[국내논문]국내 소형천문대 기선을 이용한 근접 소행성 지심시차 측정 Geocentric parallax measurements of Near-Earth Asteroid using Baselines with domestic small-size observatories원문보기
국내 교육용 천문대 네 곳과의 협력으로 세 개의 기선을 구축 및 동시 관측을 수행하여, 지구근접천체 Amor족 소행성인 1036 Ganymed의 지심시차와 거리, 운동 상태를 알아보았다. 관측은 2011년 9월에서 11월 동안, 동시 관측이 가능한 날에 이루어졌다. 1036 Ganymed의 거리는 9월 26일 0.40 AU, 10월 11일 0.40 AU, 10월 25일 0.34 AU 이었고, 각각은 미국 제트추진연구소가 제시하는 측정거리와 비교한 결과 오차 범위내의 값이었다. 1036 Ganymed는 관측기간 동안 순행 운동을 보였고, 접선 각속력은 $0.04-0.05^{{\prime}{\prime}}\;sec^{-1}$로 측정되었다. 본 연구를 통해 국내에 있는 교육용 천문대들의 동시 관측으로 0.4 AU 부근의 소행성에 대해 약 5% 정도의 오차 범위를 가지는 거리 측정치를 얻을 수 있음을 보였다. 이로부터, 교육용 천문대 간의 네트워크를 기반으로 한 협력 관측 수행이 이루어지고 새로운 연구연계 교육프로그램의 유형으로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
국내 교육용 천문대 네 곳과의 협력으로 세 개의 기선을 구축 및 동시 관측을 수행하여, 지구근접천체 Amor족 소행성인 1036 Ganymed의 지심시차와 거리, 운동 상태를 알아보았다. 관측은 2011년 9월에서 11월 동안, 동시 관측이 가능한 날에 이루어졌다. 1036 Ganymed의 거리는 9월 26일 0.40 AU, 10월 11일 0.40 AU, 10월 25일 0.34 AU 이었고, 각각은 미국 제트추진연구소가 제시하는 측정거리와 비교한 결과 오차 범위내의 값이었다. 1036 Ganymed는 관측기간 동안 순행 운동을 보였고, 접선 각속력은 $0.04-0.05^{{\prime}{\prime}}\;sec^{-1}$로 측정되었다. 본 연구를 통해 국내에 있는 교육용 천문대들의 동시 관측으로 0.4 AU 부근의 소행성에 대해 약 5% 정도의 오차 범위를 가지는 거리 측정치를 얻을 수 있음을 보였다. 이로부터, 교육용 천문대 간의 네트워크를 기반으로 한 협력 관측 수행이 이루어지고 새로운 연구연계 교육프로그램의 유형으로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.
We cooperated with four domestic educational astronomical observatories to construct a baseline and perform simultaneous observations to determine the geocentric parallax, distance, and motion of 1036 Ganymed, an Amor asteroid near the Earth. Observations were made on the day when simultaneous obser...
We cooperated with four domestic educational astronomical observatories to construct a baseline and perform simultaneous observations to determine the geocentric parallax, distance, and motion of 1036 Ganymed, an Amor asteroid near the Earth. Observations were made on the day when simultaneous observations were possible from September to November 2011. Measured distances of 1036 Ganymed were 0.394 AU on Sept. 26, 0.365 AU on Oct. 11, and 0.340 AU on Oct. 25, respectively, which were within the error range as compared with the measured distances proposed by the US Jet Propulsion Laboratory. The 1036 Ganymed showed a tilting motion during the observation period, and the tangential angular velocities were measured at $0.037-0.052^{{\prime {\prime}}\;sec^{-1}$. Through this study, it was shown that the simultaneous observations among educational astronomical observations can obtain distance measurements with an error range of about 5% for asteroids near 0.4 AU. And it expected to be used as a research & education program emphasizing collaborative observation activities based on a network between observatories.
We cooperated with four domestic educational astronomical observatories to construct a baseline and perform simultaneous observations to determine the geocentric parallax, distance, and motion of 1036 Ganymed, an Amor asteroid near the Earth. Observations were made on the day when simultaneous observations were possible from September to November 2011. Measured distances of 1036 Ganymed were 0.394 AU on Sept. 26, 0.365 AU on Oct. 11, and 0.340 AU on Oct. 25, respectively, which were within the error range as compared with the measured distances proposed by the US Jet Propulsion Laboratory. The 1036 Ganymed showed a tilting motion during the observation period, and the tangential angular velocities were measured at $0.037-0.052^{{\prime {\prime}}\;sec^{-1}$. Through this study, it was shown that the simultaneous observations among educational astronomical observations can obtain distance measurements with an error range of about 5% for asteroids near 0.4 AU. And it expected to be used as a research & education program emphasizing collaborative observation activities based on a network between observatories.
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문제 정의
그러나 관측시스템을 활용하는 프로그램의 종류는 제한적이고 국내 실험실습용 망원경의 네트워크를 활용한 관측 프로그램은 거의 없는 상태이다. 그래서, 본 연구에서는 지구근접천체(Near-Earth Objects, NEOs) 소행성을 대상으로 여러 관측소가 동시 관측을 수행하여 소행성의 운동 상태, 거리, 지심시차와 같은 물리량을 과학적으로 의미 있는 수준에서 구하여 교육용 관측소들을 위한 새로운 프로그램으로써의 검증을 하고자 한다.
Amor족 소행성의 일부는 수백 km 정도의 기선을 가진 관측소의 동시 관측을 통해 지심시차와 거리의 측정이 가능하다. 국내의 일선 학교나 시민천문대가 보유하고 있는 소형 관측시스템들을 협력관측지로 구성하여 지심시차를 측정하는데 사용해보고자 했다. 물론 4000 km 이상의 기선거리에서 2006 BN55 등 9개 NEOs의 시차를 측정하여 단지 수%의 오차를 갖는 거리를 구할 수 있다(Birtwhistle and Robson, 2006).
그래서 본 연구에서는 Amor 소행성인 1036 Ganymed를 대상으로 국내의 천문대의 동시 관측으로 소행성의 지심시차를 통해 거리와 운동의 특징을 도출하고 검증하는 일련의 과정을 직접 확인하고 수행 과정을 국내 천문대간의 네트워크 기반 프로그램으로 제안하고자 한다.
가설 설정
Amor족 소행성으로 구분되기 위하여 다음 세 가지 조건이 필요하다. 첫째, 어느 행성보다 지구에 가까이 접근해야 한다. 둘째, 지구의 궤도 밖에 궤도가 있어야 한다.
둘째, 지구의 궤도 밖에 궤도가 있어야 한다. 셋째로 지구 궤도와는 만나지 않는다. 즉, Amor족 소행성은 태양에서 1 AU 이내 일 수 없다.
제안 방법
물론 4000 km 이상의 기선거리에서 2006 BN55 등 9개 NEOs의 시차를 측정하여 단지 수%의 오차를 갖는 거리를 구할 수 있다(Birtwhistle and Robson, 2006). 기선거리가 짧을수록 측성오차가 미치는 영향이 상대적으로 커지므로 협력 대상 천문대 선택에서 긴 기선이 확보되는 부분을 우선시 했다.
지심시차는 지표상의 관측자와 천체 그리고 지구중심이 이루는 각이다. 지표상 두 지점에서 같은 천체를 동시에 관측하여 지심시차의 합을 구하고 기하학을 적용하여 기선거리와 호도법으로 소행성까지의 거리를 구한다. 최대 기선거리가 되는 지구직경 기선이 만드는 시차는 가장 가까운 별도 10−8'' 보다 작아 지심시차를 이용한 거리측정은 태양계 행성, 소행성, 혜성 등 태양계 구성체에 제한된다.
지심시차 측정은 시간 동기화가 중요하여 구동프로그램 상에서 노출시작 시간과 노출 마감 시간을 확인했다. 구글 채팅이나 네이트 온 등으로 실시간 대화형 시간 동기화를 하였고 어려운 경우 유선이나 무선 전화기를 이용해 미리 컴퓨터의 시간을 맞추고 매 분 정각 등 약속된 일정한 시간마다 관측하는 방법도 사용하였다. 관측 중간이나 그날 관측이 끝나면 시간 동기를 다시 확인하였다.
관측 중간이나 그날 관측이 끝나면 시간 동기를 다시 확인하였다. 날씨여건 등 CCD 관측시스템의 안정도를 고려하여 협력관측 마다 가능한 짧은 노출시간을 주되 30초 이하로 하여 15회 정도씩 관측하였다. 필터는 사용하지 않거나 R필터를 사용하였다.
관측은 2011년 9월 26일, 10월 5일, 10월 11일, 10월 25일에 이루어졌다. 9월 26일과 10월 5일은 MAO와 SEMO가 공동 관측하였고, 10월 11일은 KSHO와 NYSC가 공동 관측하였다. 또한 10월 25일은 MAO와 NYSC가 공동 관측하였다.
네 번의 관측 각각 30분 정도씩 소요되었는데 노출시간은 관측에 따라 5초에서 30초까지 다양하다. 관측일별로 관측횟수는 14-15회씩 실시하였다. 관측일지 개요는 Table 4와 같다.
Astrometrica (Raab, 2004)를 이용한 이미지 전처리 과정은 전처리용 오차영상을 불러오면 열잡음(Dark Current), 평탄화(Flat Fielding) 처리가 간단하게 수행된다. 또한 우주선(Cosmic Ray) 등 노이즈가 천체와 혼동을 줄 수 있는 것들을 제거를 위해 AstrometricaSetting에서 최소구경크기를 특정 픽셀 크기(0.7 픽셀)로 설정해 주었다. 이 픽셀크기 이하의 잡음은 처리 과정에서 참고별로 인식되지 않고 제외된다.
1''의 범위에서 정확도를 얻을 수 있다. 본 연구에 참여한 관측시스템의 사양으로도 시야 내에 최소 40개 이상 400여 개의 참고별을 얻어 Order of Fit를 3으로 설정하고 큐빅핏(Cubic Fit)으로 분석했다.
이 때 유의할 사항은 하늘의 적도에서는 적경이 최대 값일 때 극으로 갈수록 적경의 폭이 좁아져 관측시스템의 시야는 상대적으로 커지게 된다. 관측대상의 주어진 적위(RA)에 적경(Declination, DEC)을 각초 단위로 변환할 때 다음과 같이 환산 후사용했다.
대상천체가 지구로부터 같은 거리에 놓여있어도 기선 중점의 천정으로부터 얼마나 멀어진 천정거리를 형성하느냐에 따라 얻게 되는 실제 관측시차(gp0)는 최대시차에 대하여 COS(천정거리)값을 얻게 된다. 본 연구에서는 두 관측지에서 임의 시각에 임의 적위에 있는 천체를 관측하여 얻은 시차(gp0)가 상대적으로 작아져 있기 때문에 두 관측지의 중간 위도의 천정으로 옮긴 시차값으로 환산된 시차(gp)를 사용하여 거리를 측정하였다.
국내 교육용 천체관측소의 망웡경을 이용하여 대한민국 규모인 수 백 km 정도의 기선거리를 갖는 세 쌍의 관측시스템을 구성하여 Amor족 지구근접 소행성인 1036 Ganymed를 관측하여 지심시차와 거리, 운동 특성을 알아보았다. 각 기선에서 구경 16인치 이하의 망원경들을 이용하여 대상 소행성의 지심시차를 측정하고 거리측정에 적용하도록 환산시차를 제시하였고.
국내 교육용 천체관측소의 망웡경을 이용하여 대한민국 규모인 수 백 km 정도의 기선거리를 갖는 세 쌍의 관측시스템을 구성하여 Amor족 지구근접 소행성인 1036 Ganymed를 관측하여 지심시차와 거리, 운동 특성을 알아보았다. 각 기선에서 구경 16인치 이하의 망원경들을 이용하여 대상 소행성의 지심시차를 측정하고 거리측정에 적용하도록 환산시차를 제시하였고. 소행성 운동의 상태를 설명하기 위한 천문대 프로그램으로의 활용을 고려하여 측성 과정을 구분하고 유의점을 제시하였다.
각 기선에서 구경 16인치 이하의 망원경들을 이용하여 대상 소행성의 지심시차를 측정하고 거리측정에 적용하도록 환산시차를 제시하였고. 소행성 운동의 상태를 설명하기 위한 천문대 프로그램으로의 활용을 고려하여 측성 과정을 구분하고 유의점을 제시하였다.
대상 데이터
본 연구의 대상으로 지구에 비교적 가깝고 영향이 클 수 있는 Amor족 소행성을 선택하였다. Amor족 소행성은 1221 Amor 발견 이후 붙여진 NEOs 소행성 중 한 종류이다.
관측소로 청주에 위치한 한국교원대학교 청람천문대(Mentor Astronomical Observatory, MAO)를 기준으로 긴 기선을 우선 고려하고 동시 관측 활동이 가능한 부산의 한국과학영재학교 천지인천문대(Space, Earth and Man Observatory, SEMO), 원주의 강원과학고등학교천문대(Kangwon Science Hgh school Observatory, KSHO), 고흥의 국립고흥우주체험센터(National Youth Space Center, NYSC) 천문대 네 곳을 협력관측지로 선정하였다. Fig.
관측 대상은 비전문연구용 관측시스템과 수 백 km의 짧은 기선으로 빠른 궤도속도를 갖는 지구접근소행성을 동시에 관측하여 시차를 측정하기 위해 16인치 망원경 기준 10 등급 내외이고 가능한 지구에 가까이 접근한 충 부근의 소행성으로 Amor족 지구접근소행성인 1036 Ganymed를 선정했다.
관측은 2011년 9월 26일, 10월 5일, 10월 11일, 10월 25일에 이루어졌다. 9월 26일과 10월 5일은 MAO와 SEMO가 공동 관측하였고, 10월 11일은 KSHO와 NYSC가 공동 관측하였다.
일(<1초) 초과 차이가 있는 영상의 처리는 제외시켰다. 9월 26일에는 총 14장의 협력 관측이미지 중 3장을 제외한 총 11장이, 10월 5일과 11일에는 3장을 제외한 총 12장과 11장이 그리고 10월 25일에는 7장을 제외한 총 8장을 확보했다.
관측한 소행성의 점퍼짐함수(Point Spread Function, PSF)의 피크위치에서 어느 방향이든 1픽셀 이상 변형된 것을 제외하였다. 이 과정에서 10월 5일 자료는 모두 제외되어, 최종적으로 9월 26일 4장, 10월 11일 3장, 10월 25일 2장의 영상이 결과 분석에 사용되었다.
1036 Ganymed의 관측 결과자료는 2011년 9월 26일, 10월 11일, 10월 25일 얻을 수 있었고 자료의 선별과정을 거쳐 분석된 측정거리를 구했다. 1036 Ganymed는 관측기간 동안 순행 운동으로 검출되었으며 관측 일정이 지남에 따라 순행의 정도가 작아졌다.
이론/모형
2와 같다. 각 관측시스템에 구성된 적도의를 구동하기 위해 비스크사의 상용프로그램인 TheSky6, TheSkyX를 사용했다. CCD를 구동하고 CCD 영상을 수집하는 프로그램에는 SEMO는 Maxim DL, MAO와 NYSC는 CCDSoft 그리고 NYSC는 CCDOPS를 사용하였다.
각 관측시스템에 구성된 적도의를 구동하기 위해 비스크사의 상용프로그램인 TheSky6, TheSkyX를 사용했다. CCD를 구동하고 CCD 영상을 수집하는 프로그램에는 SEMO는 Maxim DL, MAO와 NYSC는 CCDSoft 그리고 NYSC는 CCDOPS를 사용하였다.
소행성 측성은 관측 자료 처리에 최적화된 Astrometrica 소프트웨어를 사용했다. 픽셀해상도에 따른 오차 정도를 수십 년간 NEOs를 연구해 온 JPL 연구원 Paul weissman (2011)은 경험적으로 1/3픽셀 정도라고 하였다.
성능/효과
분석 결과표에는 찾은 별의 수, 참고한 별의 수, 측성에 사용한 참고별의 수, 점퍼짐함수(PSF), 피팅차수(Order of Fit), 참고 별들의 적경과 적위의 편차(''), 측광에 사용한 참고별의 수, 측광된 값, 측광 차이 값 등이 나타난다.
이 관측시스템의 평균 픽셀해상도가 약 1.079''/pixel−1인 것을 감안하면 0.0-0.3 픽셀 크기의 변화를 나타내었다.
관측 결과에서 1036 Ganymed가 2011년 9월 26일에 이동 접선 각속력이 0.037''/s−1이었다가 10월 11일에 0.051''/s−1 그리고 10월 25일에는 0.051"/s−1의 크기로 지구에서 볼 때 순행 운동을 하고 있었으며 순행의 정도는 작아지고 있었다.
본 연구를 통해 구한 거리와 NASA/JPL이 제공하는 궤도요소 기반 프로그램에 의한 거리 값과 비교했을 때, 국내에 있는 교육용 천문대들의 동시 관측을 통해 13등급 내외의 밝기를 가진 지구근접(약 0.4 AU) 소행성에 대해 지심시차를 통한 측정 방법은 약 5% 정도의 오차 범위를 가지는 거리 측정치를 얻을 수 있음을 보였다.
후속연구
이 연구의 과정을 활용한 교육용 천문대가 협력관측으로의 프로그램 다변화가 기대 되며 나아가 천문대의 활용과 정밀도를 높이기 위해서는 망원경의 극축 배열, 추적 상태 등 각종 오차요인의 해결과 CCD 검출기에 내포된 측성 오차를 줄이기 위한 지속적인 관리가 필요하겠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
1036 Ganymed가 지구에 가장 가까웠던 날은 언제이며, 거리는 얼마나 떨어져 있었는가?
, 1989)이다. 최근 지구에 가장 가까이 왔을 때가 2011년 10월 13일이며, 지구에서의 거리는 0.359104 AU (53,721,200 km) 정도로 알려졌다. 1036 Ganymed는 2176년도 12월 16일에 화성에 0.
태양계 소행성을 거리에 따라 분류하면?
태양계 소행성은 거리에 따라 NEOs 소행성, 주 소행성대(Main Belt Object) 소행성, 목성궤도의 트로이안(Trojan), 해왕성 너머의 TNO (Trans-Neptune Object)가 있다(Tholen, 1989). 그 중 NEOs는 지구와 근접하여 충돌가능성이 높은 천체들이며, 소행성 궤도의 근일점과 원일점 거리를 기준으로 가장 태양 가까이 있는 Aten족으로부터 Apollo, Amor족으로 구분된다(McFadden et al.
Amor족 소행성으로 구분되기 위한 조건은 무엇인가?
Amor족 소행성으로 구분되기 위하여 다음 세 가지 조건이 필요하다. 첫째, 어느 행성보다 지구에 가까이 접근해야 한다. 둘째, 지구의 궤도 밖에 궤도가 있어야 한다. 셋째로 지구 궤도와는 만나지 않는다. 즉, Amor족 소행성은 태양에서 1 AU 이내 일 수 없다.
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