NASA의 고다드우주비행센터(Godard Space Flight Center) 소속 과학자 James O'Donoghue는 광속이 얼마나 느린지 보여주는 놀라운 동영상 시리즈를 선보였습니다. 완벽하게 텅 빈 진공 상태에서 빛의 입자는 초당 299,791.819 km/s로 이동하는데요. 이는 1초에 7.5번 지구 주위를 도는 궤도를 완성합니다. Show
지구에서 보면 이는 눈 깜짝할 사이일 수도 있지만 우주의 광활함에 비춰보면 엄청 느립니다. 특히 과학자들이 다른 행성에 탐사선들과 의사소통하기 위해 빛의 속도에 의존할 때에는 더욱 그렇습니다. James O'Donoghue는 토성의 사라지는 고리에 관한 영상을 처음 만든 이후 행성의 회전 속도와 크기를 보여주는 영상을 포함해 이해하기 어려운 우주 개념들에 대한 영상을 제작했습니다. James O'Donoghue이 만든 이 영상은 지구를 돌고 있는 광속(light beam)으로 시작합니다. 지구 주위를 매초마다 7.5번 빠르게 도는 광자(photon)를 볼 수 있는데요. 이는 지구에 대기가 없다는 가정 하에 그렇습니다. 왜냐하면 공기는 빛을 약간 굴절시켜 느려지게 하기 때문입니다. 두 번째 영상에서는 지구와 달 사이의 빛의 속도를 실시간으로 보여줍니다. 지구와 달 까지의 거리는 약 384,448.141km인데요. 광자는 편도 1.255초, 왕복은 2.51초가 걸립니다.
하지만 NASA에 따르면 달은 지구로부터 약 3.8cm씩 서서히 멀어지고 있다고 합니다. 왜냐하면 달은 끊임없이 바다의 조석(tide)을 통해 지구의 회전에너지(rotational energy)를 소진시키는데요. 그러면서 지구로부터 점점 더 먼 궤도로 움직인다고 합니다. 따라서 지구와 달 사이의 광속 시간은 계속해서 바뀌겠죠? O’Donoghu의 세번째 영상은 NASA가 화성 탐사선인 인사이트호(InSight)와 접촉하고 정보를 수집할 때 겪는 좌절감을 느낄 수 있는 영상인데요. 정말 빛의 속도가 느리게 느껴집니다. NASA가 탐사선의 로버로부터 화성의 세부적인 정보 다운로드하거나 교신할 때 이는 빛의 속도로만 행해집니다. 그런데 이 영상에서 볼 수 있듯 지구에서 멀리 떨어진 천체로 여행을 갈수록 광속은 훨씬 느려 보입니다.  원격조종자동차처럼 '라이브모드'에서 우주선을 작동시키기에 이 속도는 너무 느립니다. 그래서 과학자들이 라이브모드에서 모든 것을 진행하기 위해 목표를 놓치지 않으려면 무엇이 필요한지, 그들이 탐사해야할 정확한 위치가 어디인지 전략적으로 계획해야 합니다. 지구와 화성 사이의 거리는 근일점일 때 54,600,000 Km이고 원일점일 때는 401,000,000km입니다. 심지어 이 영상에서 보여준 지구와 화성이 가까워지는 근일점일 경우에도 편도에 3분 2초, 왕복에 6분 4초이나 소요됩니다. 더 깊은 우주로 멀리 이동할수록 시간은 더 오래 걸립니다. NASA의 탐사선 뉴허라이즌스호는 태양으로부터 65억km 떨어진 카이퍼벨트 천체보다 더 멀리서 날아가는 중입니다. 최초로 태양계의 경계선인 태양권계면(Heliopause)을 넘어 성간 우주로 들어선 보이저1호와 곧 태양권 계면, 즉 태양풍의 영향과 성간풍의 영향이 거의 같은 영역에 도달할 보이저 2호 같은 우주선의 빛의 속도는 점점 더 느려지는 듯 보일 겁니다.
지구에서 4.2광년 떨어진 프록시마 b(Proxima b)까지 거리는 39,700,000,000,000km입니다. 가장 빠른 우주선인 NASA의 태양탐사선 파커(Parker Solar Probe)는 그 속도로 프록시마에 도달하는 데 13,211년이 걸릴 것으로 예측됩니다. 우주는 매우 광활합니다. 우주의 나이는 약 138억 2천만 년이지만 그 가장자리는 약 453억 4천만 광년 떨어져 있으며 이마저도 팽창 때문에 증가하는 중입니다. 매우 빠른 듯 보이는 빛의 속도지만 우주에선 이마저도 느리게 느껴지네요. 적외선 간섭 분광기(Infrared Interferometer Spectrometer, IRIS): 행성과 위성의 에너지 균형 상태, 수직 방향 대기권 온도 분포, 대기권 성분을 조사하는 데 사용 자외선 분광기(Ultraviolet Spectromete, UVS)행성 대기권 성질과 복사열을 측정 삼축 포화 철심형 자력계(Triaxial Fluxgate Magnetometer, MAG): 행성간 및 성간 자기장 조사에 사용 플라즈마 분광기(Plasma Spectrometer, PLS): 플라스마 이온 및 전자를 탐지 에너지 하전 입자 장비(Low Energy Charged Particle Instrument, LECP): 이온 및 전자들의 에너지 유속 차이를 측정 우주 광선 시스템(Cosmic Ray System, CRS): 행성간 매질에서의 우주선 움직임, 우주 입자 연구 행성 전파 조사기기(Planetary Radio Astronomy Investigation, PRA): 행성 방출 전파를 탐지 망원 사진 평광계(Photopolarimeter System, PPS): 스형 행성의 표면 분석 플라즈마 파동 시스템(Plasma Wave System, PWS): 행성 입자의 상호작용과 밀도를 측정
4.1. 골든 레코드[편집]
4.2. 창백한 푸른 점(Pale Blue Dot)[편집]
은(는) 여기로 연결됩니다. 걸그룹 이달의 소녀의 노래 'Pale Blue Dot'에 대한 내용은 Flip That 문서를 의 3.5번 문단을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 , 에 대한 내용은 문서 를 의 번 문단을 의 번 문단을 의 부분을 의 부분을 참고하십시오.
1990년, 태양계를 벗어나기 직전 명왕성 궤도 근처에서 보이저 1호는 지구의 지령에 따라 자세를 제어, 신호 도달에 6시간이 걸리는 명왕성 근처 우주 공간에서 계획에도 없던 지구를 조준해 사진을 찍었다.[21] 여기에 유명한 이야기가 있다. 보이저 프로젝트에 참여한 칼 세이건은 보이저 1호의 카메라 방향을 지구 쪽으로 돌려 찍자는 제안을 했다. 칼 세이건이 이 사진을 표지로 실은 저서 '창백한 푸른 점(Pale Blue Dot)'에서 말하기를, 자신도 그 머나먼 거리에서 지구를 찍는 것은 과학적 활동과 별 관련이 없다고 생각하긴 하나, 우주 속 인류의 위치를 바라볼 수 있는 좋은 기회가 될 것이라 판단해서 제안했다고 한다. NASA 측도 대체로 세이건의 의견을 지지하는 입장이었으나, 칼 세이건의 생각과는 달리 전문가들은 어마어마한 예산을 투입한 보이저 1호에게 만에 하나 카메라 방향을 돌렸다가 태양빛 때문에 카메라 렌즈에 손상이 가는 것을 원치는 않았고 제안은 무산되나 싶었다. 그러나 칼 세이건의 제안에 꽤나 호의적이었던 당시 NASA 국장이였던 전 우주 비행사 리처드 트룰리가 보이저 호의 카메라를 돌려 지구 쪽으로 사진을 찍으라고 지시하는데, 그것이 바로 아래의 사진이다. 사진을 찍은 날짜는 1990년 2월 14일이었다.
지구(Earth)와 금성(Venus) 그리고 태양(Sun)이다.
4.3. 가족 사진(Family Portrait)[편집]5. 성간 탐사와 임무 종료 이후[편집]실시간 두 탐사선의 위치와 속도
5.1. 2020년 DSN 안테나 점검[편집]2020년, 보이저 2호에 유일하게 명령을 내릴 수 있는 호주 캔버라[28]의 DSN(Deep Space Network) 안테나[29] 점검으로 180억km 떨어진 보이저 2호와 교신이 두절됐다. 만들어진지 40년이나 지난 설비라서 노후화된 부분을 수리할 겸 향후 발사되는 퍼서비어런스 등과 통신하기 위해 성능을 업그레이드시켜야 했기 때문이다. 2020년 10월 28일에 업그레이드된 안테나로 보이저 2호에 신호를 보내 시험 통신을 시도했고 보이저 2호로부터 아무 문제 없이 메시지를 수신했다는 답신을 받았다고 NASA에서 밝혔다. 6. 영향을 받은 매체, 작품[편집]인류의 모습을 담은 물건을 지닌 채 끝없이 우주로 나아가는 탐사선이라는 컨셉이 굉장히 낭만적인지라 많은 SF 창작물에서 소재가 되거나 패러디되는 일이 많다.
7. 둘러보기[편집]인류의 목성 탐사 [ 펼치기 · 접기 ] 이름 접근 시기 (최근접) 운영 주체 탐사 방식 파이어니어 10호 1973년 NASA 중력도움 파이어니어 11호 1974년 NASA 중력도움 보이저 1호 1979년 NASA 중력도움 보이저 2호 1979년 NASA 중력도움 율리시즈 1992년 1차, 2004년 2차 NASA / ESA 중력도움 갈릴레오 1995 ~ 2003년 NASA 목성 궤도선 & 목성 대기 진입 탐사선 카시니-하위헌스 2000년 NASA / ESA 중력도움 뉴 호라이즌스 2007년 NASA 중력도움 주노 2016년 ~ NASA 목성 궤도선 목성 얼음 위성 탐사선 2023년 발사예정 ESA 가니메데 궤도선 유로파 클리퍼 2024년 발사예정 NASA 유로파 궤도선 인류의 토성 탐사 [ 펼치기 · 접기 ] 이름 접근 시기 (최근접) 운영 주체 탐사 방식 파이어니어 11호 1979년 NASA 중력도움 보이저 1호 1980년 NASA 중력도움 + 타이탄 중력도움 보이저 2호 1981년 NASA 중력도움 카시니-하위헌스 2004년 ~ 2017년 NASA / ESA 토성 궤도선 & 타이탄 착륙선 드래곤플라이 2027년 발사예정 NASA 타이탄 착륙선 인류의 천왕성 탐사 [ 펼치기 · 접기 ] 이름 접근 시기 (최근접) 운영 주체 탐사 방식 보이저 2호 1986년 NASA 중력도움 인류의 해왕성 탐사 [ 펼치기 · 접기 ] 이름 접근 시기 (최근접) 운영 주체 탐사 방식 보이저 2호 1989년 NASA 중력도움 + 트리톤 근접 비행 8. 관련 문서[편집]
[1] 발사 당시에는 이게 '예정'이었으나, 실제로 그렇게 이루어졌다.[2] 지구와 가까운 태양계 행성들을 연구하기 위해 우주 탐사선을 보내는 미션. 1962년~1973년 사이 10개의 탐사선을 화성, 금성, 수성에 발사해 탐사작업을 벌였다.[3] 엄밀히는 영원히 '똑바로' 날아가는 것은 아니다. 보이저의 속도는 우리 은하의 탈출 속도(약 550km/s)에는 한참 못 미치기 때문에, 장기적으로는 우리 은하의 다른 천체들처럼 약 2억 3천만 년 주기로 우리 은하의 중심을 공전하게 될 것이다.[4] 2023년 1월 기준으로 22시간을 돌파했다.[5] 이 사실은 1964년 독일의 Gary Flandro라는 항공우주 연구원(당시 박사 과정을 밟고 있던 대학원생)이 논문을 쓰다가 발견했다. 그리고 이후 외행성 탐사선들은 스윙바이 궤도에 맞추어져 발사되기 시작했다.[6] 원래는 4대로 계획되었었다.[7] 그 뒤에 발사될 보이저 3호가 명왕성을 탐사하려고 했으나 1975년 계획을 취소했다. 명왕성 탐사는 이 때 최적의 기회를 놓쳤기 때문에 이후 수십년을 기다려야 했다. 이후 우여곡절 끝에 뉴 호라이즌스가 발사되었으나... 명왕성으로 향하던 도중 그새 명왕성의 행성 지위가 박탈되고 말았다.(...)[8] 토성에서의 통신 속도는 목성에서의 절반에 불과했다.[9] 두 보이저 탐사선은 목성을 스윙바이 하는 동안 많은 방사선을 견딜수 있도록 상당한 두께의 차폐물을 장착하였다. 만일 보이저 탐사선 내부에 사람이 타고 있었다면 바로 30,000 시버트에 달하는 엄청난 방사능에 직격당해 그냥 분해되어 버릴 것이다. 참고로 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고 직후 지붕 위에서 방사선의 수치가 120 시버트였고, 사람이 2분 이상 지붕 위에 있을 경우 생명이 위험했다.[10] 여담으로 카시니 하위헌스도 도플러 이동 보정 문제 때문에 타이탄 탐사 계획을 날려먹을 뻔 했다.[11] 이미 보이저보다 앞서 목성을 방문한 파이어니어 10호 덕분에 보이저 호는 목성 방사선을 철저히 대비한 상태에서 발사됐다. 그런데도 불구하고 문제가 발생했으니 목성에서 뿜어져나오는 방사선이 그야말로 경악스러운 수준이다. 여담으로 목성 궤도선 주노(탐사선)는 173kg 무게의 타이타늄 보호막으로 목성 방사선을 차폐한다.[12] 마션(영화)에서도 나왔다시피, 지구에는 우주로 떠난 탐사선의 복제품이 있다. 때문에 우주로 나간 탐사선에 문제가 발생하면 지구에 있는 복제품으로 상황을 재연해보고 무엇이 문제인지 진단해본다.[13] 탐사선이 보낸 데이터는 우주의 노이즈 간섭으로 손상될 위험이 있다. 때문에 탐사선들은 매우 느린 속도로 데이터를 전송한다.(21세기의 우주 탐사선들도 마찬가지다.) 그리고 지구에서 멀리 떨어질수록 통신시간이 굉장히 늘어나기 때문에, 시간을 알뜰하게 쓰려면 저장장치에 일단 데이터를 저장해놓고 차근차근 이를 지구에 전송하는 것보단, 느리게 수집한 데이터를 실시간으로 천천히 꾸준히 지구에 전송하는 방식이 데이터 보전을 위해서도 더 안전하고 시간 효율적이다.[14] 토성 중심 기준 16만km까지 근접해 촬영했다. 인류가 쏘아올린 탐사선 중 가장 가깝게 다가간 기체. 토성의 지름이 약 12만km인 것을 감안하면 얼마만큼 근접했는지 실감이 난다[15] 명왕성은 해당 문서에서 보듯 당시에는 행성이었지만 현재는 행성에서 제외되었으니, 모든 외행성이란 표현은 적절하다. 어쨌든 명왕성은 보이저 2호의 궤적에서 제외되었고, 그보다 26년 후인 2015년에야 뉴 호라이즌스 탐사선의 방문을 통해 그 실체가 드러났다.[16] 허블 우주 망원경으로도 찍을 수 있지 않느냐고 하겠지만, 안타깝게도 허블 망원경으로는 천왕성만 돼도 화질이 급격하게 저하되기 때문에 표면의 거시적인 변화를 알 수는 있어도 직접 가서 찍은 것과는 하늘과 땅 차이가 난다. 다만 근접 촬영은 더 이상 할 수 없기 때문에, 현재 상황에서 행성을 적당한 화질로 주기적으로 촬영할 수 있는 거의 유일한 방법이 허블 망원경이므로 주기적으로 모니터링은 하고 있다. 가장 최근의 촬영은 여기에 나와있다. 보다시피 천왕성부터는 디테일이 매우 저하되며, 실질적으로 인류의 미래에 보탬이 될 유로파나 타이탄같은 위성같은 경우는 더욱 무리다.[17] 예를 들어 보이저 1호의 카메라 장비 전원은 후술할 '창백한 푸른 점' 사진 촬영을 마지막으로 꺼졌다.[18] 800 x 800 해상도가 아니냐고 생각할 수 있겠지만, 라인 스캔 카메라에 800 x 800 해상도 표기는 부적절하다. 우리가 일반적으로 알고 있는 카메라는 한 장면을 한 번에 담아내는데 반해, 라인 스캔 카메라는 목표를 n줄로 쪼개 1줄씩 n번 촬영해 합치는 거라고 생각하면 이해하기 쉽다. 일반 카메라로 매우 빠르게 지나가는 대상을 촬영하면 상이 일그러지는데 반해, 피사체와 촬영자의 속도를 알고 셔터 속도를 그에 맞게 조절할 수 있다면 라인 스캔 카메라로는 깨끗한 사진을 촬영할 수 있다. 올림픽 경기에서 선수들 옆 레일을 따라 움직이며 결승선에 누가 제일 먼저 들어왔는지를 촬영해주는 카메라가 라인 스캔 카메라다. 행성과 보이저 호는 우주 공간에서 계속 이동하고 있기 때문에 라인 스캔 방식으로 촬영해야 일그러짐 없는 선명한 이미지를 얻을 수 있다.[19] 픽셀 크기가 굉장히 크다. 픽셀 크기가 커야 광반응영역이 넓어지므로 수광량이 많아져 어두운 곳에서도 노이즈 적은 선명한 사진 촬영이 가능해진다. 문제는 이러고도 태양빛 부족으로 천왕성, 해왕성 촬영이 힘들어 카메라의 제원을 뛰어넘는 긴 노출시간을 들여 빛을 모은 뒤 사진을 찍었다. iPhone 14 Pro의 12MP 모드 촬영 픽셀 크기가 2.5µm으로 보이저 호의 6분의 1 수준이다.[20] 은퇴 소식 자체는 소문에 불과했으나, NASA 측도 문제는 인식하고 있어서 대체 인원을 구했다고 한다.[21] 인류 역사상 가장 멀리서(60억 킬로미터) 찍은 셀카인 셈이다.[22] 일명 '가족 사진'(Family Portrait)[23] 수성은 너무 밝은 태양빛에 묻혀버렸고, 화성은 카메라에 반사된 태양광 때문에 촬영할 수 없었다.[원문] Look again at that dot. That's here. That's home. That's us. On it everyone you love, everyone you know, everyone you ever heard of, every human being who ever was, lived out their lives. The aggregate of our joy and suffering, thousands of confident religions, ideologies, and economic doctrines, every hunter and forager, every hero and coward, every creator and destroyer of civilization, every king and peasant, every young couple in love, every mother and father, hopeful child, inventor and explorer, every teacher of morals, every corrupt politician, every "superstar," every "supreme leader," every saint and sinner in the history of our species lived there - on a mote of dust suspended in a sunbeam. |
토성까지 몇광년? - toseongkkaji myeochgwangnyeon?
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