광시야 편광카메라(PolCam)

달 탐사 궤도선(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter), 다누리에 탑재된 과학탑재체 중 하나인 다파장 광시야 편광카메라(Wide-Angle Polarimetric Camera)(PolCam)는 달 표면 전체에 대한 편광 특성 관측임무를 수행하는 탑재체로써, "달 탐사용 광시야 편광 카메라 개발('16.05~'22.07)" 과제를 통해 약 26.5억원의 예산이 투입되었으며 한국천문연구원에서 개발하였다. 다누리에 탑재된 PolCam 탑재체는 낮 시간동안 임무고도 100±30km, 위도 +70°~-70°에서 편광영상을 획득하며, 지상의 망원경이 아니라 달 궤도선 탑재체에서 운용되므로 다양한 각도에서 고해상도의 편광 자료를 획득할 수 있는 이점이 있다.

달의 뒷면을 포함한 표면 전체를 편광으로 관측하는 것은 세계 최초로 진행되는 것이다. 편광 카메라는 수직 또는 수평 방향으로 진동하는 빛을 분리하여 통과시키는 필터가 적용된 이미지 센서를 사용하고, 편광도에 따라 물체의 표면 특성을 분석할 수 있다. 지난 2012년에 경희대학교 천문대에서 12cm 굴절망원경과 정방형 2K급 CCD로 633um 파장에 대한 편광영상과 달 앞면에 대한 입자크기 분포 지도를 최초로 획득한 사례가 있지만, 지구에서는 달의 뒷면을 관측할 수 없는 한계가 있었다. 다누리에 탑재된 PolCam 탑재체는 대기가 없는 천체 표면에서 발생하는 우주풍화효과(Space Weathering Effect)를 연구하기 위한 달 표면 입자크기 분포 지도를 작성하고, 고해상도 티타늄 지도를 제작하여 헬륨3와 같은 우주자원 분포를 확인하는데 기여할 것으로 기대된다.

PolCam은 궤도선의 진행 방향에 대한 직하점으로부터 45˚ 각도로 양 옆을 바라보는 두 대의 카메라로 구성된다. 45˚로 배치된 이유는 이 각도에서 가장 편광이 잘 일어나는 것으로 분석되었기 때문이다. 달 표면에 대한 분해능(Ground Sampling Distance)은 약 70m, 관측폭(Swath Width)은 약 35km이며, 관측 시야각(Field Of View)은 약 10˚이다. 관측파장 중 자외선에 속하는 320nm에서는 PolCam에서 획득되는 데이터 용량을 고려하여 편광을 하지 않도록 설계되었으며(0˚), 430nm는 0˚/60˚/120˚ 편광을 하고, 750nm는 0˚/90˚ 편광으로 관측한다.

다누리의 데이터 전송 대역폭이 제한되므로 동시에 카메라 2대를 가동할 수는 없지만, 탐사선의 자세 또는 상황에 따라 관측에 유리한 카메라를 선택적으로 사용하기 위해 2대의 카메라를 탑재했다. 최근 2번 카메라의 해상도가 낮아지면서 임무에 문제가 있다는 단독보도가 올라오기도 했으나, 한국천문연구원은 발사 과정에서 생긴 진동 등으로 광학계의 광정렬 등이 틀어졌을 가능성이 높지만 카메라 1대만으로도 임무 수행에 지장이 없고, 빛 번짐 현상은 카메라 특성으로 이미지 처리를 통해 개선할 수 있으며, 임무 목표인 월면 편광영상(원시자료) 획득은 이미 90% 이상 완료한 상황이라고 설명했다.

PolCam에서 획득한 편광영상은 어떤 보정도 거치지 않은 원시자료이며, 지상 관제센터로 전송된 이후 자료처리 프로세스를 거쳐 국내에서 활용할 Level 0, 1, 2 자료와 공개용 Level 3 자료를 생성할 예정이다. 자료처리가 완료된 달 표면 편광영상은 2024년에 공개될 예정이었으나, 다누리와 PolCam 탑재체 간의 통신 문제로 자료 생성 시간이 약 2배 늘어나면서 본래 계획했던 것보다 관측 임무가 연장되었고, 최종적으로 달 표면 전체에 대한 편광영상이 공개되는 것은 일부 지연될 것으로 보인다. 다만, 관측 해상도가 최대 41m로 예상했던 것보다 고해상도 영상을 획득하고, 고품질의 자료를 생성할 수 있게 되었다는 점은 긍정적인 요소이다.

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