지난 241월 시애틀에서 열린 제XNUMX차 미국천문학회(AAS) 총회에서 많은 천문학자들이 출근하면서 축하를 보냈다. 이 분야 최대 규모인 이번 회의는 제임스 웹 우주망원경이 발사 후 XNUMX개월간의 시운전을 마치고 지난해 XNUMX월 과학 운영을 공식 시작한 이후 처음이다.

축하 행사는 JWST의 공연에서 시작되었습니다. 수십 년간의 개발과 기대 그리고 많은 걱정 끝에 프로젝트 과학자들은 우주 망원경이 기대에 부응하고 종종 기대를 훨씬 뛰어넘는다는 것을 확인했습니다.

NASA 고다드 우주 비행 센터의 JWST 운영 프로젝트 과학자인 Jane Rigby는 9월 20일 컨퍼런스 개회 연설에서 "기본적으로 좋은 소식일 뿐입니다. 전반적으로 기대했던 것보다 정말 좋습니다."라고 말했습니다. 이는 장비의 민감도부터 JWST의 수명까지 다양하며, 이제 탑재된 추진제의 양을 기준으로 최소 XNUMX년이 될 것으로 예상됩니다.

천문학자들이 JWST를 사용하여 초기 우주의 은하를 연구하고 외계 행성의 발견을 확인하는 방법에 대해 논의하면서 이러한 능력의 과학적 결실도 회의에서 전시되었습니다. 천문학자들은 한때 천문대 개발에 대한 업데이트를 제공하는 데 사용되었던 타운 홀 세션에 참석하여 대신 이번 여름에 시작되는 Cycle 2라고 하는 다음 라운드의 JWST 관측에 대한 제안을 준비하는 방법을 배웠습니다.

그러나 한 NASA 관계자의 말에 따르면 천문학자들이 JWST에 대해 "승리의 한 바퀴"를 돌았지만 일부는 우주 망원경 너머를 바라보고 있었습니다. 그들은 JWST의 성공과 이를 둘러싼 열정을 활용하여 미래의 대형 우주 망원경 라인에 대한 지원을 구축하고 개발을 가속화하기를 희망했습니다.

Habitable Worlds Observatory 소개

2020년 2021월에 발표된 Astro11이라고 하는 최신 천체물리학 2040년 조사에서는 NASA가 자외선, 가시광선 및 근적외선에서 작동하는 직경 XNUMX미터의 우주 망원경 개발을 추구할 것을 권장했습니다. 추정 비용이 XNUMX억 달러인 이 망원경은 XNUMX년대 초에 발사될 예정입니다.

Astro2020은 NASA와 천문학자들이 임박한 JWST 출시에 집중하면서 나왔습니다. 현재 작동 중인 우주 망원경을 통해 그들은 관심을 XNUMX년 주기로 다시 돌렸고 그 개념을 미션으로 전환하는 다음 단계로 전환했습니다.

첫 번째 단계 중 하나는 XNUMX년 조사에서 이름이 지정되지 않은 그 망원경에 별명을 부여하는 것이었습니다. 지난 가을, NASA는 프레젠테이션과 의회 증언에서 이 용어를 사용하여 조용히 그 망원경을 "거주 가능한 세계 천문대"라고 부르기 시작했습니다.

지난 XNUMX월 NASA의 천체물리학 부서장을 맡은 마크 클램핀(Mark Clampin)은 AAS 컨퍼런스의 에이전시 타운홀 세션에서 "우리는 이해관계자들과 많은 논의를 해왔기 때문에 기본적으로 무언가를 사용하기 시작해야 했다"고 말했다.

현재 작업 이름인 이 지정은 잠재적으로 거주 가능한 외계 행성을 연구하는 망원경의 임무를 반영하는 동시에 천체 물리학을 위한 범용 천문대 역할을 하기 위한 것이라고 그는 설명했습니다. (또한 일부 천문학자들은 NASA가 사용하고 있는 명칭인 IROUV(적외선, 광학 및 자외선의 약어)보다 개선된 것이라고 지적했습니다.)

하지만 이름 외에 거주 가능 세계 천문대에 대한 개념적 삽화를 포함하여 세부 정보가 거의 없습니다. Astro2020이 승인한 망원경은 NASA가 연구 자금을 지원한 네 가지 개념 중 하나가 아닙니다. 대신 주경이 8~16미터인 더 큰 LUVOIR 망원경과 XNUMX미터인 더 작은 HabEx 사이에 있습니다.

그러나 Clampin은 천문대에 대해 취하려고 계획한 접근 방식을 엿볼 수 있도록 개발을 안내하는 일련의 원칙을 제시했습니다. 우리가 무엇을 하고 있는지 알 수 있도록 이해 관계자를 초대하고 구축할 수 있도록 합니다.”라고 그는 말했습니다.

가장 먼저 그는 고정된 일정에 따라 망원경을 제작하는 것이라고 말했습니다. NASA는 임무의 발사 날짜를 정하고 이를 과학적 요구 사항과 함께 "레벨 1" 요구 사항으로 만들었습니다. 이는 그가 제한된 발사 창을 가진 행성 임무와 비교한 접근 방식입니다. "우리는 기술을 성숙시킨 다음 일정을 정합니다."라고 그는 말했습니다. 그는 그렇게 하면 비용을 억제하고 NASA가 다른 주력 임무로 더 빨리 이동할 수 있게 될 것이라고 주장했습니다.

이와 관련된 두 번째 원칙은 기존 기술을 발전시키고 훨씬 덜 성숙된 새로운 기술에 대한 투자를 제한하는 것이었습니다. 그는 Habitable Worlds Observatory에 채택될 가능성이 높은 JWST의 분할 거울 디자인을 예로 들었습니다. 망원경의 핵심 장비는 별빛을 차단하여 궤도를 도는 외계 행성을 직접 관찰할 수 있는 코로나그래프가 될 것입니다. 그것은 이번 XNUMX년 후반에 발사될 로마 우주 망원경을 위해 만들어진 것을 기반으로 할 것입니다.

“우리가 집중하고 있다는 것을 보여줍니다. 이는 우리가 NASA 투자를 기반으로 구축하고 있음을 보여줍니다.”라고 그는 말했습니다.

세 번째 신조는 NASA가 새로운 대형 발사체의 기능을 활용하도록 망원경을 설계할 것이라는 점입니다. 그것은 Starship이나 Space Launch System과 같은 것에 맞도록 단단히 접을 필요가 없기 때문에 개발이 더 쉽고 비용이 적게 들 수 있습니다.

"그것을 사용하지 않는다면 우리는 미친 짓이 될 것"이라고 그는 말했다. “큰 로켓의 큰 페어링은 유연성을 제공합니다. 그들은 당신이 큰 문제인 질량이나 부피에 의해 제약을 받지 않도록 합니다.” Astro2020이 출시되기 전부터 엔지니어들은 더 큰 LUVOIR와 같은 개념이 Starship 또는 SLS에 어떻게 들어갈 수 있는지 연구했습니다.

Habitable Worlds Observatory에 대한 Clampin의 XNUMX가지 원칙

네 번째 원칙은 서비스를 제공할 Habitable Worlds Observatory를 설계하는 것입니다. "로봇 서비스를 제공하려는 상업 회사의 진정한 골드 러시가 있습니다."라고 Clampin은 말했습니다. NASA는 이를 활용할 수 있습니다.

그 서비스는 망원경의 장비를 업그레이드하는 것으로 확장되어 NASA가 임무가 직면한 일부 일정 및 기술 문제를 해결할 수 있도록 합니다. “처음부터 모든 과학적 목표를 달성할 필요는 없습니다.”라고 그는 말했습니다.

강력한 과학 마진을 갖는 것은 Clampin이 설명한 다섯 번째 원칙으로, 과학 목표 달성에 대한 일부 불확실성을 해결한다고 말했습니다. 그 중에는 망원경이 그러한 행성을 특성화하는 목표를 얼마나 잘 달성할 수 있는지를 결정하는 핵심 요소인 별의 거주 가능 구역에 있는 지구 크기의 행성의 평균 수인 "에타 지구(eta Earth)"라는 수치가 있습니다.

지구 에타의 추정치는 매우 다양하다고 AAS 컨퍼런스에서 발표한 Caltech의 천문학자 Jessie Christiansen은 말했습니다. 그것은 망원경의 설계에 영향을 미칩니다. 지구 에타가 작을수록 특정 크기의 망원경이 연구할 수 있는 행성의 수가 적습니다. "많은 사람들의 혈압이 이 수치를 조금 더 잘 안다면 정말 멋질 것입니다."라고 그녀는 말했습니다.

클램핀은 Habitable Worlds Observatory를 위한 유연한 설계가 이러한 압력을 완화할 수 있다고 말했습니다. 설계 단계에서 필요에 따라 추가하거나 제거할 수 있는 세그먼트 미러를 사용하는 것에 대한 또 다른 주장에 대해 그는 "개구 크기를 너무 일찍 제한하지 않는 것이 기본입니다."라고 말했습니다.

매핑 기술 개발

클램핀이 타운 홀 회의에서 논의한 마지막 신조는 개발에 들어가기 전에 천문대에 필요한 신기술을 완전히 성숙시키는 것이었다. 이는 NASA에 Habitable Worlds Observatory와 미래의 X선 및 원적외선 주력 망원경을 위한 기술 개발 프로그램을 수립할 것을 요구한 Astro2020의 권고였습니다.

이에 대응하여 NASA는 작년에 Great Observatories Mission and Technology Maturation Program(GOMAP)을 설립했습니다. NASA 본부의 GOMAP 프로그램 책임자인 Julie Crooke는 AAS 컨퍼런스의 사이드 미팅에서 프로그램의 첫 번째 단계, 즉 전반적인 노력을 설정하는 데 주로 완료되었다고 말했습니다.

NASA는 거주 가능한 세계 천문대에 대한 개념 성숙 연구를 수행할 GOMAP의 두 번째 단계를 준비하고 있습니다. 그것은 망원경에 대한 다양한 과학, 기술 및 건축 가능성을 조사할 것입니다. "우리는 정말 전체 옵션 공간을 살펴보고 싶습니다."라고 그녀는 말했습니다.

이 연구는 20~30명의 과학자와 엔지니어로 구성된 독립적인 팀이 비용 모델링 및 스케줄링에 대한 전문 지식을 갖춘 독립 컨설턴트의 지원을 받아 수행됩니다. 이 연구는 올해 말에 시작되어 2024년 XNUMX월까지 진행될 예정입니다.

개념 성숙 연구가 완료된 후 GOMAP의 세 번째 단계는 NASA가 Habitable Worlds Observatory를 위한 "진화된 사전 A 단계" 연구라고 부르는 것입니다. 그것은 2029년에 임무에 대한 공식 작업이 시작될 수 있도록 망원경의 설계와 필요한 핵심 기술을 더욱 개선할 것입니다.

NASA는 천문대의 설계 및 기술 개발 작업을 통해 "가능한 한 신속하게" 움직이기를 원하지만 그녀가 제시한 일정은 개념적인 것이라고 경고했습니다. "그것은 NASA가 받는 자금에 달려 있습니다."

New Great Observatories의 복음 전파

GOMAP은 세 번째 단계로 이동하면서 Astro2020을 위해 연구된 Lynx X-ray Observatory라는 개념을 기반으로 하는 X선 망원경과 또 다른 Astro2020을 기반으로 하는 원적외선 망원경과 같은 미래 플래그십에 필요한 기술도 살펴볼 것입니다. 개념, 오리진스 우주 망원경.

Crooke는 "우리는 거주 가능 세계 천문대를 위해 가능한 한 신속하게 전진하는 동시에 다른 미래의 위대한 천문대를 위한 토대를 마련할 것입니다."라고 약속했습니다.

많은 천문학자들은 New Great Observatories라고 부르는 개념 뒤에 집결했습니다. 여기에는 Habitable Worlds Observatory와 이후의 원적외선 및 X선 망원경도 포함되어 있습니다. 그들은 그것을 허블 우주 망원경, 콤프턴 감마선 천문대, 찬드라 X선 천문대, 스피처 우주 망원경을 포함하는 NASA의 원래 대천문대와 비교합니다.

원래 Great Observatories가 대부분 병렬로 작동했던 것처럼(Compton은 Spitzer가 출시되기 몇 년 전에 궤도를 이탈했습니다.) 천문학자들은 XNUMX개의 New Great Observatories가 동시에 작동하여 함께 작업하여 거주 가능한 외계 행성 검색과 같은 분야에서 돌파구를 만들 수 있기를 원합니다.

"주어진 행성의 거주 가능성은 X선과 원자외선 스펙트럼과 별의 활동에 의해 영향을 받습니다."라고 Christiansen은 말했습니다. "Habitable Worlds Observatory는 동시에 X선과 원자외선 기능을 동시에 보유해야만 임무를 성공적으로 수행할 수 있습니다."

그녀는 AAS 컨퍼런스 중 워크숍에서 연설을 했습니다. 그곳에서 입석만 있는 군중이 New Great Observatories에서 작업을 가속화할 전망에 대해 들었습니다. 풀뿌리 연합은 망원경 작업 속도를 높이기 위한 지원을 구축하기 위해 노력했으며, NASA의 천체물리학 프로그램에 대한 상당한 자금 증가가 필요하다고 인정했습니다.

Space Telescope Science Institute의 천문학자인 Jason Tumlinson은 회의에서 몇 가지 자금 조달 프로필을 발표했습니다. 하나의 프로필은 11억 달러의 비용이 드는 Habitable Worlds Observatory를 2041년에 발사할 수 있게 하고 X선 및 원적외선 망원경은 2047년과 2051년에 발사할 수 있습니다. (이 두 가지 미래 임무의 순서는 중요하지 않다고 대부분의 천문학자들은 믿습니다. ) "이것이 우리가 원하는 것이지만, 충분히 빠르지는 않습니다."라고 그는 말했습니다.

그 평가조차도 일부에게는 낙관적이었습니다. Northrop Grumman의 과학 로봇 탐사 수석 설계자인 Jonathan Arenberg는 "우리가 2065년을 맞이한다면 마지막 Great Observatories가 XNUMX년에 완공되어 발사될 것이라는 점에 주목할 가치가 있습니다."라고 말했습니다. "말할 필요도 없이 너무 느리다."

Tumlinson이 제공하는 대체 예산 프로필을 통해 Habitable Worlds Observatory는 2035년에 시작되고 나머지 두 개는 2040년과 2045년에 시작됩니다. 캐치? 현재 연간 약 1.5억 달러인 NASA의 천체물리학 예산이 매년 2.5억 달러로 증가한다고 가정합니다. "이 예산은 우리 모두가 원하는 프로그램을 실행할 수 있는 예산이며, 실현될 수 있습니다." 그는 증가된 예산이 NASA의 행성 과학을 위한 현재 연간 예산보다 적다는 점을 언급했습니다.

Chandra와 JWST에서 일했던 Arenberg는 이러한 망원경의 설계와 구성을 보다 효율적으로 만들 수 있는 기회를 보았습니다. "우리의 현재 개발 패러다임은 기껏해야 산업화 이전 또는 장인 정신으로 설명될 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. 그는 비용을 절감하고 개발 시간을 단축할 수 있는 기술과 인력의 재사용을 최대화하여 세 가지 임무를 모두 단일 프로그램으로(아마도 단일 계약자와 함께) 개발할 것을 옹호했습니다.

워크샵의 주최자 중 한 명은 Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics의 천문학자이자 New Great Observatories의 전도사인 Grant Tremblay였습니다. 회의 시작에서 그는 제한된 예산과 유인 우주 비행에 대한 새로운 초점에서 인플레이션 및 지정학적 불안정에 이르기까지 개념에 반대되는 모든 요인을 설명했습니다. 그러나 그는 천문학자들이 원래의 Great Observatories를 옹호하고 결국 자금을 확보한 1980년대에도 이러한 모든 도전이 존재했다고 주장했습니다.

그는 JWST를 포함한 NASA의 최근 성공이 New Great Observatories를 위한 모멘텀을 구축할 수 있기를 희망합니다. "이것은 최근 NASA 역사상 가장 성공적인 XNUMX년 중 하나였습니다."라고 그는 말했습니다. 이러한 성공의 공통점은 좋을 때나 나쁠 때나 자신의 프로젝트를 위해 싸운 옹호자들이라고 그는 주장했습니다.

New Great Observatories는 동일한 옹호가 필요할 것이라고 그는 꽉 찬 방에 말했습니다. “XNUMX년입니다. 우리 앞에는 길이 멀다”고 말했다. “우리는 하나의 전망대만 추구하는 것이 아닙니다. Habitable Worlds Observatory를 시작으로 함대를 추격하고 있습니다.”

이 기사는 원래 SpaceNews 매거진 2023년 XNUMX월호에 실렸습니다.

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• 출처: https://spacenews.com/envisioning-the-next-generation-of-space-telescopes/