빅뱅, 더 큰 질문, 가장 큰 데이터

가장 중요한 질문은 가장 오래된 질문입니다. 우리는 어디에 있을까요? 어떻게 여기까지 왔을까요? 우리는 어디로 가고 있을까요?

새로운 질문은 가장 큰 질문 중 하나입니다. 물리 우주론의 ΛCDM(Lambda-CDM, 또는 람다 냉암흑물질) 모델이 다음 3가지 가정에 대해 옳은 것일까요? 1) 우주는 모든 곳에서 동일하며 팽창하고 있다. 2) 시공간의 선들은 오직 한 점에서만 교차하며, 각 선을 따라 시간은 동기화될 수 있다. 3) 일반 상대성 이론은 시공간의 기하학과 물질 및 에너지의 분포를 정확하게 연관시킨다.

간단하죠?

유럽 우주국(ESA)의 과학자와 엔지니어들은 1975년 설립 이후 늘 그래왔듯이 매일 이러한 질문에 대한 답을 찾고 있습니다. 세대를 거듭할수록 더 큰 호기심을 불러일으킵니다.

1975년 ESA가 설립되었을 당시, 이는 단순한 과학적 이정표 이상의 의미를 지녔습니다. 단일 협약 하에 분산된 국가 프로그램을 통합하고 우주에서 한 목소리를 내겠다는 유럽의 결정이었습니다. 이러한 통합적인 조치는 지난 50년간 ESA가 이룬 성과의 토대를 마련했습니다. 이러한 토대를 바탕으로 ESA는 최첨단 과학부터 탐사, 지구 관측, 유인 우주 비행에 이르기까지 광범위한 프로그램을 구축해 왔습니다.

국제 우주 정거장(ISS)의 유인 우주 비행 프로그램에 참여하는 것은 인상적인 일이지만, ESA는 우리 은하의 다른 행성과 위성에 대한 무인 탐사와 지구 근처 궤도에 있는 수많은 인공 위성 배열도 관리하고 있습니다. 현재 이 기관은 총 20개의 임무를 감독하고 있으며, 지구의 태양풍과 북극의 변화하는 기상 패턴부터 플라스마 물리학(플라스마는 우리 우주에서 가장 무질서하고 보편적인 물질 상태)과 약 140억 년 전의 빅뱅의 연쇄 효과(이 단일 우주적 사건은 인류에게 알려진 모든 가장 큰 미스터리의 어머니로 남아 있습니다)에 이르기까지 모든 것을 연구하고 있습니다.

ESA의 ΛCDM 문제에 대한 해답을 찾는 임무는 점, 선, 면, 각의 속성을 전통적인 기하학 형태로 정리한 고대 그리스 수학자 알렉산드리아의 Euclid에서 이름을 따왔습니다. 유클리드 우주 망원경은 점, 선, 면, 각의 고전적인 속성을 사용하여 100억 광년 떨어진 수십억 개의 은하의 기하학적 구조를 관측하도록 설계되었습니다.

(대부분의 사람들에게는) 어려운 수학과 수많은 0을 제쳐두더라도, 유클리드 임무가 생성하는 데이터는 관측 가능한 하늘의 3분의 1 이상을 효과적으로 매핑합니다. 하지만 놀랍게도, 유클리드 팀의 연구는 중력, 소위 암흑 에너지, 암흑 물질과 같이 보이지 않는 영역만을 관측하는 데 집중합니다. 더욱 놀라운 것은, 우주의 5%만이 눈에 보이기 때문입니다(예: 원자, 빛, 스타벅스 커피 주문). 지금까지 훤히 들여다보이지 않았던 우주의 나머지 95%에는 유클리드가 찾는 답이 담겨 있습니다.

이 답은 곧 NetApp 서버의 데이터에서 찾을 수 있을 것입니다. 곧 여러분 근처의 은하수에서도 만나볼 수 있습니다.

Ruben Alvarez는 1293년에 설립된 Complutense University of Madrid에서 천체물리학 석사 학위를 취득했습니다. 세계에서 가장 오래된 대학 중 하나인 Complutense University의 대학원 졸업생으로서, Ruben이 세계에서 가장 오래된 의문들에 대한 해답을 찾는 데 기여하고 있다는 것은 당연한 일입니다. 수년 후, 그는 IT 경영학 석사 학위를 취득했습니다. ESA의 과학 IT 인프라 코디네이터이자 사이버 보안 관리자인 Ruben은 여러 학문 분야에서 뛰어난 역량을 발휘하는 흔치 않은 기로에 서 있습니다. 경력 초기에 과학자이자 연구원으로 활동했던 그는 이제 우주론이라는 무형의 세계와 우주 기반 과학의 중요한 의문들을 증명하거나 반증하는 데이터를 수집하고 관리하는 데 필요한 하드웨어 및 소프트웨어라는 매우 유형의 세계를 연결하는 역할을 하고 있습니다. 쉽게 말해, Ruben은 ESA의 과학 운영 센터(SOC)에 필요한 IT 인프라와 사이버 보안을 제공합니다. 바로 이곳에서 고도로 전문화된 전문가들이 여러 우주 기반 및 천문 임무의 요구 사항을 능숙하고 동시에 조율합니다.

그들은 바쁘게 움직이며, 하루하루가 다릅니다. 그들의 업무는 발사 후 탑재 장비의 교정에서 데이터 수명 주기 전반에 걸친 저장 환경 설계까지 다양합니다. 이는 여러 우주선과 천문 위성에서 수집된 원시 우주 데이터를 처리하고 분석하면서 이루어집니다. 그들의 상시적인 임무는 궁극적으로 우주의 물리적 존재, 그리고 우리 자신에 대한 이해를 형성하는 것입니다. 지난 반세기 동안 ESA가 구축한 데이터 세트는 '디지털 우주 도서관'으로 인정받는 연구 자료로 이어졌습니다. 그리고 그 도서관의 선반에는 수십억 년에 걸쳐 쓰여진 세계에서 가장 최신의 책 중 하나를 나타내는 점점 더 많은 양의 데이터가 있습니다.

유클리드 데이터 세트는 우리의 디지털 우주 지도책입니다.

유클리드 광각 망원경은 2023년 7월 플로리다주 케이프커내버럴에서 발사될 예정인 지점에서 100만 마일(약 160만 킬로미터) 떨어진 태양 주위를 도는 헤일로 궤적을 따라가고 있습니다. 유클리드는 ESA가 주도하는 임무로, 적외선 감지기, 지상 지원, 그리고 유클리드 컨소시엄에 참여한 미국 과학자들을 포함한 NASA의 기여가 포함됩니다. 발사는 SpaceX에서 제공한 Falcon 9에 의해 수행되었습니다. 위성은 약 한 달 후 안정된 궤도에 진입했고, 과학자들은 모두 숨을 죽였습니다. 그러나 지구로 전송된 유클리드의 첫 번째 이미지는 광공해로 오염되었습니다. 하지만 걱정하지 마십시오. 마드리드의 SOC 팀과 프랑스 툴루즈, 이탈리아 토리노의 엔지니어들이 협력하여 우주선을 몇 도 정도 보정한 결과, 곧 문제가 해결되었고 임무는 순조롭게 진행될 것입니다.

유럽 ​​우주 천문학 센터(ESAC) 과학 운영 센터(SOC)의 핵심 책임

• 우주 임무 계획 - 주어진 시간에 15개 이상의 임무를 포함하며, 대부분은 5~15년 동안 지속됩니다.
• 우주 계측기 교정 - 안정적인 궤도에 도달하고 임무의 신뢰할 수 있는 데이터 전송이 공식적으로 시작될 때까지 엔지니어가 발사 후 우주선 매개변수를 조정하도록 지원합니다.
• 우주 데이터 처리 - '게시'를 준비하기 위해 데이터를 처리, 분류, 목록화, 분석 및 일반적으로 정리합니다(수년이 소요될 수 있음).
• 우주 데이터 아카이빙 - 3만 명의 연구원과 학자들이 언제 어디서나 우주 도서관에 24시간 연중무휴 접속할 수 있도록 제공하고 보호합니다.

유클리드는 처음에는 서로 인접한 목표를 가진 두 가지 임무로 제안되었습니다. 하지만 이 두 가지 임무를 결합함으로써 ESA는 오늘날 더 적은 자원으로 더 많은 것을 달성하는 이점을 누리고 있습니다. 또한 ESA의 분산된 특성이 우리 모두에게 어떤 이점을 제공하는지 보여주는 훌륭한 사례이기도 합니다. 15개국 이상에 걸쳐 2,500명 이상의 엔지니어와 과학자들이 유클리드 과학 컨소시엄에 참여하고 있습니다. 하지만 유클리드는 Ruben과 그의 팀이 직면한 복잡성을 완벽하게 보여주는 사례이기도 합니다. 많은 우주 임무는 예를 들어 먼 달 하나를 연구하거나 지구 근처를 통과하는 소행성에 착륙하는 것처럼 단 하나의 목표에만 집중합니다. 반대로 유클리드의 목표는 상상할 수 있는 가장 광범위한 것 중 하나입니다. 은하수 바깥에 있는 수십억 개의 외계 천체와 별을 세계에서 가장 진보된 지상 망원경보다 4배 높은 해상도로 연구하는 것입니다.

다행히도 선례가 있습니다.

이 기사가 2025년 온라인에 게시되는 지금, 유럽 우주국(NASA)의 가장 주목할 만한 임무 중 하나가 수명을 다하고 있습니다. 모행성의 계절이 불가피하게 변화함에 따라, Gaia 우주선은 필연적으로 'passivation' 상태에 돌입합니다. 이 시점에서 남아 있는 내부 에너지(예: 사용하지 않은 배터리 전력과 사용하지 않은 추진제)는 의도적으로 고갈됩니다. Gaia는 국제 협약에 따라 미래의 우주 임무에 위험한 우주 파편으로 위협이 되지 않도록 결정된 궤도에 진입합니다. 우주선 설계 및 임무 범위의 이 마지막 단계는 공식적으로 Gaia를 '기록적인' 우주선으로 지정했습니다. 또한, 10년 넘게 은하계의 가장 크고 정확한 3차원 지도를 제작하는 데 헌신한 끝에, Gaia는 더 이상 우주와 우리 은하 간의 대화에서 적극적인 목소리를 내지 못하게 되었습니다. 하지만 Gaia는 우리에게 깨달음과 영감을 불어넣는 임무를 통해 얼마나 강력한 목소리를 내는지 증명하고 있습니다.

Ruben Alvarez와 NetApp은 둘 다 지구에 있지만, 비유적으로 말하면 이 여정의 모든 것을 함께합니다.

2013년 발사 당시, Gaia는 천체측량의 다양한 차원에 걸친 체계적인 연구를 위해 설계되었습니다. 즉, 우리 은하 내 별, 외계 행성, 그리고 그 이웃 행성들의 상대적인 위치, 크기, 색깔을 기반으로 그 속성을 측정하는 것입니다. 물론 이보다 훨씬 더 복잡하지만, 그 결과 별, 행성, 혜성, 소행성, 퀘이사 등 전례 없는 천체 목록이 탄생했습니다. 그리고 이 모든 것이 3D로 제공됩니다.

Gaia는 초기 단계에서 이전 임무보다 100배 더 많은 데이터를 생성할 것으로 예상되지만, 그처럼 희소한 고도에서도 Gaia는 기대 이상의 성과를 거두고 있습니다. 은하수의 단 1%, 즉 우리 은하에 있는 1,000억 개의 별 중 10억 개만을 목표로 하는 Gaia는 궁극적으로 약 20억 개의 천체를 지도화하고 약 200TB의 데이터를 기록했으며, 이는 언젠가 연구자들과 학자들이 마음껏 활용할 수 있는 자료가 될 것입니다. (마드리드에 있는 Gaia SOC가 방대한 Gaia 프로젝트의 임무 데이터를 사용 가능한 상태로 통합하는 데는 몇 년이 걸립니다. 최종 Gaia 카탈로그는 2030년까지 제공될 예정입니다.)

NetApp AFF A150 All-Flash 어레이의 이점  

• 엔트리 레벨 가격의 엔터프라이즈급 성능 
• 짧은 지연 시간 및 높은 처리량 
• 고속 데이터 액세스 및 향상된 확장성 
• 다른 HDD보다 뛰어난 성능, 안정성 및 에너지 효율성  

NetApp FAS 스토리지의 이점  

• 콜드 데이터 계층화 및 사이버 소산 워크플로를 위한 최저 데이터 라이프사이클 비용 
• 빠르게 증가하는 SAN, NAS 및 오브젝트 데이터 세트를 위한 효율적인 백업 
• 용량 및 성능의 원활한 확장 

우주 데이터 아카이브 소프트웨어 엔지니어인 Roberto Prieto는 "NetApp AFF와 FAS 장치가 함께 단일 클러스터를 구성하여 실시간으로 한 시스템에서 다른 시스템으로 데이터 볼륨을 마이그레이션할 수 있습니다"라고 말합니다. 다중 프로토콜 FAS 서비스를 통해 SOC는 네트워크 파일 시스템(NFS) 기능, iSCSI(Internet Small Computer System Interface), 파이버 채널 프로토콜(FCP) 또는 S3 오브젝트 스토리지를 통한 블록 수준 액세스를 서비스를 제공하는 과학 커뮤니티에 제공할 수 있습니다. Roberto는 이어서 "NetApp은 우리가 경험해 본 시스템 중 가장 효율적이고 확장 가능하며 유연한 시스템 중 하나입니다. 20년 동안 단 하나의 파일도 손실된 적이 없습니다"라고 덧붙였습니다.

경제성, 간편성, 보안성 외에도 FAS의 가장 큰 장점은 확장성이 뛰어나다는 것입니다. 이는 빅뱅을 연구하는 사람들에게 매우 중요합니다. Gaia가 은하수 별의 약 2%를 매핑한 후 패시베이션 상태에 돌입하는 동안, 유클리드는 이미 더 넓은 우주의 36% 이상을 매핑하고 있습니다. 한 시대가 끝나면 또 다른 시대가 시작되며, ESA의 NetApp 데이터 스토리지는 각 과학 임무의 데이터를 안전하게 저장하고 신뢰도를 높입니다. Ruben은 이를 다음과 같이 표현합니다. "임무를 성공적으로 수행하는 데 중요한 요소는 데이터 인프라가 유연하고 데이터를 민첩하게 배포할 수 있다는 것입니다. NetApp 시스템은 그러한 유연성과 민첩성을 제공합니다."

SOC의 IT 전략을 자세히 살펴보면, 멀리 떨어진 곳에서 전송되는 정보량이 머리 위로 빠르게 퍼져 나가면서 정보의 양이 증가하는 상황에서도 말 그대로 방대한 정보를 관리하는 데 내재된 복잡성을 드러냅니다. SOC는 사이버 복원력을 최우선으로 생각하며, 특히 우주 도서관이 유지해야 하는 '열린 문'을 고려할 때 더욱 그렇습니다. Ruben의 이러한 측면에 대한 경계심은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 그는 "우리는 우리의 임무가 만들어내는 데이터를 대중에게 제공해야 합니다. 동시에 우리 자신과 데이터를 보호해야 합니다. 이는 결코 끝나지 않는 경쟁입니다."라고 말합니다. 재해 복구를 위한 데이터 백업 및 중복성 또한 그의 업무 범위에 포함됩니다. 여기서는 매우 기술적인 내용으로 빠르게 넘어가지만, 그의 툴박스에 있는 다른 NetApp 솔루션으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• NetApp^® Snapshot^™: 애플리케이션 실행 중 중요한 데이터의 즉각적인 복사본 생성
• NetApp^® FlexClone^®: 상위 볼륨의 쓰기 가능한 시점 복사본
• NetApp^® ONTAP^® FlexGroup: 메타데이터가 많은 워크로드에서 예측 가능하고 지연 시간이 짧은 성능으로 거의 무한에 가까운 용량 제공

이 모든 기술은 통합 스토리지를 위한 최고의 운영 체제인 NetApp® ONTAP®을 통해 통합되어 과학 운영 센터 생태계 전반에 최적화된 용량과 성능을 제공합니다. Ruben은 이러한 원활한 통합과 관리 용이성을 강조하며 "NetApp은 약속을 실제로 이행했습니다"라고 말했습니다. 그는 또한 NetApp과의 오랜 협력 관계에는 하드웨어와 소프트웨어 이상의 요소가 있다는 것을 인지하고 있으며, "기술, 인력, 지원이라는 이러한 요소들의 조합이 지난 20년 이상 우리에게 핵심적인 역할을 해왔습니다"라고 덧붙였습니다. NetApp은 이러한 협력 관계에 참여하게 되어 자랑스럽게 생각합니다.

우주 자체와 마찬가지로 유럽 우주국(ESA)의 수많은 과학 임무에서 수집된 데이터는 확장되고 가속화되고 있습니다.

• 2018년에 발사된 두 대의 위성 임무인 BepiColombo는 2026년 수성 궤도에 진입할 예정입니다.
• 목성 얼음 위성 탐사선(Juice)은 2031년 가스 행성 주위 궤도 진입을 목표로 하고 있습니다.

15개 이상의 과학 임무가 목록에 포함되어 있으며, 이는 Ruben과 그의 팀이 오늘, 내일, 그리고 앞으로 수십 년 동안 인류를 위해 계속 수행할 (말 그대로!) 천문학적 과제입니다. 그 과정에서 그들은 때때로 건배를 하며 하나의 임무가 시작되고 또 다른 임무가 끝날 때마다 우주 탐사와 천문학의 주요 업적을 축하할 것입니다.

이러한 축하 행사 중 일부는 전 세계가 사용할 수 있도록 새로운 우주 데이터 카탈로그가 등록되는 것을 축하하는 것일 것입니다. 이러한 '도서 출간' 행사는 우주 도서관(Library of the Universe)을 관리하는 사서들에게 특히 바쁜 시기입니다. 새로운 책이 서가에 진열되기 전에, 각각의 새로운 지식은 듀이십진분류법(Dewey Decimal Classification system)과 유사한 고유한 분류법을 사용하여 엄격하게 분류되기 때문입니다. ESA의 '데이터 공개'의 주요 목적은 연구의 과학적 성과를 극대화하고, 전 세계가 데이터를 분석할 수 있도록 함으로써 원래 임무의 목표를 훨씬 뛰어넘는 발견을 가능하게 하는 것입니다.

이는 체계적이고 과학적인 접근 방식으로, 우리 모두가 가진 중요한 질문들에 답을 찾는 데 도움을 줍니다. 비록 처음 질문을 시작할 때 아직 말로 표현할 수 없더라도, 우리는 어디에 있는가? 우리는 어떻게 여기까지 왔는가? 그리고 우리는 어디로 가고 있는가? Ruben은 이렇게 말합니다. "어렸을 때부터 저는 우주에 매료되었습니다. 매일 밤 별이 가득한 밤하늘의 경이로운 광경을 보곤 했습니다. 그 광경을 보면서… 별들이 얼마나 멀리 떨어져 있을까, 별에서 제 눈에 이르기까지 빛이 얼마나 먼 길을 왔을까 하는 생각이 들었습니다. 그래서 저는 지금 하고 있는 일, 즉 다양한 임무를 통해 우리가 이루고 있는 진전을 목격하고, 그것들이 우주에 대한 우리의 이해에 어떻게 기여하고 있는지 지켜보는 일에 행복합니다."

언젠가 우주에 나가고 싶냐는 질문에 Ruben은 인간을 달로 귀환시키는 다면적인 계획인 아르테미스 프로젝트를 언급했습니다. ESA는 NASA 아르테미스 프로그램의 핵심 파트너로서 유럽 서비스 모듈(ESA)과 달 게이트웨이 모듈을 제공하며, 각 모듈은 오리온 우주선에서 3주간 임무를 수행하는 네 명의 우주비행사를 지원하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 임무에는 유럽 우주비행사도 참여하여 유럽의 달 탐사에 새로운 장을 열 예정입니다.

이런 질문이 떠도는 가운데 Ruben은 잠시 말을 멈추고 미소를 지으며 말했습니다. "앞으로 흥미로운 시대가 펼쳐질 것 같습니다. 달에 발을 디딘 사람은 겨우 12명뿐이니까요. 그러니 몇 년 후 어떤 일이 벌어질지 지켜보죠..."