천문학에서의 허블우주망원경(6)

주요 계획

허블 프로그램이 실행된 이래로 수많은 연구 계획이 착수되었다. 그중에 일부는 거의 허블의 관측으로만 실행되기도 하였으며, 그 외는 찬드라 엑스선 관찰위성과 ESO의 초대형망원경 같은 장비와 연계하여 수행하였다. 허블우주망원경은 퇴역이 머지 않았으나, 최근까지도 큰 계획이 일정으로 잡혀 있었다. 일례로 에이벨 1689 은하단을 장시간 관측한 결과에 영감을 얻어서 최근에 수행된 프런티어 필즈 계획이 있다.

우주구조 및 심우주 고대 외부은하 근적외선 탐사

우주구조 및 심우주 고대 외부은하 근적외선 탐사 Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS)는 2013년 8월에 공식 발표되어 "허블 역사상 가장 큰 규모의 계획"으로 표현되었다. 이 탐사 계획은 "초기 우주에서 은하의 진화와 빅뱅 이후 10억 년도 되지 않는 극초기 우주의 구조에 대한 씨앗을 탐사하는 것을 목표로" 한다. CANDELS 계획 웹페이지에서 탐사의 목표를 다음과 같이 기술하고 있다.

우주구조 및 심우주 고대 외부은하 근적외선 탐사는 WFC3/IR 및 ACS로 촬영한 250,000 개 이상의 은하의 심우주 사진을 통해 z = 8에서 1.5에 이르는 은하 진화사의 3분의 1을 기록하도록 계획되었다. 또한 최초로 z > 1.5인 1a형 초신성을 발견하여 우주론에서 표준촛불로서의 정확성을 확고히 할 계획이다. 그러기 위해 주요 다중 파장 관찰 영역 다섯 곳이 선정되었다. 각 영역은 스피처와 그 외 장비로 관측한 다중 파장 자료와 밝은 은하에 대한 광범위한 분광탐사 자료를 가지고 있다. 폭넓게 분리된 다섯 영역을 이용해서 우주의 정량적 변화와 z ~ 8까지 109 태양질량에 이르는 은하들의 통계학적으로 유의성 높고 완벽한 표본을 산출한다.

프런티어 필즈 계획

프런티어 필즈 Frontier Fields 계획의 공식적인 명칭은 "Hubble Deep Field Initiative 20122" (허블딥필드 탐사계획 2012)이다. 중력렌즈의 도움으로 "먼 우주에서 가장 희미한 은하들"을 볼 수 있는 빈공간의 고적색편이 은하를 연구함으로써 초기 은하의 형성에 관해 자세히 아는 것을 목표로 한다. 프런티어 필즈의 웹페이지에서는 계획의 목표를 다음과 같이 기술하고 있다.

현재까지 관측된 은하보다 10배에서 50배는 어두워서 분포를 알 수 없는 z = 5-10 은하들의 분포를 밝히기 위함

우리가 알고 있는 극초기 준발광 (sub-L*) 은하들의 별의 질량 및 별생성사를 입증하기 위함

통계적으로 유의성 있는 z > 5인 별생성은하들의 형태적 특징 최초로 제공하기 위함

은하단 굴절에 의해 내부 구조를 밝혀낼 수 있을 정도로 충분히 상이 왜곡되어 늘어났거나, 또는 은하단 굴절에 의해 분광탐사가 이루어질 정도로 충분히 확대된 z > 8인 은하들을 찾기 위함

공공 이용

국적이나 학회의 소속에 제한 없이 누구나 망원경의 관찰 일정을 신청할 수 있지만, 분석에 대한 투자는 오로지 미국의 연구소만이 가능하다. 망원경 관찰 일정을 차지하려는 경쟁이 심해서, 관찰 일정을 신청 받는 주기마다 망원경 관찰 일정 계획의 약 5분의 1만 적용된다.

기관에서 요구하는 관찰 계획 제안서가 거의 연례적으로 발부되기 때문에 대략 1년 주기로 관찰 일정이 계획된다. 관찰 계획 제안 요청은 유형이 여러가지로 나뉘는데, 일상적인 관측을 다루는 "평범한 관찰자" general observer (GO) 유형의 제안서가 가장 흔하다. "스냅샷 관측" snapshot observation 유형은 표적 획득과 같은 오버헤드를 포함하여 관찰 표적에다 45분 또는 그보다 짧은 시간만을 할애하는 관측이다. 스냅샷 관측은 정기적인 GO 프로그램 일정들 사이의 공백 기간을 채울 때 이루어진다.

천문학자들은 "임기표적형" Target of Opportunity 계획 제안을 할 수도 있다. 그 계획에서 다루는 어떤 일시적인 사건이 예정된 시간에 발생할 때 관찰 일정이 잡힌다는 의미이다. 덧붙여서 망원경의 운용 시간의 최대 10%는 "책임자 재량" director's discretionary (DD) 시간이다. 정기적인 프로그램과 상관 없이 망원경 책임자(STScI의 소장)의 재량에 따라 망원경을 운용할 수 있는 시간을 말한다. 천문학자들은 연중 어느 때나 DD 타임 이용을 신청할 수 있으며, 일반적으로 초신성과 같이 예측 불가능한 일시적인 현상을 연구할 때 승인된다.

DD 타임은 그 외에 허블딥필드와 허블울트라딥필드의 관측이나, 허블우주망원경의 관찰일정 계획제안 4번째 주기 (Hubble Cycle 4)까지 아마추어 천문학자들의 관측에도 할애되기도 했다.

허블의 아카이브 자료 대부분은 색처리가 되어 있지 않다. 그래서 허블의 자료는 공적인 영상 처리가 권장된다.

아마추어 관찰

STScI의 1대 소장인 리카르도 지아코니는 1986년에 아마추어 천문학자들이 허블망원경을 이용할 수 있도록 자신의 책임자 재량 시간 일부를 공헌할 것이라 발표했다. 그에게 할당된 시간은 주기당 몇시간 밖에 되지 않으나 아마추어 천문학자들의 흥미를 불러일으키기에는 충분했다.

아마추어 관찰 시간 요청은 아마추어 천문학자들로 구성된 위원회에서 엄격하게 검토한다. 그리고 우주망원경의 특별한 관측 수행 능력을 필요로 하면서 전문가들의 계획과는 차별되며 순수하게 과학적 가치가 있다고 여겨지는 계획에만 시간이 할애된다. 1990년에서 1997년 사이에 13명의 아마추어 천문학자들이 망원경 사용 시간을 할애 받았으며, 그들의 요청 계획에 따라 관찰이 이루어졌다. 그러한 연구 중에는 "Transition Comets-UV Search for OH"(전이 혜성-OH 방출에 대한 자외선 탐색)이 있다. 초창기 계획 제안으로 "A Hubble Space Telescope Study of Posteclipse Brightening and Albedo Changes on Io"(이오의 식후 증광 및 알베도 변화에 관한 허블우주망원경 연구)가 태양계 연구 전문 학술지 Icarus에 투고되기도 했다. 다른 아마추어 연구진으로부터 제안된 두번째 계획 제안 역시 Icarus에 투고되었다. 그 후 STScI의 예산 감축으로 아마추어 천문학자들의 연구를 지원하는 일이 어려워지면서 추가적으로 아마추어 계획이 실행되는 일은 없었다.