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우주

뉴 프런티어 2 - 주노(Juno)

by 코스믹구구 2024. 7. 24.
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지난 글을 통해 NASA의 중형 무인 우주 탐사 계획 중 하나인 뉴 프런티어 계획(New Frontiers Program)과 그 첫 번째 임무인 뉴 허라이즌스에 대해 소개한 바가 있습니다. 이어서 두 번째 임무인 주노(Juno)에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 주노(Nuno)

주노 (출처: NASA)

 

뉴 프런티어 계획의 두 번째 임무인 주노는 목성의 궤도를 돌며 목성 탐사를 목적으로 진행된 임무로 2011년 8월 5일에 발사되었습니다. 뉴 허라이즌스와 마찬가지로 아틀라스 v 로켓에 탑재되어 발사되었고, 현재도 목성 궤도를 돌며 임무를 수행하고 있습니다.

 

 

2. 주노의 주요 목표

1) 목성의 내부 구조와 구성 요소 분석

  • 중력장 및 자기장 조사: 목성의 중력장과 자기장을 정밀하게 측정하여 내부 구조를 분석합니다. 이를 통해 목성의 중심부가 고체인지 액체인지, 혹은 혼합 상태인지 확인할 수 있습니다​.
  • 내부 층상 구조 이해: 목성 내부의 다양한 층들의 두께와 밀도를 파악하여 목성이 형성된 방식을 이해할 수 있습니다.

2) 목성 대기 성분과 동역학 연구

  • 대기 조성 분석: 목성의 대기에 포함된 물, 암모니아 등 주요 성분의 양을 측정하여 목성의 형성과 진화에 대한 정보를 연구합니다.
  • 대기 순환 연구: 대기의 온도 분포, 바람의 속도 및 방향성 등을 측정하여 대기의 흐름과 순환 패턴을 조사하고 목성의 날씨와 기후 시스템을 연구합니다.

3) 목성의 자기장 연구

  • 자기장 지도 작성: 목성의 자기장을 정밀하게 측정하여 자기장 지도를 작성하여 목성의 자기장이 어떻게 생성되고 변하는지 이해합니다​
  • 자기권 연구: 목성의 자기권과 태양풍의 상호작용을 조사합니다. 이를 통해 목성의 자기권이 태양풍에 의해 어떻게 변화하는지 연구합니다.

4) 극지방 및 극광 연구

  • 극지방 관측: 목성의 극지방에서 발생하는 극광 현상을 조사하여 목성의 자기장과 대기 사이의 상호작용을 연구합니다.
  • 극광의 구조와 메커니즘: 극광의 구조와 발생 메커니즘을 분석하여 지구와 다른 행성들의 극광과 비교 연구합니다​.

5) 목성의 형성과 진화 이해

  • 형성 이론 검증: 목성의 현재 상태를 바탕으로 기존의 행성 형성 이론들을 검증하고, 다른 가스 행성들의 형성과 진화을 이해하고 연구합니다.

 

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3. 임무 진행 과정과 주요 성과

개발 및 준비 단계

주노 미션은 목성의 기원과 진화를 연구하는 것을 목표로 하여 2003년에 NASA의 뉴 프런티어 계획의 일환으로 제안되었습니다. NASA는 2005년 7월, 주노 임무를 공식적으로 승인하며, 이후 과학 장비와 우주선 시스템의 설계와 제작이 이루어집니다. 주노 임무 목표에 맞춰 주노 탐사선은 목성의 대기와 구름층의 이미지를 촬영하는 카메라인 주노캠, 목성의 자기장을 측정하기 위한 자력계, 목성의 대기 속 물과 암모니아의 분포를 측정하는 장비인 마이크로파 방사계, 목성의 중력을 측정하여 내부 구조를 분석을 위한 중력 과학 장비 등을 갖춥니다.

 

발사 및 항해 단계

 

주노 탑재 아틀라스 V 발사 (출처: Wikimedia commons)

 

2011년 8월 5일, 주노는 아틀라스 V 551 로켓에 탑재되어 플로리다 케이프 커내버럴 공군 기지에서 성공적으로 발사되었으며, 발사 후 주노는 태양 전지 패널을 펼치고 지구와 통신을 시작하였습니다. 발사 후 목성에 도달하기까지 5년간의 항해를 하였는데, 이 과정에서 태양 에너지를 사용해 탐사선의 전력을 공급하였으며, 뉴 허라이즌이 목성 플라이바이를 속도를 얻었듯이 주노 역시 지구 플라이바이를 통해 속도를 얻고 소요 시간을 단축하게 됩니다.

주노 이동 경로 (출처: NASA)

 

목성 탐사

2016년 7월 5일, 주노는 목성 궤도에 성공적으로 진입했습니다. 이때 메인 엔진을 사용하여 속도를 줄이는 궤도 삽입 기동을 통해 목성의 중력에 안정적으로 잡혔습니다.

 

주노는 맡은바 임무를 훌륭하게 마쳤습니다. 자기장 연구를 통해 이전보다 10배 이상 정밀한 자기장 지도를 작성하였으며, 목성의 자기장이 북반구와 남반구에서 비대칭적임을 발견했습니다. 대기 구성 및 구조 분석을 통해 목성 대기에서 물과 암모니아가 대기 전체에 고르게 분포하지 않고 특정 지역에 집중되어 있음을 발견했으며, 대기의 심층 구조와 운동을 파악하고 목성의 기후와 날씨 시스템을 더 잘 이해할 수 있게 되었습니다​. 또 목성의 극지방에서 발생하는 극광 현상을 상세히 관측함으로써 극광의 구조와 발생 메커니즘을 분석하고 목성의 자기장과 대기 사이의 상호작용을 이해하는 데 기여했으며, 정밀한 중력장 측정을 통해 내부 구조도 분석할 수 있었습니다.

 

초기 주노 임무는 목성의 대기, 자기장, 중력장 등을 연구하는 것이 주목적으로 2018년에 임무 종료 예정이었으나, 과학적 가치가 매우 높아 2021년까지로 연장되었고 이후 추가 연장을 통해 현재 목성 궤도를 공전하며 연구를 계속하고 있습니다. 확장 임무로는 주로 목성의 위성 연구가 이루어졌습니다.

 

먼저 2021년 6월 7일 가니메데에 가장 가까이(표면으로부터 약 1,038km 거리) 접근하여 연구를 수행했습니다. 가니메데의 표면과 자기권에 대한 상세한 이미지를 제공하였고, 가니메데의 얼음 껍질 아래에 물이 존재할 가능성에 대한 단서를 찾게 됩니다. 2022년 9월 29일에는 유로파에 접근하여 유로파 표면의 상세한 이미지와 함께, 얼음 표면 아래에 존재할 수 있는 물에 대한 중요한 데이터를 수집했습니다. 이는 유로파의 지질 활동과 내부 구조에 대한 이해를 높이는 데 기여했습니다​. 2024년 5월과 7월에 이오에 근접 비행하면서 이오의 활발한 화산 활동을 상세히 관측하였고, 용암 호수의 변화를 기록했습니다.

 

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다음은 주노를 통해 촬영한 사진의 일부입니다.

 

목성 (출처: NASA)
목성의 구름과 폭풍 (출처: NASA)
32,000마일 상공에서 촬영한 목성 남극(출처: NASA)
목성의 위성 이오(출처: NASA)
목성의 위성 유로파 (출처: NASA)
목성의 위성 가니메데 (출처: NASA)

 

 

 

 

주노 탐사선의 주요 성과들은 목성과 그 위성들에 대한 우리의 이해를 크게 넓혀주었으며, 여전히 목성 궤도를 돌며 태양계의 형성과 진화에 대한 중요한 정보를 제공하고 있습니다. 앞으로도 주노가 계속해서 놀라운 발견을 이어나가길 바라며 주노 팀과 모든 관련자들에게 깊은 감사와 존경을 표합니다.

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