우주선 에너지 질량 측정 실험

남극을 비행하는 CREAM III

우주선 에너지 질량 측정 실험(Cosmic Ray Energetics and Mass experiment, "크림" CREAM)은 우주선 스펙트럼에서 흔히 "무릎 변곡점"(knee prospect)[1]으로 불리는 1015 eV 이상의 영역을 측정하는 프로젝트이다.[2]

우주선 스펙트럼의 무릎 변곡점은 페르미 가속에서 초신성 폭발에 의한 입자 가속의 이론상 가능한 최대 에너지와 같다. 크림 프로젝트는 최소 고도 110,000 ft 이상의 대기에 전하 감지기와 방사선 감지기를 탑재한 기구를 띄워 우주선을 측정하고 있다. 기구는 남극의 맥머도 스테이션에서 띄워 올려 60일에서 100일간 데이터를 수집한 후 회수된다.

배경편집

우주선은 우주 공간에서 지구로 쏟아지는 각종 입자방사선의 총칭이다. 다양한 형태의 우주선이 매일 지구로 들어오고 있으며 지구 대기권과 충돌하여 2차 입자를 만들어 낸다. 측정되는 입자의 에너지는 다양하고 높은 에너지 입자일 수록 더 드물게 관측된다. 우주선의 대기권 충돌과 이에 따른 입자 생성 때문에 우주선은 종종 "자연 입자 가속기"로 불린다. 인간이 만든 "인공 입자 가속기" 가운데 가장 큰 CERN이 만들 수 있는 최대 에너지가 1013 eV 인데 비해 관측된 우주선 가운데에는 1030 eV에 달하는 것도 있어 그 에너지 크기를 가늠할 수 있게 해 준다.[1]

우주선 스펙트럼에는 두 개의 변곡점이 있는데 1015 eV 부근의 "무릎 변곡점"과 1018 eV 부근의 "발목 변곡점"이다. 이러한 에너지 준위 변화의 원인은 아직 정확히 규명되지 않았다.[3] 2004년 NASA는 여러 연구 기관과 공동으로 남극에 기구를 띄워 무릎 변곡점 대역의 우주선 스펙트럼을 측정하는 "크림" 프로젝트를 출범하고 메릴랜드 대학교서은숙을 총 책임자로 두었다.[4]

측정편집

기구를 이용한 데이터 수집은 공기 샤워를 일으키는 원인 입자의 규명이 가능하다. 검출 가능한 최대 에너지는 비행체와 검출기의 크기에 따라 결정되기 때문에 이에 따른 실험상 제약도 존재한다. 크림 프로젝트의 기구는 무릎 변곡점인 1015 eV 구간을 측정할 수 있도록 설계되었으며 기존의 다른 어떤 기구보다 더 긴 시간인 161일 동안 비행하며 우주선을 측정할 수 있다.[5][6]

실험 목표편집

  • "무릎"은 초신성의 최대 입자 가속을 설명할 수 있는가?
  • 우주선의 조성은 시간에 따라 변화하는가?
  • 우주선 생성에는 다양한 메커니즘이 개입하는가?

설치편집

 
CREAM II의 측정 장비.

위와 같은 질문에 답을 구하기 위해서는 1012 내지 1015 eV 구간의 우주선 스펙트럼을 측정하고 분석하여야 한다. "크림"(CREAM)은 반도체 검출기, 시간대별 질량 측정기, 하전 입자의 진로를 측정하는 호도스코프와 같은 측정장비를 기구에 싣고 장기간 대기권 상층부를 비행하며 측정하고 데이터를 수집한다. 실험 장치의 전원은 전지를 통해 공급되며 정격 전원은 28 V 300 W 이다.[7]

CREAM 기구편집

CREAM 기구 비행 이력
연도 이륙 (UTC) 착륙 (UTC) 비행 출처
2004 December 16, 2004 January 27, 2005 CREAM I [8]
2005 December 15, 2005 January 13, 2006 CREAM II [9]
2007 December 18, 2007 January 17, 2008 CREAM III [10]
2008 December 18, 2008 January 07, 2009 CREAM IV [11]
2009 December 01, 2009 January 08, 2010 CREAM V [12]
2010 December 21, 2010 December 26, 2010 CREAM VI [13]
2016 November 28, 2016 BACCUS [14]
2017 ISS-CREAM [15]

아이스-크림편집

"아이스-크림"(ISS-CREAM)은 국제우주정거장에 크림 측정 장치를 연결하는 프로젝트로 2017년 8월 14일 로켓에 실려 발사되었다. "아이스-크림"은 대기중 충돌로 2차 입자가 생성되기 이전의 우주선을 직접 검출하여 남극 상층 대기권의 검출 데이터와 비교하는 것을 목표로 한다.[16]

2019년 2월 NASA는 아이스-크림 계획에 따라 국제우주정거장에 설치된 기구에서 10 차례의 데이터 추출에 성공하였다고 보고하였다.[17]

기금편집

"크림"(CREAM) 프로젝트의 기금은 NASA가 충당하였다.

협력편집

현재 "크림"(CREAM)에 참여하고 있는 연구 기관은 다음과 같다.

같이 보기편집

각주편집

  1. Cosmic Rays and High Energy Astroparticle Physics, 《물리학과 첨단기술》, 2008년 6월
  2. CREAM, 공식 홈페이지
  3. Cosmic Rays from the Knee to the Ankle - Status and Prospects -, Cornell University
  4. 인간의 도전을 막을 수 있는 건 없죠, 조선일보, 2014년 11월 4일
  5. E.S. Seo; 외. (2003년 4월 25일). “Cosmic-ray energetics and mass (CREAM) balloon project” (PDF). 《Advances in Space Research》 33 (10): 1777–1785. Bibcode:2004AdSpR..33.1777S. doi:10.1016/j.asr.2003.05.019. 
  6. “Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM)”. 2015년 3월 4일. 
  7. H.S. Ahn; 외. (10 May 2007). “Cosmic-ray energetics and mass (CREAM) instrument” (PDF). 《Nuclear Instruments and Methods in Physics Research》 579 (3): 1034–1053. Bibcode:2007NIMPA.579.1034A. CiteSeerX 10.1.1.476.5252. doi:10.1016/j.nima.2007.05.203. 4 March 2016에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 
  8. “CREAM Flight 2004”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  9. “CREAM Flight 2005”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  10. “CREAM Flight 2007”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  11. “CREAM Flight 2008”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  12. “CREAM Flight 2009”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  13. “CREAM Flight 2010”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  14. “BACCUS”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  15. “Activities”. 《cosmicray umd edu》. 2017년 8월 15일에 확인함. 
  16. “Cosmic Ray Energetics and Mass for the International Space Station” (PDF). 
  17. Cosmic Ray Energetics and Mass for the International Space Station (ISS-CREAM) - 02.13.19, NASA