우주망원경 스피어엑스, 

외계서 온 혜성 3I/ATLAS 유기분자 분출 포착 

 - 근일점 이후 급격한 밝기 증가…성간혜성의 물과 유기물질 방출 과정 규명

- 한국이 데이터 분석 주도…외계행성계 형성과 구성에 대한 단서

□ 한국천문연구원(원장 박장현, 이하 ‘천문연’)과 나사(NASA)가 공동 개발한 우주망원경 스피어엑스*가 외계에서 온 성간혜성 3I/ATLAS**를 성공적으로 관측하고, 물과 유기물질 방출도 포착했다고 밝혔다.

    *SPHEREx : Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer

    **3I/ATLAS : 지난해 7월 1일, NASA의 ATLAS 탐사망원경에 의해 발견된 혜성. 높은 이심률과 궤적 분석을 통해 태양계가 아닌 성간 기원 혜성임이 확인됐으며, 이후 여러 NASA 임무가 이를 추적 관측하고 있다.

□ 한국이 참여한 스피어엑스 국제 공동연구진은 지난해 8월 혜성 3I/ATLAS를 초기 관측하고, 같은 해 12월 후속 관측해 비교 분석했다. 그 결과, 혜성의 대기라 할 수 있는 코마(coma)에서 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 시안화물(CN) 등의 유기분자가 검출됐다. 유기분자는 지구 생명체의 기초가 되는 물질이다. 또한 연구진은 혜성이 태양과 가장 가까워진 시점인 근일점 이후 약 두 달이 지난 뒤 밝기가 크게 증가했음을 확인했다. 이는 혜성이 물, 이산화탄소, 일산화탄소 등을 우주 공간으로 방출하면서 나타나는 전형적인 혜성 활동과 연관된 현상이다. 

□ 연구를 주도한 존스홉킨스 응용물리연구소(APL)의 캐리 리스(Carey Lisse) 박사는 “지난해 12월, 혜성 3I/ATLAS는 대규모 분출 활동을 일으키며 현저히 밝아졌다”며 “혜성에서 탄소가 풍부한 물질은 표면 깊은 곳의 물 얼음 안에 갇혀 있는데, 이 분출 활동을 통해 그 물질들이 대량으로 방출됐다”고 설명했다. 

그림 1. SPHEREx가 성간 혜성 3I/ATLAS에서 관측한 주요 물질이 방출된 결과를 보여준다. 각 패널은 3I/ATLAS 위치에서 지구–달 거리 약 두 배에 해당한다. 먼지 영상에서는 이 규모에서 태양 방향으로 향하는 꼬리를 동반한 배(pear) 모양의 형태가 나타나는 반면, 기체 대기(코마)는 훨씬 더 대칭적이며 거의 구형에 가까운 분포를 보인다. 이미지에는 천구 북쪽과 동쪽 방향이 표시돼 있으며, 영상 평면상에서의 속도 반대 방향(-V)과 태양 반대 방향(-⊙)도 함께 나타냈다. 노란색과 흰색 눈금 막대는 각각 지구–달 거리 1배와 5각분을 의미한다. 

□ 혜성은 태양에 접근하면서 온도가 올라갈 때, 표면의 얼음이 가열돼 액체 단계를 거치지 않고 바로 기체로 변하는 승화 과정을 겪는다. 이 과정에서 방출된 가스는 혜성 핵을 둘러싼 대기인 코마를 형성한다. 다만 태양의 열이 혜성 내부로 전달되는 데 시간이 걸리기 때문에 가장 활발한 물질 방출은 근일점 이후에 나타날 수 있다. 혜성 3I/ATLAS 역시 이런 특성을 보인 사례로 분석된다.

□ 스피어엑스는 8월 관측에서 이산화탄소가 풍부하고 소량의 일산화탄소와 물을 포함한 코마를 확인했다. 12월 관측에서는 더 활발하고 다양한 성분의 코마가 관측됐으며, 특히 이산화탄소 대비 일산화탄소 양이 증가한 것으로 보인다. 

□ 물과 이산화탄소 같은 성분들은 지상망원경으로는 대기의 영향으로 관측하기 힘들어 우주망원경이 유리하다. 특히 이번 혜성 관측의 경우, 12월에는 코마의 크기가 커졌는데 스피어엑스가 넓은 영역을 관측 가능한 광시야 우주망원경이라 3I/ATLAS 혜성 전체를 정밀하게 담아낼 수 있었고, 다양한 유기물질의 방출 정보를 얻을 수 있었다.

  □ 본 연구에서 데이터 처리와 계산 등 주도적인 역할을 한 박윤수 한국천문연구원 선임연구원은 “스피어엑스가 우주 전반에 대한 전례 없는 데이터를 수집하고 있는데, 이번에는 발사 후 불과 몇 달 만에 성간 기원의 물체가 우리 태양계로 들어왔고, 스피어엑스는 이를 즉시 관측할 준비가 돼 있었다”며 “과학은 때로 이렇게 적절한 순간, 적절한 장소에서 진전된다”고 말했다. 

  □ 연구진은 이번 관측자료를 바탕으로 과거 등 추가 관측자료들을 모아 시간에 따른 물리적, 화학적 구성성분 변화를 분석하고, 이를 통해 태양계 혜성과 성간 혜성 간의 공통점과 차이점을 비교함으로써 외계 행성계와 지구의 형성 과정을 밝히는 연구를 지속해나갈 예정이다. 

  □ 천문연 박장현 원장은“한국 과학자들이 스피어엑스의 주요 과학 임무 및 자료처리에 참여할 뿐만 아니라, 관측 데이터의 과학적 분석에서도 중요한 역할을 수행해 성과를 냈다”고 말했다.

  □ 이번 결과는 지난 3일 미국천문학회 연구 노트(Research Notes of the American Astronomical Society)에 게재됐다. 

   한편, 스피어엑스 임무는 나사 제트추진연구소(JPL)가 총괄하며, 캘리포니아공과대학이 운영하는 데이터 센터인 IPAC에서 데이터 처리와 아카이브를 담당한다. 과학 분석에는 한국천문연구원을 포함해 미국, 한국, 대만 등 13개 기관의 연구진이 참여하고 있으며, 관측 데이터는 전 세계 연구자와 일반 대중에게 무료로 공개된다. (보도자료 끝. 추가자료 있음.) 

<추가 및 참고 설명>

1. 3I/ATLAS 적외선 스펙트럼

2025년 12월 8-15일 동안 촬영한 혜성 3I/ATLAS의 SPHEREx 0.75-5.0 μm 영상(Lisse et al. 2026 에서 시각화를 위해 일부 업데이트). 상단에는 약 6각분 크기로 잘라낸 합성영상에 등고선을 표시한 것이다. 천구의 북극은 검은 화살표(N)로, 속도와 태양 반대 방향은 파란점선과 붉은 실선으로 표시하였다. 상단 그래프는 3I/ATLAS의 플럭스-스펙트럼을 보여준다. 분광광도 값(기호)은 관측 날짜에 따라 색상으로 구분했다(우측 색상 막대). 1.083 μm 부근의 분광광도는 지구 외기권 헬륨방출의 영향으로 심하게 오염돼 있음을 유의해야 한다. 주요 기체 성분의 분광 방출선은 식별을 위해 색상으로 구분해 표시했으며, CN(0.93μm), H₂O(2.7-2.8μm), C-H 유기물(3.2-3.6μm), CO₂(4.2-4.3μm), CO(4.7-4.8μm)를 포함한다. 

2. 스피어엑스로 3I/ATLAS 스펙트럼 관측을 보여주는 동영상

아래 동영상은 스피어엑스가 스펙트럼과 영상을 동시에 얻어지는 관측을 보여주는 영상이다. 

□ 논문 및 연구팀 

- 논문 : SPHEREx Reobservation of Interstellar Object 3I/ATLAS in 2025 December: Detection of Increased Post-perihelion Activity, Refractory Coma Dust, and New Coma Gas Species / 미국 천문학회 연구노트 / 2월 3일 

- 연구팀

캐리 리스 (Carey Lisse, 제1 저자, 존스홉킨스 응용물리센터(APL))

박윤수 (제2 저자, 한국천문연구원 은하진화연구센터 선임연구원) 

외 SPHEREx Science Team