케플러 우주 망원경

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고해상도(대용량 주의)

Kepler Space Telescope / 케플러 우주 망원경 / 케플러 宇宙望遠鏡

Kepler Space Telescope
발사 시각	2009.3.7, 03:49:57 UTC
발사 위치	케이프 커네버럴, Space Launch Complex 17B
운반체	Delta II
COSPAR ID[1]	2009-011A
SATCAT no[2]	34380
임무 유형	우주탐사
예정 임무 수행 기간	예정 : 3년 5개월 운용 : 9년 7개월 23일
제작	Ball Aerospace & Technologies
운용	NASA/LASP
발사 중량	1,052.4 kg (2,320 lb)
건조 중량	1,040.7 kg (2,294 lb)
탑재 중량	478 kg (1,054 lb)
전체 면적	4.7 m × 2.7 m
망원경 지름	0.95 m
망원경 형식	Schmidt camera
집광면적	0.708 m²
유효파장	430㎛~890㎛
출력	1100 W
트랜스폰더	Ka band, X band
대역폭	X-band ^up : 7.8 bit/s – 2 bit/s X-band ^down : 10 bit/s – 16 kbit/s Ka band ^down : up to 4.3 Mbit/s
기준계	나선 궤도
궤도경사	0.44747°
궤도 공전주기	372.57일
궤도 이심률	0.036116
근접각	294.04°
평균근점이각	311.67°
평균운동	0.96626
궤도 장반경	1.0133 AU
근일점	0.97671 AU
원일점	1.0499 AU

1. 개요2. 고장

2.1. 반작용 휠 문제2.2. K2 미션2.3. 그 이후

3. 여담4. 관련 문서

1. 개요

케플러 우주망원경은 NASA의 외계 행성 탐사 계획인 케플러 계획의 일부로, 골디락스 존에 있는 지구와 유사한 행성을 찾는 목적을 가진 우주망원경이다. 직경 140cm의 반사경과 225만 화소(2200×1024)[3]의 CCD를 42개 장착하고 있으며,[4] 합치면 9,460만 화소에 달한다.

구조상으로는 슈미트 카메라 형태이며(구면 거울을 사용하고 보정판 사용), 이 때문에 반사경 직경인 140 cm가 아니라 보정판 직경인 95 cm가 실제 구경이 된다. 오로지 미세한 밝기 변화 탐지가 목적이므로 필터휠이나 분광기는 따로 갖추지 않았다. 슈미트 카메라의 특성상 초점면이 곡면이기 때문에 CCD가 곡면으로 설계되어 있다.

행성을 직접 보는것은 불가능하므로, 운좋게 공전 평면이 지구의 방향과 평행인 행성이 모항성의 앞을 지나갈 때 모항성의 밝기가 미세하게 어두워지는 것을 포착해서 행성의 유무를 판별한다. 밝기 변화의 크기로 행성의 대략적인 지름을, 변화 주기로 공전 주기를 알 수 있고, 이를 모항성의 밝기/질량 정보와 조합하면 행성의 질량, 밀도, 구성물질 등을 유추할 수 있다. 이러한 일식 이벤트는 길어야 10시간 내외인데 행성의 공전 주기는 수개월~수년 단위이므로 하늘의 한곳을 지속적으로 바라보고 있는 것이 핵심이다. 센서를 많이 달은 이유는 시야각을 최대한 확보해 동시에 최대한 많은 항성을 관측하기 위함이며, 실제로 케플러가 관측한 하늘은 남반구 구석탱이의 손바닥만한(?) 면적에 불과하다.

2009년 3월 7일, 케이프 커내버럴 공군 기지 SLC-17B 발사대에서 델타 II 로켓에 실려 발사, 2010년 1월 4일부터 결과가 전송되었고, 2015년 7월 3일 기준으로 1028개의 행성을 새로 발견했다.
케플러 우주 망원경이 최초로 발견해낸 외계 행성은 2010년 1월 4일 발견된 케플러-4b, 5b, 6b, 7b, 8b 이다. 그 외에도 수많은 외계 행성들을 찾아내었다. 또한 케플러 우주 망원경의 탐사 가능 범위는 약 3000 광년이다.

궤도는 지구에서 멀리 떨어진곳(약 1.5억km)에서 지구의 뒤를 따라 태양 주위를 공전한다.

2018년 수명을 다할때까지 총 2600여개의 외계 행성을 발견했다. 또한, 이후 데이터 분석을 통해 발견된 행성까지 포함하면 총 4000 여개에 달한다.

2. 고장

2.1. 반작용 휠 문제

2012년 6월, 4개의 반작용 휠 중 2번 휠이 고장났고 이어 2013년 5월에는 4번 휠마저 고장나 행성 추적을 위한 자세 제어에 필요한 휠의 개수를 충족시키지 못하게 되었다. 자세 제어에는 3개 휠이 필요하다.

2013년 8월 15일, 정상 가동을 위해 필요한 반작용 휠 4개 중 2개가 연장 미션 도중 고장났기에 NASA에서는 행성 추적 기능의 정지를 발표했다. 하지만 케플러 우주망원경의 임무가 완전히 끝난 것은 아니고 앞으로 약 2년간은 그전에 관측한 자료를 지구로 보내올 것이다.

2.2. K2 미션

2013년 11월, Second Light (K2) 미션이 발표되었다. 태양광을 하나의 반작용 휠처럼 활용함으로써 남은 2개의 반작용 휠에 더해 3개의 반작용 휠을 갖추어 자세 제어를 가능하게 한다는 계획이었다. 솔라 세일처럼 태양이 뿜어내는 광자의 압력을 활용한다는 것인데, 이를 이용해 아주 잠시만이라도 선체를 흔들리지 않게 고정시킨다는 것.

2014년 초부터 K2 미션은 테스트 상태에 들어갔으며, 이후 2014년 5월부터 계획 승인을 받아 실제로 운용되기 시작했다. 그리고 계속해서 외계 행성을 찾아내는가하면 사상 최초로 백색 왜성에 빨려들어가는 외계 행성을 포착하는 등, 예상을 뛰어넘는 성공적인 성과를 보여, 이 덕분에 케플러 우주망원경은 계속 우주를 바라볼 수 있게 되었다. 2016년 말까지 K2 미션에 따른 운용이 결정되었다.

2.3. 그 이후

K2 미션이 종료되는 2016년 말 이후로도 운용이 계속될지는 불투명하다. 2017년부터는 TESS, 2021년에는 제임스 웹 우주 망원경 등, 막강한 후계 기종들이 발사될 예정이기 때문이다.

2016년 4월 10일, 케플러 망원경이 연료 문제로 최소 작동 모드에 들어갔다고 한다.

2018년 3월에 수명이 얼마 남지 않았다고 발표했다.

2018년 4월, TESS가 발사되며, 임무를 이어 받았다.

2018년 10월 30일, 임무 수행에 필요한 연료가 고갈됨에 따라 공식적으로 임무가 종료되었다. #

3. 여담

케플러 우주 망원경을 쏘아 올리기 위한 예산을 타내기 위해서, 천문학자들은 이걸 쏴올리면 수백개의 외계 행성을 발견할 수 있다고 예상 결과를 과장해서 이야기했다고 한다. 당시 천문학자들은 수십개 정도 발견하면 대단히 성공적이라고 생각했다고 한다. 그렇게 쏴올렸더니, 케플러 우주 망원경은 무려 4000여개의 외계 행성을 발견하며 기대치를 크게 넘어서는 성과를 냈다.
많은 항성의 광도변화를 밤낮의 영향 없이 긴 기간 동안 짧은 간격으로 정밀하게 측정하였기 때문에, 변광성의 맥동이나 항성의 플레어 활동 연구와 같이 외계행성 탐사 외에 항성 광도의 미세한 시계열 변화를 활용해야 하는 다른 연구에도 케플러 우주망원경의 광도변화 데이터가 많이 쓰인다. TESS의 관측 데이터의 경우 관측 대상이 된 항성이 매우 많은 대신 개별 항성에 대한 관측 기간이 짧아서 직접적으로 이런 유형의 연구에 쓰기보다는, 다양한 유형의 변광성에 대한 광도변화 그래프를 소개할 때 활용되는 일이 많다.
케플러 우주 망원경이 성공적으로 임무를 마친 덕분에, 후임으로 TESS가 쏘아 올려졌다.
Why시리즈 별과 별자리 편에서도 등장했다.
최근 케플러 우주 망원경이 2015년에 발견한 K2-18b가 생명체 가능성이 5:5 라는 보도가 논란이 되고 있다.

4. 관련 문서

[1] 본래의 명칭은 NSSDC ID이며, 전 세계 인공위성의 일련번호이다. [2] 위성 카탈로그 번호 [3] 천문관측 장비에 사용되는 이미지 센서에 요구되는 특성은 상용 카메라에 사용되는 이미지 센서에 요구되는 특성과는 다르기 때문에, 단순히 화소수를 비교하는 방법으로 상용품과 성능을 비교할 수는 없다. 천체망원경은 크기가 크므로 상용 카메라보다 초점면에 맺히는 상의 물리적 면적이 넓기 때문에 상용 카메라보다 더 큰 이미지 센서가 필요하며, 이미지 센서의 화소 밀도가 광학계의 분해능에 비해 지나치게 높으면 오히려 각각의 화소가 받아들이는 빛의 양이 줄어들어 노이즈가 증가하기 때문에 광학계의 크기와 분해능을 고려하여 적절한 화소 밀도를 갖는 이미지 센서를 사용해야 한다. 또한 천문관측에 사용되는 CCD는 크게 만들기가 쉽지 않고 크기를 키우면 불량률이 높아지기 때문에, 케플러 우주망원경과 같이 한 번에 넓은 시야각을 관측하는 것이 주 목적인 관측장비의 경우 하나의 큰 CCD를 제작하기보다는 작은 CCD 여러 개를 이어붙여 사용한다. [4] 42개의 CCD를 이어붙여 마치 하나의 큰 CCD처럼 사용한다. 2개의 CCD가 하나의 모듈을 이루는데, 이 중 3개 모듈은 임무 중 고장으로 사용 불능이 되어 2018년 임무 종료 시점에서는 36개의 CCD가 작동하고 있었다. [5] 케플러라는 이름을 이 사람에게서 따왔다.