목성의 새로운 이미지 공개

 (missionjuno.swri.edu)
4P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • Mission Juno의 JunoCam 이미지 처리 갤러리는 원본 이미지를 내려받아 직접 보정·가공한 결과물을 공유하는 시민 과학 공간임
  • 목성의 강한 방사선대가 JunoCam 일부 부품에 영향을 주고 있으며, PJ56 이미지에서는 동적 범위 감소와 배경·노이즈 증가가 확인됨
  • 참여자는 단순 크롭부터 대기 특징 강조, 색상 보정, 콜라주, 고급 색상 재구성까지 다양한 방식으로 목성과 위성 이미지를 다룰 수 있음
  • 갤러리는 JunoCam 원본과 커뮤니티 업로드를 함께 보여주며, Perijove Pass, Points of Interest, Mission Phase, 제출자 기준 필터링을 지원함
  • JunoCam은 회전하는 탐사선에서 동작하는 pushframe 이미저로, RGB·약 890nm 메탄 필터, TDI, 8비트 컴팬딩 같은 촬영·전송 제약을 전제로 이미지를 제공함

JunoCam 이미지 처리 갤러리의 역할

  • JunoCam 갤러리는 원본 이미지를 내려받고, 사용자가 직접 처리한 이미지를 업로드해 공유하는 공간임
  • 권장되는 처리 방식은 단순 보정부터 고급 재구성까지 폭넓음
    • 단순 크롭
    • 특정 대기 특징 강조
    • 색상 보정
    • 콜라주 제작
    • 고급 색상 재구성
  • 기존 기여물은 Juno, Jupiter, JunoCam 관련 글과 과학 커뮤니티 보고에 쓰였고, 과학 저널 논문에서도 적절한 출처 표시와 함께 활용되고 있음
  • 일부 창작물은 예술 작품으로도 볼 수 있어, 이를 예술로 전시하는 방법도 검토 중임

방사선 영향과 이미지 처리 과제

  • Juno의 큰 과제 중 하나는 목성의 강한 방사선대이며, Juno의 엔지니어링·과학 하위 시스템 수명을 제한할 것으로 예상됨
  • JunoCam은 현재 일부 부품에서 방사선 영향을 보이고 있음
  • PJ56 이미지에서는 동적 범위가 줄고 배경·노이즈가 늘어남
  • 시민 과학자들은 이런 이미지에서도 목성과 위성의 아름다움과 미스터리를 드러낼 수 있는 새로운 처리 방식을 탐색할 수 있음

PJ-1 이미지와 초기 촬영 테스트

  • 목성의 첫 번째 근목점 통과(perijove pass) 는 JunoCam의 시험 운용 성격을 가졌음
  • 당시 촬영된 28개 이미지는 최적의 관측 기하와 카메라 설정을 찾기 위해 설계됨
  • 북극 촬영에서는 4개 이미지로 여러 조건을 비교함
    • 극 지역에 적합한 TDI 값을 찾기 위해 두 가지 time-delayed-integration 설정을 사용함
    • 목성 오로라 감지를 위해 매우 높은 TDI 수준, 즉 긴 노출을 시도함
    • 극을 바로 내려다보는 기하와 더 가까운 거리에서 비스듬히 보는 기하를 비교함
  • 남극에서도 유사한 테스트가 진행됐고, 다른 비교 항목에는 압축 설정 테스트가 포함됨
  • 극 과학 조사를 위해 포함된 메탄 필터는 검출기 파장 범위의 한계에 가까워 충분한 광자를 얻으려면 매우 긴 노출이 필요함
    • 일부 이미지에서는 이 때문에 산란광이 나타남
    • 과학 목적에서는 해당 아티팩트가 포함된 부분을 잘라낼 예정임
    • 향후 촬영에서 산란광 문제를 줄이기 위해 어떤 조건이 원인인지 확인하는 작업이 진행 중임

갤러리 탐색과 필터링

  • 갤러리는 JunoCam 자체 이미지와 커뮤니티 업로드 이미지를 함께 표시함
  • JunoCam 이미지는 작은 우주선 아이콘으로 식별됨
  • 원본 이미지와 처리된 이미지는 준비되는 대로 함께 표시됨
  • JunoCam 동영상 게시물은 개별 이미지 수가 너무 많아 zip 파일 묶음으로 내려받을 수 있음
  • 갤러리는 여러 기준으로 필터링 가능함
    • Perijove Pass
    • Points of Interest
    • Mission Phase
    • Submitted by
  • 특정 “artist”의 개인 갤러리를 만들려면 왼쪽의 “Submitted by”에서 원하는 제출자를 선택한 뒤 “Filter”를 누르면 됨
  • Earth Flyby 미션 단계 이미지는 Juno가 2013년 지구를 지나갈 때 획득한 이미지이며, 처리된 예시 이미지 대부분은 아마추어 기여물임

JunoCam 이미지의 기술적 특성

  • JunoCam은 이전 MSSS 카메라와 마찬가지로 pushframe 이미저임
  • 검출기에는 서로 다른 대역폭을 가진 여러 필터 스트립이 광활성 표면에 직접 결합돼 있음
    • 각 스트립은 검출기 전체 폭을 가로지르지만 높이는 일부만 차지함
    • JunoCam의 필터 스트립은 폭 1600픽셀, 높이 약 155행임
  • 필터 스트립은 탐사선 회전에 의해 대상 위를 스캔함
    • 명목 회전 속도 2RPM에서 프레임은 약 400밀리초마다 획득됨
  • JunoCam에는 네 가지 필터가 있음
    • 빨강, 초록, 파랑의 가시광 필터 3개
    • 약 890nm 중심의 협대역 메탄 필터 1개
  • 탐사선 회전 속도 때문에 노출이 약 3.2밀리초를 넘으면 1픽셀 이상의 흐림이 생길 수 있음
  • 목성 조명 조건에서 그렇게 짧은 노출은 SNR이 너무 낮아, 카메라는 Time-Delayed-Integration(TDI) 을 제공함
    • TDI는 노출 중 3.2밀리초마다 이미지를 세로로 한 행씩 이동시켜 회전으로 인한 장면 움직임을 상쇄함
    • 궤도 촬영 조건에서는 프레임 간 중첩에 필요한 프레임 속도를 유지하면서 최대 약 100 TDI 단계를 사용할 수 있음
    • Earth Flyby에서는 광량이 충분해 메탄 대역과 야간면 촬영을 제외하면 TDI가 필요 없음
  • JunoCam 픽셀은 카메라에서 12비트 깊이를 가지지만, 장비 내부에서 손실 없는 컴팬딩(companding) 테이블을 통해 8비트로 변환됨
    • 이 과정은 감마 보정과 유사하며 데이터 크기를 줄이기 위한 것임
    • Mission Juno 웹사이트의 모든 JunoCam 산출물은 지구에서 수신된 8비트 형태임
    • 방사측정 분석을 하는 과학 사용자는 Planetary Data System에 보관된 “RDR” 데이터 제품을 사용해야 하며, 이는 선형 12비트 스케일로 다시 변환된 형태임

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 이 사진들은 Juno에서 나온 것임. 2011년에 발사돼 2016년부터 목성을 돌고 있는 탐사선인데, 솔직히 이제 관심권 밖이라고 생각했지만 Wikipedia의 일정을 보니 아직도 매달하고 일주일 정도마다 근목점(perijove)에 접근하면서 점점 다른 경도에서 관측 중임: https://en.wikipedia.org/wiki/Juno_(spacecraft)#Timeline
    임무 종료 예정은 약 1년 뒤이고, 카메라는 “교육 및 대중 홍보를 돕기 위해 탑재됐지만 이후 목성 구름의 역학 연구용으로 재활용됨”

    • 그 카메라를 싣기 위해 정말 힘들게 싸웠다고 함. 초기 설계에는 과학 목표에 필요하지 않다는 이유로 포함되지 않았음

  • Juno는 구름층 아래를 보기 위해 레이더로 관통 관측하는 임무였던 것으로 기억함
    대학 때 아들이 레이더 데이터를 처리하는 FFT 엔진 작업을 했고, 지금 그 코드가 목성 주위를 돌고 있음

    • 가까운 친구가 Mars rover 작업을 했는데, 나를 추천인으로 씀
      채용 쪽에서 “최신 Android 라이브러리와 기법을 쓸 수 있나요” 같은 식으로 묻기 시작하면 바로 “그 사람 코드는 다른 행성에 있습니다. 뭐든 익힐 능력은 충분합니다”라고 답함
      그러면 바로 조용해짐
    • 80년대에 같이 일했던 사람 중 Pioneer Venus의 레이더 전치 증폭기를 만든 사람이 있었던 것 같음. 정말 똑똑한 사람이었음
    • 이건 재밌고도 헷갈리는 범퍼 스티커가 될 수 있음. 다른 부모가 “우리 아들은 우등생이에요”라고 하면 “그래요, 그런데 목성 주위를 도는 코드가 있나요?”라고 으쓱할 수 있음
      농담처럼 말하지만 진심으로 멋지고 자랑스러워할 만한 일임

  • 외계적 느낌이 들고, 가끔은 불안할 정도임
    달 착륙 사진부터 Mars rover, 여러 소행성과 행성 임무까지 이어지면서 이제 태양계 천체들이 생생하고 복잡하며 무엇보다 “실제” 장소로 다가오게 된 것 같음

    • 무슨 느낌인지 알 것 같음. 행성 근접 사진을 보면 가끔 탐사선 곁에 함께 나가 있는 것처럼, 집에서 수백만 마일 떨어진 외롭고 황량한 곳에 있는 느낌이 불쑥 듦
    • New Horizons가 찍은 명왕성 사진들은 놀랍도록 아름다움. 얼어붙은 바위에 반할 수 있을 줄 누가 알았겠음

  • 이런 이미지는 언제 봐도 놀라움. 더 보기 쉽고 인상적으로 만들기 위한 후처리가 있다는 건 알지만 그래도 대단함. 앞으로 이미지는 더 좋아질 것임

    • 목성 하면 떠오르던, 색 띠가 층층이 있고 큰 점 하나가 뚜렷한 오래된 이미지가 이런 최신 이미지로 대체되는 과정이 흥미로울 듯함. 혼돈스럽고 소용돌이치며, 색이 섞이는 방식이 거의 회화적임
    • 겉모습보다 더 압도적인 건 항상 규모임. 아름다운 소용돌이를 보다가 그 안에 행성 하나가 들어갈 수 있다는 걸 깨닫게 되면 정신이 아득해짐

  • 정말 무서움. 저 소용돌이들이 전부 행성 크기의 허리케인 같음. 목성이 더 컸다면 별이 됐을 것이고, 지구의 생명은 존재하지 못했을 것이라 소름이 돋음

    • 목성이 갈색왜성이 되려면 현재 질량의 13배, 저질량 별이 되려면 약 83~85배가 필요함 [1]
      [1]: https://www.astronomy.com/science/ask-astro-could-jupiter-ev...
    • 우리가 모래알 위 달걀껍질처럼 얇은 환경에서 살고 있고, 바깥은 차갑고 치명적인 무한 진공이며, 가까이 가면 지구 전체를 증발시킬 지옥불들이 곳곳에 있다는 걸 떠올리게 하는 모든 것이 무섭게 다가옴
      지구 같은 곳은 너무나 드묾. 더 많은 사람이 지구를 아꼈으면 좋겠음
    • “목성이 더 컸다면 별이 됐고 지구 생명은 없었을 것”이라는 부분은 확실치 않음
      목성 궤도에 작은 별, 예를 들어 적색왜성 크기의 별이 있어도 밤하늘에서 더 밝게 보이는 것 말고는 지구에 큰 차이를 만들지 않을 수도 있음
    • 목성의 근일점은 태양에서 겨우 5AU임. 목성이 별이 되기에는 질량이 한참 부족하더라도, 지구 궤도를 불안정하게 만들 만큼은 충분히 커질 수 있었을 것 같음
    • 목성은 자신이 가지 않은 길을 영원히 후회할 것임

  • 목성을 고정된 각도에서 24시간 실시간 영상으로 보여줄 무언가를 보내는 게 얼마나 어려울까?

    • 꽤 어려움
      목성의 영향권은 방사선으로 가득해서 위성에 많은 차폐가 필요하고, 그러면 매우 무거워짐. 게다가 목성까지 가는 것뿐 아니라 지구가 아닌 행성의 동기 궤도에 들어가려면 큰 추진력이 필요해서 연료도 많이 듦. 마지막으로 시간도 문제임. Europa Clipper는 막 지구를 떠났지만 목성 도착까지 8년이 걸림. 발사 가능 기간은 길지만 매우 띄엄띄엄이라 임무 시점도 중요함
      재미있는 사실로, Clipper는 Europa로 가지만 임무의 상당 시간을 목성 궤도에서 보내며 매 궤도마다 Europa에 가까이 지나감. 이는 임무 중 위성이 받는 방사선을 줄이기 위한 선택이고, 방사선을 최대한 피하려고 궤도도 엄청나게 큼
      목성과 그 위성 주변은 태양계에서 가장 적대적인 우주 환경 중 하나일 가능성이 큼. 소행성을 붙잡고, 방사선이 강하며, 가스로 가득한 거대한 행성은 들어가면 사람과 우주선을 부식시킬 것이고, 거대한 중력 우물 때문에 한번 들어가면 다시 빠져나오기 어렵다. 태양계에서 목성과 그 위성들만큼 위험한 곳은 많지 않음
    • 통신하려면 가시선이 필요하고, 아마 태양이 가끔 그 사이를 가로막을 것임

  • 사진들이 아름다움. 그런데 왜 전체 해상도 이미지를 자체 서버가 아니라 Flickr에 올리는지 궁금함

  • 바보 같은 질문일 수도 있는데, 왜 사진들이 잘려 있는 걸까?

    • 전혀 바보 같은 질문이 아님. 실제로는 단순히 자르는 것보다 훨씬 많은 처리가 들어감
      “이미지는 예비 기하학적 카메라 모델에 따라 재투영되고, 일부 카메라 아티팩트가 제거되며, 입사각과 방출각의 코사인에 대한 3차 다항식 BRDF로 대략적인 조명 보정이 적용됨”
      각 사진에 붙은 “Source Image(s)” 링크를 보면 카메라가 실제로 무엇을 보는지 훨씬 잘 이해할 수 있음. 원본 이미지 아래쪽으로 내려가면 서로 다른 색 채널과 전송을 위해 어떻게 인터리브되는지도 볼 수 있음. 그 설명을 가져온 예시와 원본은 여기임:
      https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing?id=17025
      https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing?id=JNCE_...
    • 바보 같은 질문 아님. 이미지는 실제로 잘린 게 아닌 것 같음. JunoCam은 “push broom” 촬영 장치로 설명됨 [0]. 카메라는 우주선이 회전하는 동안 사진을 찍음. 그래서 더 큰 이미지의 잘린 부분이라기보다, 이어 붙인 파노라마를 보는 것에 가까움
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/JunoCam#Design

  • 목성은 왜 이렇게 색이 다채로운 걸까?
    색 변화가 밀도 변화와 비슷한 차이를 나타낸다면, 왜 목성에는 이렇게 난류가 많고 상층부가 더 균일하지 않을까? 조석 운동 때문일까? 아는 사람 있나?

    • 이 글[1]에는 이전 근접 비행 때의 JunoCam 사진이 있는데, 사람이 보는 것과 대략 비슷하게 조정돼 있음. 그래도 색이 꽤 많음
      이 논문[2]은 타원형 폭풍들을 연구하지만, 대기와 색에 대한 세부 내용도 있음:
      붉은색은 보통 붉은 발색단(chromophores) 때문으로 보며, 이는 암모니아가 아세틸렌과 함께 자외선 광분해되는 등 복잡한 화학 반응의 산물임. 이런 발색단은 암모니아 입자를 코팅하는 물질처럼 작용할 수 있음
      목성 대기의 구름 구조, 특히 대적점과 흰색 타원 같은 소용돌이 특징의 본질은 아직도 수수께끼임
      이 논문[3]은 실험실에서 반응을 재현하고 관측된 색과 비교하려고 함. 잠재적인 색 형성 과정에 대해 좀 더 자세히 다룸
      그리고 이 사진[4]도 꼭 넣고 싶음. 작은 솜털 같은 구름과 그 그림자가 만들어내는 깊이감이 정말 좋음
      [1]: https://www.jpl.nasa.gov/images/pia25018-nasas-juno-mission-...
      [2]: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/201... Characterization of the white ovals on Jupiter's southern hemisphere using the first data by the Juno/JIRAM instrument
      [3]: https://doi.org/10.1016/j.icarus.2016.03.008 Chromophores from photolyzed ammonia reacting with acetylene: Application to Jupiter’s Great Red Spot (use the hub of science for full paper)
      [4]: https://apod.nasa.gov/apod/ap241103.html
    • 설명에 색상과 대비가 과장됨이라고 되어 있음. 최근 달이나 명왕성 이미지처럼 이런 방식이 유행하는 것 같음. 성운 사진 등에서 하듯 보이지 않는 스펙트럼을 색으로 변환해 물질 조성을 더 잘 구분하게 했을 수도 있음
      의도는 좋음. 이미지를 훨씬 더 유익하게 만들고, 아주 멋져서 대중적 지지를 얻는 데도 도움이 됨. 하지만 약간 오해를 부르고 사람들을 헷갈리게 하기도 함
    • 별도로 명시되지 않은 거의 모든 우주 이미지는 가색(false color) 이라고 봐도 됨
      https://science.nasa.gov/resource/jupiter-in-true-and-false-...
      https://www.cnet.com/science/space/why-nasas-image-of-jupite...

  • JunoCam[1]은 Juno의 과학 장비가 아님. 우리가 즐길 수 있는 이런 멋진 이미지를 만들기 위해 추가된 장비임. 개인적으로는 그 점이 기쁨
    물론 데이터는 데이터라서, 이를 활용한 과학 연구도 일부 계획돼 있음
    [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/JunoCam

    • 앞으로 더 많은 우주 임무에도 이런 장비가 들어가야 함. Europa Clipper가 보낼 이미지가 정말 기대됨
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