2003년 9월 27일 과학기술위성 1호가 성공적으로 발사된 이래, 주탑재체인 원자외선분광기(Far-ultraviolet Imaging Spectrograph, FIMS)는 초기 운용 모드를 거쳐 현재까지 정상 관측을 수행하고 있다. FIMS는 전천관측을 통해 우리은하의 뜨거운 가스의 분포를 측정하고 있으며, 초신성 잔해 및 성간운의 수소 방출선, 그리고 지구 대기의 대기광 등에 대한 관측을 수행하고 있다. FIMS의 광학계 및 검출기는 지상에서 특성 평가 및 보정을 마쳤지만, 우주 발사 과정의 진동에 의한 효과, 우주 환경에의 노출 등에 의한 효과로 인해 궤도상 보정이 필수적이다. 한편, 지구 대기에는 수소 및 질소 분자 등이 태양빛을 받아 강한 방출선들을 내는데 이들은 파장 보정의 좋은 기준선들이 된다. 이 논문에서 우리는 FIMS로 대기광 방출선들을 관측하였고, 관측된 방출선을 검출기의 위치에 따라 모델 스펙트럼과 비교하여 그 차이를 구하였으며, 이것을 보정시킴으로써 FIMS의 장파장에서의 분해능 및 정확도를 향상시키는데 기여하였다.
2003년 9월 27일 과학기술위성 1호가 성공적으로 발사된 이래, 주탑재체인 원자외선분광기(Far-ultraviolet Imaging Spectrograph, FIMS)는 초기 운용 모드를 거쳐 현재까지 정상 관측을 수행하고 있다. FIMS는 전천관측을 통해 우리은하의 뜨거운 가스의 분포를 측정하고 있으며, 초신성 잔해 및 성간운의 수소 방출선, 그리고 지구 대기의 대기광 등에 대한 관측을 수행하고 있다. FIMS의 광학계 및 검출기는 지상에서 특성 평가 및 보정을 마쳤지만, 우주 발사 과정의 진동에 의한 효과, 우주 환경에의 노출 등에 의한 효과로 인해 궤도상 보정이 필수적이다. 한편, 지구 대기에는 수소 및 질소 분자 등이 태양빛을 받아 강한 방출선들을 내는데 이들은 파장 보정의 좋은 기준선들이 된다. 이 논문에서 우리는 FIMS로 대기광 방출선들을 관측하였고, 관측된 방출선을 검출기의 위치에 따라 모델 스펙트럼과 비교하여 그 차이를 구하였으며, 이것을 보정시킴으로써 FIMS의 장파장에서의 분해능 및 정확도를 향상시키는데 기여하였다.
Far-ultraviolet Imaging Spectrograph (FIMS) is the main payload of the Korea's first scientific micro satellite STSAT-1, which was launched at Sep. 27 2003 successfully. Major objective of FIMS is observing hot gas in the Galaxy in FUV bands to diagnose the energy flow models of the interstellar med...
Far-ultraviolet Imaging Spectrograph (FIMS) is the main payload of the Korea's first scientific micro satellite STSAT-1, which was launched at Sep. 27 2003 successfully. Major objective of FIMS is observing hot gas in the Galaxy in FUV bands to diagnose the energy flow models of the interstellar medium. Supernova remnants, molecular clouds, and Aurora emission in the geomagnetic pole regions are specific targets for pointing observation. Although the whole system was calibrated before launch, it is essential to perform on-orbit calibration for data analysis. For spectral calibration, we observed airglow lines in the atmosphere since they provide good spectral references. We identify and compare the observed airglow lines with model calculations, and correct the spectral distortion appeared in the detector system to improve the spectral resolution of the system.
Far-ultraviolet Imaging Spectrograph (FIMS) is the main payload of the Korea's first scientific micro satellite STSAT-1, which was launched at Sep. 27 2003 successfully. Major objective of FIMS is observing hot gas in the Galaxy in FUV bands to diagnose the energy flow models of the interstellar medium. Supernova remnants, molecular clouds, and Aurora emission in the geomagnetic pole regions are specific targets for pointing observation. Although the whole system was calibrated before launch, it is essential to perform on-orbit calibration for data analysis. For spectral calibration, we observed airglow lines in the atmosphere since they provide good spectral references. We identify and compare the observed airglow lines with model calculations, and correct the spectral distortion appeared in the detector system to improve the spectral resolution of the system.
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문제 정의
본 연구에서는 FIMS 로 지구의 대기광 방출선을 관측하고, 이를 대기광 모델 스펙트럼과 비교함으로써 FIMS의 장파장 영역의 보정 과정과 그 결과를 제시하였다.
제안 방법
FIMS 데이터의 특성상 기존의 IDL이나 IRAF package에서는 필요에 꼭 맞는 파장 왜곡 보정 프로그램을 찾을 수 없었기 때문에 우리는 표 2이 근거하여 Φ에 따른 파장 왜곡을 보정해주는 IDL 프로그램을 직접 개발하여 데이터를 보 정해 주었다.
우리는 과학기술위성 1호의 과학탑재체 원자외선분광기를 이용해 대기광을 관측함으로써 원자외선분광기 의 장파장에 대한 보정을 수행하였다.
이 프로그램에서 Φ에 따른 각 섹션 별로 위의 표를 이용하여 파장에 따른 distortion율 polynomial fitting을 한 후에, 그 값이 0이 되도록, 즉 AURIC 모델 값과 FIMS 관측 값의 차이가 0이 되도록 data를 inverse interpolation 하는 작업을 수행한다.
대상 데이터
FIMS의 파장 보정 분석을 위해 2003년 12월부터 2004년 8월까지 362개 orbit에 걸쳐 관측한 대기광 스펙트럼 데이터를 이용하였다.
데이터처리
이렇게 나뉘어진 각 섹션 별로 그림 3처럼 다시 histogram을 구하고 각각의 대기광 스펙트럼 라인들의 중심 파장을 Gaussian fitting 방법을 이용하여 측정한 후 AURIC의 모델 결과와 그 값을 비교하였다(표 2).
점선으로 그려진 스펙트럼은 대기광 시뮬레이션 프로그램 AURIC을 이용하여 계산한 것이다.
이론/모형
이러한 광학계을 설계하기 위해 광경로 및 spot diagram을 계산하였으며 (유광선 외 2001), 제작 오차에 의한 성능의 감소를 계산하기 위해 한계 연구(tolerance study)를 수행하였다(선광일 외 2001, 2002).
성능/효과
FIMS detector의 슬릿각도에 따라 관측된 대기광 선과 모델 선을 비교함으로써 슬릿각도에 따른 왜곡을 보정하고 파장의 절대적인 값을 결정할 수 있었다.
파장 보정 전과 보정 후의 L band의 파장에 따른 FWHM, 즉 분해능을 비교해본 결과, 파장 보정 전에 FIMS의 파장 분해능이 λ = 1400Å 근처에서 4.1Å이고, 파장 보정 후에는 3.8Å이며, λ = 1500Å 근처에서 3.8Å에서 3.5Å으로, 그리고 1600Å 근처에서 3.5Å에서 3.3Å으로 향상되어 전체적으로 약 10%의 파장 분해능이 향상되었음을 알 수 있다.
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