하며, 큰 천문대일수록 흔하게 쓰인다. 천문학자들이 스스로 캘리브레이션 자료를 찾고 싶다면 설치된 파이프라인 리덕션 소프트웨어를 실행하면 된다. 이 방법은 자동적으로 선정된 파일이 아니고 다른 캘리브레이션 파일을 사용해야할 때 유용하다.
– 자료 분석
허블의 관찰 자료는 여러 패키지툴을 사용해서 분석할 수 있다. STScI는 허블의 자료 사양에 알맞게 주문제작한 우주망원경 과학자료처리체계 Space Telescope Science Data Analysis System (STSDAS) 소프트웨어를 지원하고 있는데, 원자료 파일의 파이프라인 리덕션을 실행할 때 필요한 프로그램들이 모두 동봉되어 있다. 이 소프트웨어는 유명한 천문 자료 리덕션 프로그램인 IRAF 모듈로 실행된다.
○ 대외활동
늘 그렇듯 우주망원경은 대중의 인식을 중요하게 의식해야 했다. 납세자들의 세금이 망원경의 건조와 운용 비용으로 상당히 많이 쓰였기 때문이다. 거울의 결함 때문에 허블의 명성이 민중에게 심각하게 훼손되었던 초창기 이후로, 허블은 첫 정비 임무를 통해 교정된 광학계를 장착하면서 주목받을 만한 수많은 영상을 만들어내어 명성을 회복한다.
허블의 활동에 대해 대중들의 긍정적인 인식을 지키기 위한 노력으로 몇차례 활동이 계획된 적 있었다. 미국에서 대외적인 노력은 우주망원경과학연구소(STScI)의 공공대외활동 부서에서 시작된다. 부서는 2000년에 납세자들에게 우주망원경 계획의 투자 이득을 알리기 위해 설립되었다. STScI는 그러한 목적으로 HubbleSite.org 웹사이트를 운영하고 있다. 동일 기관에서 운영되는 허블 유산 계획은 공공에 관측 사상 가장 흥미롭고 아름다운 천체들의 고화질 영상을 공개하고 있다. 계획 부서는 아마추어와 전문가들 뿐만 아니라 천문학 외의 활동 인원들도 소속되어 있어 허블이 촬영한 사진의 미학적 본질을 강조하고 있다. 유산 계획은 소정의 망원경 운용 시간을 인정받아서 여러 과학적인 이유로 색채 영상 합성에 필요한 단색광 영상이 충분하게 촬영된 적 없는 천체를 관측하고 있다.
1999년 이후로, 유럽에서 허블의 대외활동을 알리는 주요 집단은 허블 유럽우주기구 정보센터Hubble European Space Agency Information Centre (HEIC)이다. 사무처는 독일 뮌헨의 유럽우주망원경조직기관 Space Telescope European Coordinating Facility내에 설립되어 있으며, HEIC의 담당 업무는 유럽우주기구를 대신하여 HST의 대외활동과 교육업무를 진행하는 일이다. 보통 허블의 흥미로운 연구 결과나 영상을 다루는 뉴스 및 사진의 보도에 초점을 맞추고 있다. 대부분 유럽 출신 사람들로 구성되어 있어서 ESA가 보유한 허블의 지분(15%)과 관찰 위성에 유럽인 과학자들이 기여한 바를 널리 알리고 있다. ESA는 교육자료를 만들고 있는데, 허블캐스트 Hubblecast 같은 방송 시리즈를 통해 세계적인 과학 특종을 공공에 알리고 있다.
허블우주망원경은 우주재단 Space Foundation으로부터 대외활동 방면에서 2001년과 2010년에 두 번의 우주성과상 Space Achievement Award을 입상했다.
허블우주망원경의 레플리카도 있다. 레플리카는 에드윈 P. 허블의 고향인 미주리주 마쉬필드의 법원청사 앞 잔디밭에 전시되어 있다.
참고 = 위키백과
크리스천라이프 편집부