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목성의 정체를 밝혀라
의
미션
NASA
JUNO
–
작성
한국항공우주연구원 김은혁 선임연구원
:
(
)
목성은 태양계 개 행성
년 이전 개였으나 가장 질량이 작고 크기도 작은
8
2006
9
–
행성이었던 명왕성이 행성 지위에서 강등된 이후 현재까지 개의 행성이 있음
중에
8
–
서 가장 중량이 많이 나가는 행성이다 목성의 질량은
.
지구의 약
배이며 만약 목
320
성의 질량이 현재 값의 약
배 이상이었다면 태양계에는 태양이외에 또 하나의 별
70
여기서 별은 자체 핵융합 반응으로 에너지를 발생하는 천체를 의미함
을 갖게 되
–
–
었을 것이다
이러한 상상은 단지 상상에 그치지 않고 우리가 살고 있는 은하계에는
.
이와 같은 쌍성계가 무수히 많이 있다 목성은 이와 같이 질량이 태양계 행성 중에서
.
그림
미션의 개요 탐사선 형상 탑재체 요약 등
1 JUNO
:
,
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가장 크다는 이유만으로도 충분히 연구 대상이다
특히 태양계 행성을 크게 가지로
.
2
구분할 때
지구와 같이 딱딱한 표면을 갖는 지구형 행성과 목성과 같이 가스입자로
–
구성된 목성형 행성
목성형 행성의 대표이다 목성을 자세히 연구하면 유사한 행성
.
–
들인 토성 천왕성 해왕성에 대한 연구도 가능하다
,
,
.
미국
를 중심으로
년
을 시작으로 목성 연구가 시작되었고
NASA
1973
Pioneer 10
가장 최근에는
탐사선이 약 년간 달 주기의 고타원궤도로
Galileo (1995 ~ 2003)
8
2
목성 주위를 공전하며 탐사를 수행하였다 최근에 대중에게 공개되는 목성 및 목성의
.
위성에 대한 대부분의 연구 및 사진 자료는
탐사선에 의한 것이다
다만
Galileo
.
,
탐사선은 목성뿐만 아니라 행성 목성을 구성하는 다른 천체
목성의 위성
Galileo
–
–
의 연구를 동시에 수행하였기에 공전 궤도의 장반경이 매우 커서 목성 자체를 연구하
는 데 있어서는 명확한 한계를 갖고 있었다.
행성계로서의 목성 연구보다는 목성 자체의 기원에 관한 연구를 수행하기 위해 미
국
는
년 월 새로운 목성 탐사선
를
NASA
2011
8
JUNO (JUpiter Near-polar Orbiter)
발사하였다 이름
는 그리스 로마 신화에서 신들의 제왕
의 아내
.
JUNO
-
Jupiter (or Zeus)
가 남편이 고의로 만든 구름의 장막을 통해서 남편
의 행동을 감시
Juno (or Hera)
Jupiter
하는 것에 기인한다 즉 탐사선
가 매우 두꺼운 가스구름으로 뒤덮인 목성의 대기
.
,
JUNO
를 통하여 목성 탄생 및 기원을 연구한다는 의미를 갖는다
의 개발 발사 운영에
. JUNO
,
,
는 미화 약
억 달러가 소요되었다
11
.
는 약 년간의 우주비행을 마치고 올해
JUNO
5
월 초
월 일 에 목성에 접근하고 이후 목성
7
(7
5 )
의 중력장에 포획되어서 탐사 임무를 수행할 예
정이다 발사 년 후인
년
월 경에 지구
.
2
2013
10
에 접근하여 지표면에서 약
까지 접근함
(
560km
)
지구 중력장의 도움으로 가속을 하였다 이때 얻
.
게 된 속도 이득 값은 약
인데 이 값을
3.9km/s
발사체
의 추력과 비교하면 전체 발
Atlas V 551
사체 추력의 약
에 해당한다 즉 지구 중력
70%
.
,
의 도움으로 그 만큼의 연료를 절약할 수 있었다
는 의미이다 그림 에
의 우주비행 궤적
.
2
JUNO
과 지구 중력장의 도움을 받은 시점이 표시되었
다 그림 은
를 위해
가 지
.
3
Earth fly-by
JUNO
구에 접근하는 궤적을 지구의 위와 옆에서 관측
한 모습이다
는 밤 시간에 아프리카 대륙
. JUNO
그림
의 우주비행 궤적
2 JUNO
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남쪽을 지나면서 지구 중력장의 도움으로 가속하였다
.
목성 탐사선
는 몇 가지 측면에서 심우주 탐사선으로서 예외적이다 이 중 가장
JUNO
.
주목할 만한 것은 매우 큰 면적을 갖는 태양전지판이다
의 태양전지판 구조는 한
. JUNO
국의 아리랑 위성 호 혹은 다목적실용위성 호 와 유사하다 다만 태양전지판의 면적
3
(
3 )
.
,
이 매우 크다
에 설치된 태양전지판의 크기는
. JUNO
2.7 x 8.9m
2로서
에서 개발한
NASA
심우주 탐사선에 설치된 태양전지판 중에서 가장 큰 규모를 갖는다 참고로 아리랑 호에 설
(
3
치된 태양전지판과 비교하면
에 설치된 태양전지판은 약
배 크기임
JUNO
11
)
이렇게 큰 태양전지판을
.
에 설치한 이유는 매우 단순하다 미국
는 그동안 목성 궤도 이상의 심우주
JUNO
.
NASA
탐사선에는 핵연료를 탑재한
를 이용하여
RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator)
전력을 생산하였다 그리고 주 연료로서 플루토늄을 사용하였고 대부분 러시아에서 수입
.
하였다 그런데 최근에 러시아에서의 플루토늄 수입이 원활하게 이루지어지 않았고 또한
.
핵연료 탑재 탐사선 발사에 수반된 위험에 대한 일반 대중의 우려가 큰 점도 고려하였다.
그리고 태양에서 목성까지의 거리가 태양에서 지구사이 거리의 약 배 이상이므로 목성
,
5
궤도에서 받게 되는 태양빛의 양
은 지구궤도에서 받게 되는 값의
약
수준이므로 탐사선을 유
4%
지하고 탑재체를 운영하여 탐사
를 수행하기 위한 전원을 공급받
기 위하여 매우 큰 태양전지판이
필요하였다 다만 이러한 크기의
.
태양전지판은 무게만도
에
340kg
달하여 전체 탐사선의 중량 증가
에 큰 몫을 하였다
는 설
. JUNO
치된 태양전지판을 이용하여 약
의 전력을 생산하며 임무를
450W
그림
목성탐사선
의
시의 궤적 왼쪽 위에서 본 모습 오른쪽 옆에서 본 모습
3
JUNO
Earth fly-by
(
:
,
:
)
그림
의 임무 예정 궤도
4 JUNO
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수행할 예정이다 비교하여 아리랑 호는 설치된 태양전지판을 이용하여 약
의 전력을 생산함
(
3
1,400W
)
.
목성 근처에 다다른 후
는 적당한 역추진분사를 통하여 목성의 중력장에 포획
JUNO
되며 임무 수행을 위하여 공전주기 약
일의 목성의 북극과 남극을 공전하는 고타
14
원궤도 목성 최근접 거리는 약
임 를 갖게 될 예정이다 그림
참조
그
(
4,300km )
(
4
).
러면
는 약 년의 임무 기간 동안
회 목성 주위를 공전한다 비록 목성 표면
JUNO
1
37
.
에서 약
까지 접근하나 대부분의 기간 동안에는 목성에서 상당히 먼 거리에서
4,300km
임무를 수행하므로 목성에서 발생되는 강한 복사
이러한 복사는 탐사선과 탑재체의
–
성능에 심각한 영향을 미침
로부터 최소한으로 영향 받게 된다 실제로 탐사선
.
JUNO
–
는 탑재체 전자부의 보호를 위해 약 티타늄으로 만들어진
두께의 차페벽을 갖고 있
1cm
다.
미션의 성공을 통하여 미국
는 다음의 과학적 목적을 이루고자 한다
JUNO
NASA
.
목성 생성의 기원
1)
목성에 있는 물 산소의 양
2)
,
목성의 내부 구조 지구처럼 고체 코어 존재 유무
3)
(
)
목성의 전반적인 자전 양상
4)
목성의 매우 강한 자기장 생성 기원
5)
목성 대기의 현상과 목성 내부 구조의 상호 관계 대적점 등
6)
(
)
목성 극지방의 형태
7)
이러한 목적을 달성하기 위해서
탐사선에는 개의 탑재체가 탑재되었다 표
참
JUNO
9
(
1
조
개의 탑재체는 다양한 목적을 갖고 있으며 임무 완수 후 인류는 목성의 기원에 대
). 9
한 이해의 깊이를 더욱 깊게 할 수 있을 것으로 기대된다.
탑재체 명 약어
(
)
임무 및 과학 목적
Microwave Radiometer
(MWR)
전파를 이용하여 목성 대기 대기압 약
의 내부를 조사함
(
1,000)
.
Jovian Infrared Auroral
Mapper (JIRAM)
적외선 영역에서 목성 대기 최상층부에서 약
아래 지역의 사진
60km
촬영 수행
Magnetometer (MAG)
매우 강한 세기를 갖는 목성 주위 자기장의
차원 지도 작성
3
Gravity Science (GS)
목성의 중력장 연구를 통하여 내부구조를 파악함
Jovian Auroral
Distribution Experiment
(JADE)
목성 오로라를 발생시키는 입자의 특징 및 과정을 연구함
표 1 탐사선
의 과학탑재체와 과학 임무
JUNO
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탐사선
는 년의 임무 기간이 종료된 이후 적절한 제어를 통하여 목성과 충돌
JUNO
1
할 예정이다
아마도 매우 강한 목성의 복사에 의해 탐사선 본체와 탑재체의 기능이
.
지속적으로 저하될 것이다
다만
년의 임무 기간 동안 특별한 어려움 없이 탐사선
.
, 1
이 작동을 하여 목성의 기원 더 나아가서 태양계 행성에 대한 많은 비밀이 해결되기
,
를 기대한다.
이 글은 아래의 누리집과 자료에 기반하여 작성되었다.
※
JUNO Mission: Wikipedia, the free encyclopedia
JUNO Mission Profile: JUNO Launch Press-Kit/August 2011, NASA
Earth fly-by: http://www.nasa.gov/mission_pages/juno/earthflyby.html#.VhXfjnpViko
Juno Payloads: Dodge, Boyles, & Rasbach, “Key and Driving Requirements for the Juno Payload
Suite of Instruments”, JPL, Feb. 23, 2011
Jovian Energetic Particle
Detector Instrument
(JEDI)
목성에서의 고에너지 입자의 특성 및 이들이 목성의 자기장과
상호작용하는 세부적인 내용 조사함
Radio and Plasma Wave
Sensor (Waves)
목성의 자기장 구조 및 세기 등 을 이해하기 위하여 전파 및 플라즈마를
(
)
관측함
Ultraviolet Imaging
Spectrograph (UVS)
자외선 영역에서 목성 오로라의 분광영상을 촬영함
JunoCam (JCM)
목성 대기 최상층부의 천연색 영상 촬영
