아르테미스 기반 초대형 간섭계, 달에서 별·은하 관측한다

달이 우주의 착륙지로서뿐 아니라, 정밀 우주 관측의 거점으로 거듭날 계획이다. NASA는 아르테미스 프로그램을 통해 사람이 머무를 수 있는 달 기지를 구축하고, 그 위에서 다양한 과학 활동을 수행할 준비를 하고 있다.

그중 하나가 바로, 달을 활용한 초고해상도 천체 관측이다. 달에는 대기가 없어 별빛이 흐려지지 않고, 날씨의 영향을 받지 않는다. 망원경을 설치하면 공기 흔들림 없이 광학 관측이 가능하다. 중력도 있어 정밀 장비를 안정적으로 고정할 수 있다. 이는 지구나 궤도 위성으로는 어려운 짧은 파장의 빛까지, 더 높은 해상도로 포착할 수 있다는 뜻이다.

이런 환경을 활용해 NASA 고다드 우주비행센터 연구진은 ‘AeSI(Artemis-enabled Stellar Imager)’라는 이름의 간섭계 프로젝트를 제안했다. 여러 대의 광학·자외선 망원경을 달 표면에 넓게 배치하고, 이들을 하나의 초대형 망원경처럼 작동시키는 구조다. 관측 대상은 13광년 이내의 태양형 별부터, 수천 광년 떨어진 활동성 은하핵 중심부까지 포함된다. 지금까지 기술적으로 관측이 어려웠던 천체의 표면과 내부 구조를 정면에서 포착하겠다는 구상이다.

아르테미스 기반 달 관측, 왜 고해상도 간섭계에 적합한가

AeSI는 15~30개의 자외선·광학 망원경을 달 표면 1km 타원 배열로 설치해, 간섭 효과를 이용한 고해상도 이미지를 생성하는 프로젝트다. 기존에는 우주 공간을 자유롭게 비행하는 형태의 간섭계 구상이 있었지만, NASA는 아르테미스 프로그램이 제공할 달 표면 기반 인프라를 활용하는 방식을 선택했다.

달은 대기가 없어 관측에 방해가 적고, 지진 활동도 적어 장기간 안정적인 구조물 설치가 가능하다. 이런 조건은 지상이나 지구 궤도 망원경보다 더 짧은 파장의 빛을 정밀하게 관측할 수 있게 해준다. AeSI의 망원경은 로봇 로버로 배치되고, 중앙 허브에서 데이터를 통합해 이미지를 재구성하는 방식으로 작동한다.

AeSI 간섭계의 관측 대상, 태양형 별과 활동성 은하핵

AeSI는 약 4파섹(13광년) 이내의 태양형 별이나, 2,000파섹(6,500광년) 내 초거성의 표면 구조를 해상도 높게 관측하는 것을 목표로 한다. 별의 표면에 나타나는 자기 활동, 별점, 대류 현상 등을 직접 촬영하고, 별 내부 구조를 분석하는 ‘공명진동(astroseismology)’ 연구에도 활용할 수 있다.

주요 관측 대상에는 알파 센타우리 A, 시리우스 A, 프로키온 A 등 태양과 유사한 항성이 포함된다. 이러한 관측 결과는 항성 자기장의 주기와 메커니즘, 나아가 항성의 활동이 주변 행성 환경에 미치는 영향을 이해하는 데 쓰인다.

AeSI는 별뿐 아니라, 은하 중심에 있는 활동성 은하핵(AGN)의 구조도 관측할 수 있다. AGN 주변에서 분출되는 고속 바람의 질량과 속도는 은하 중심 블랙홀 구조에 대한 정보를 담고 있으며, 우주 팽창률을 의미하는 우주상수 측정에도 간접적으로 기여할 수 있다.

2030년대 아르테미스 이후 설치 가능성, 남은 기술 과제

AeSI는 기술적으로 실현 가능하다는 타당성 평가를 받았지만, 실제 건설은 아르테미스 임무의 진행 속도에 따라 결정될 것으로 보인다. NASA는 2026년 이후 유인 임무를 시작하고, 이후 점차 달 인프라를 확장할 예정이다. AeSI가 달에 설치되더라도 2030년대 후반이나 2040년대 초가 될 가능성이 높다.

설치 위치는 남극 근처가 유력하지만, 적도에 가까운 지역으로 확대되면 더 넓은 하늘을 관측할 수 있다. 달의 먼지, 월진 같은 환경 요소는 변수지만 기술적으로 충분히 대응 가능하다는 판단이다. 연구팀은 자외선 반사 효율이 높은 반사경, 고감도 검출기 등 관련 기술 연구도 병행하고 있다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr

더 많은 정보: Kenneth G. Carpenter et al, NASA Innovative Advanced Concepts Phase I Final Report—A Lunar Long-Baseline UV/Optical Imaging Interferometer: Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI), arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2503.02105