1. 학습을 시작한 이유
2026년 11월 14일부터 15일까지 열리는 NASA Space Apps Challenge 서울 행사에 참가하게 됐다. NASA와 파트너 우주기관의 오픈 데이터를 활용해 지구와 우주를 위한 솔루션을 만드는 해커톤이다.
참가를 준비하면서 공개된 자료들을 살펴봤지만, 자료를 찾는 것과 그 자료를 이해하는 것은 다른 문제였다. 데이터가 있다고 해도 무엇을 측정한 기록인지, 어떤 질문에 사용할 수 있는지부터 알아야 했다.
이번에는 궁금한 질문 하나를 정하고, 그 질문에 답할 수 있는 자료를 찾아보려고 한다. 파일을 열고 분석하는 방법뿐 아니라, 왜 그 자료를 선택했는지와 분석 결과를 어디까지 받아들일 수 있는지도 함께 살펴본다.
2. 공개된 자료 둘러보기
학습 예제로 2025년에 공개된 챌린지 목록을 살펴봤다. 여러 과제 중에서 관심이 간 것은 Embiggen Your Eyes!였다. 대규모 관측영상을 확대하거나 축소하고, 특징을 표시하며 새로운 패턴을 탐색할 수 있는 플랫폼을 만드는 과제다.
과제의 Resources 탭에서는 관련 자료와 데이터에 접근할 수 있는 경로를 확인할 수 있다. 다음과 같은 항목들이 눈에 들어왔다.
- NASA Worldview: 위성 관측으로 지구의 과거와 현재를 시각적으로 살펴보는 도구.
- Mars Reconnaissance Orbiter Online Data Volumes: 화성 탐사선의 영상과 관측 자료 모음으로 연결되는 항목.
- Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) Data Products Information: TESS와 그 작동 방식을 설명하는 자료.
- EarthData: 검색어와 시간, 지역 조건으로 지구 관측 자료를 찾는 서비스.
지구를 보는 자료도 있고, 화성과 별을 관측하는 임무의 자료도 있었다. Resources가 데이터 파일만 모아놓은 곳은 아니라는 점도 알 수 있었다. 관측 자료의 설명, 검색 서비스, 시각화 도구가 함께 안내되어 있다.
이 단계에서는 각 자료의 세부 구조를 이해하기보다, 어떤 자료들이 공개되어 있는지 둘러봤다.
3. 호기심이 가는 질문을 떠올려보기
이런 자료로 무엇을 알아볼 수 있을까? 필자는 밤하늘에 보이는 별의 하루가 궁금했다.
저 별의 하루는 얼마나 길까?
여기서 ‘하루’는 별이 스스로 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간인 자전 주기(stellar rotation period)를 뜻한다. 다른 천체 주위를 도는 공전 주기와는 구분한다.
막연히 별의 하루가 궁금하다는 것에서 조금 더 구체적으로 질문을 정해봤다.
공개된 관측 자료로 특정 별의 자전 주기를 추정하고, 그 추정의 근거와 한계를 설명할 수 있을까?
관련 자료를 찾는 과정에서는 GPT의 안내도 참고했다. 그렇게 살펴본 천문 관측 데이터 아카이브 MAST(Mikulski Archive for Space Telescopes)의 자전 연구 설명에는 TESS의 광도곡선으로 별의 자전 주기를 추론한다는 표현이 나온다.
그런데 여기서 새로운 의문이 생긴다. 별이 한 바퀴 도는 시간을 알아보는데, 왜 별빛을 측정한 자료를 이용하는 걸까?
4. 데이터를 찾고 선택하기
광도곡선이란 무엇일까?
위키백과에서는 광도곡선(light curve)을 어떤 천체의 빛의 세기를 시간에 대한 함수로 나타낸 그래프라고 설명한다.
풀어서 말하면, 천체에서 오는 빛을 시간에 따라 측정하고 그 밝기가 어떻게 변했는지 나타낸 것이다. 일정 기간 동안 받은 빛의 총량 하나가 아니라, 각 시점의 측정값을 함께 살펴보는 것이다.
사진이 천체의 모습을 보여준다면, 광도곡선은 관측되는 밝기가 시간에 따라 어떻게 달라지는지 보여준다. 천체의 표면을 자세히 구분하기 어려워도 이런 변화는 관측할 수 있다.
빛의 변화로 회전을 알아볼 수 있을까?
소행성의 예를 먼저 살펴보자. 아래는 위키백과에서 소개하는 소행성 201 페넬로페의 광도곡선이다.
소행성이 회전하면 우리에게 보이는 면이 달라진다. 모양이 불규칙하거나 표면에 밝고 어두운 부분이 있다면, 회전하면서 관측되는 밝기도 변할 수 있다. 이런 변화가 반복되는 양상은 자전 주기를 추정하는 단서가 된다.
다만 그래프에서 이웃한 피크 사이의 간격을 그대로 자전 주기로 읽어서는 안 된다. 한 바퀴 도는 동안 밝기의 최댓값이 두 번 나타나는 경우도 있기 때문이다. 실제로 소행성의 관측 연구에서도 한 회전 동안 두 최댓값과 두 최솟값이 나타나는 사례를 확인할 수 있다.
또한 구형에 가깝다고 밝기 변화가 반드시 사라지는 것도 아니다. 표면에 밝고 어두운 부분이 있다면 모양이 둥글더라도 회전에 따라 관측 밝기가 달라질 수 있다. 중요한 것은 단순히 물체가 회전한다는 사실이 아니라, 회전하면서 우리에게 보이는 밝기 분포가 어떻게 달라지는가다.
별에서는 무엇이 밝기 변화를 만들까?
별이 회전한다고 항상 밝기가 달라지는 것은 아니다. 어느 면을 보더라도 표면이 비슷하게 밝다면, 회전만으로 뚜렷한 변화를 찾기 어려울 수 있다.
하지만 표면에 주변보다 어두운 항성 흑점(starspot)이 있다면 이야기가 달라진다.
별이 회전하면서 흑점이 우리 쪽에 보이는 정도가 달라지면, 우리가 받는 빛의 양도 변할 수 있다. 흑점이 많이 보일 때는 빛이 줄어들고, 보이지 않는 쪽으로 돌아가면 다시 늘어날 수 있다. 이런 변화가 반복된다면 회전 시간을 알아보는 단서가 된다.
앞서 살펴본 MAST의 설명도 이 원리로 TESS의 광도곡선을 이용한다고 설명한다. 여기서 사용한 표현은 자전 주기를 ‘추론한다(infer stellar rotation periods)’는 것이다.
우리가 직접 확인하는 것은 별빛의 변화이고, 알아내려는 것은 그 변화를 일으킨 별의 자전이다. 따라서 밝기가 반복해서 변한다는 사실만으로 자전 주기를 확정하지는 않는다. 그 변화가 자전 때문이라고 해석할 근거도 필요하다.
그래서 어떤 정보가 필요할까?
이제 찾아야 할 자료의 조건이 조금 더 명확해졌다.
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측정 시각: 비슷한 변화가 얼마의 시간 간격으로 반복되는지 알아보기 위해 필요하다.
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각 시점의 별빛 측정값: 밝기가 어떻게 달라지고, 어떤 변화가 반복되는지 살펴보기 위해 필요하다.
밝기 측정값만 있으면 변화가 얼마나 빠르게 일어났는지 알 수 없고, 시각만 있으면 그때 별빛이 어떻게 달라졌는지 알 수 없다. 두 정보가 함께 있어야 반복되는 변화를 찾고 그 시간 간격을 살펴볼 수 있다.
따라서 우선 찾아볼 자료는 특정 별의 측정 시각과 별빛 측정값이 함께 담긴 기록이다. 광도곡선을 후보로 선택하는 이유도 여기에 있다. 이름이 낯익거나 설명 글에서 추천했기 때문이 아니라, 우리가 알아보려는 질문에 필요한 정보를 담고 있기 때문이다.
데이터를 찾아보자
앞서 살펴본 MAST의 설명에서는 TESS의 광도곡선을 이용해 별의 자전 주기를 추정할 수 있다고 했다. 그렇다면 실제로 어떤 자료를 찾아야 할까?
TESS의 Data Products에는 제공되는 데이터의 종류가 정리되어 있다. 그중 Light Curve File이라는 항목을 확인하고, 같은 행에 연결된 데이터 제품 설명 문서를 열었다.
문서의 본문 30쪽, PDF 뷰어 기준으로는 31쪽에 5 Light Curve Files가 있다. 파일의 용도를 설명하는 5.1 Purpose에는 다음과 같이 적혀 있다.
A single file contains the light curves for one target for one sector
한 파일에 한 관측 대상의 한 관측 구간에 대한 광도곡선이 들어 있다는 뜻이다. 특정 별 하나의 밝기 변화를 살펴보려는 목적에 맞는 자료 후보를 찾은 셈이다.
다만 지금 확인한 것은 파일의 종류와 용도다. 아직 어느 별의 어떤 관측 기록을 사용할지는 정하지 않았다.