Brice Ménard와 Claude Science가 자외선으로 하늘 전체를 담은 지도를 만들었다

!원문 캡처 · anthropic.com

2026년 10월 8일

존스홉킨스대학교 천체물리학자이자 Anthropic 연구원인 Brice Ménard는 Claude Science와 협력해 자외선으로 본 하늘 전체의 지도를 만들었다고 밝혔다. 이 지도는 학생들이 이 파장에서 보이는 우리은하의 구조를 자세히 살펴볼 수 있는 교육 자료로 활용될 수 있다.

은하 중심을 가운데에 둔 자외선 하늘 지도다. 원자외선 154nm와 근자외선 232nm를 합쳐 나타냈다. 지도 가운데 은하면을 포함한 약 3분의 1은 이 글에서 설명하는 방법을 이용해 Claude Science가 예측했다. 각 픽셀이 ‘측정’인지 ‘예측’인지 표시하는 추가 레이어와 불확실성 추정치도 제공한다. 지도 보기

천체물리학을 가르칠 때면 관측 파장에 따라 하늘의 모습이 완전히 달라진다는 점을 자주 보여준다. 가시광선에서는 주로 별이 보인다. 적외선으로 바꾸면 우리은하를 따라 띠처럼 모여 있는 작은 먼지 알갱이의 빛이 드러난다. 전파에서는 별과 먼지가 희미해지고, 새로운 별이 만들어지는 원료인 수소 기체가 보인다. 엑스선으로는 별의 폭발이나 블랙홀 주변으로 소용돌이치는 물질처럼 격렬한 현상을 관찰할 수 있다. 이런 특징을 함께 살피면 천문학자들은 기체가 어떻게 별로 붕괴하는지, 별이 은하에 어떻게 먼지를 퍼뜨리는지, 우리은하 같은 은하가 어떻게 형성되는지 이해할 수 있다.

가시광선, 적외선, 전파로 본 하늘. 제공: ESA Gaia DR3, NASA WISE, HI4PI.

자외선이 별빛을 받아 빛나는 먼지를 어떻게 드러내는지 설명할 때면 늘 양해를 구해야 했다. 젊은 별 주변의 구름부터 별 폭발이 남긴 고리에 이르기까지 보여줄 수 있는 자외선 지도에는 빈 곳이 많았기 때문이다.

완성된 자외선 지도가 없었던 이유

자외선은 지구 대기의 오존층에 흡수된다. 따라서 자외선 영역에서 우주를 관측하려면 우주로 나가야 한다. 지난 50년간 우주망원경이 하늘 일부를 자외선으로 관측하고 데이터를 공개했지만, 관측되지 않은 영역은 여전히 많다.

가장 큰 데이터셋은 2003년부터 2013년까지 운영된 NASA의 GALEX 임무에서 나왔다. GALEX는 약 3만 8,000건의 관측으로 하늘의 약 3분의 2를 촬영했다. 하지만 위성 검출기가 손상될 위험 때문에 일부러 매우 밝은 별이 있는 곳을 관측하지 않았다. 별이 가장 빽빽하게 모인 은하면도 여기에 포함됐다. NASA의 Swift와 한국의 FIMS/SPEAR 같은 우주망원경이 추가 데이터를 수집했지만, 이 자료들을 합쳐도 빈 곳이 남았다.

통계 기법으로 누락된 데이터를 추정해 완전한 자외선 지도를 만들 수는 있다. 하지만 이를 제대로 수행하려면 픽셀 단위의 꼼꼼한 보정과 정교한 반복 분석에 수주가 걸린다. 천체물리학자들은 대개 더 시급한 연구를 우선하므로 이런 작업은 뒤로 밀리기 쉽다. 핵심 개념을 설명하거나 다른 연구자에게 도움이 되지만 우선순위가 높지 않아 끝내 이뤄지지 않는 프로젝트는 여러 분야에 쌓여 있다. Ménard는 Claude를 통해 이런 상대적으로 낮은 우선순위의 작업에 착수하기가 쉬워졌다고 설명했다.

지도를 만드는 과정

Ménard는 올여름 Claude Science를 이용해 하늘 전체의 자외선 지도를 만들기 시작했다. 지시 자체는 간단했지만 실행은 그렇지 않았다. 공개된 자외선 데이터셋을 모두 모으고, 같은 기준으로 맞춘 뒤 하나의 지도로 합치고, 자외선 망원경이 관측한 적 없는 하늘의 모든 영역을 채우는 작업이었다.

Claude는 AI 에이전트 팀을 구성해 작업을 진행했다. 에이전트들은 먼저 웹에서 공개된 천문 자외선 관측 자료를 찾았다. 각 조사 자료는 수년에 걸쳐 서로 다른 조건에서 얻은 방대한 데이터 포인트나 이미지로 이뤄져 있다. NASA의 GALEX 임무만 해도 이미지가 수만 장에 이른다.

자료를 내려받은 뒤에는 각 조사 자료의 일관성을 맞춰야 했다. 서로 다른 시기에 찍힌 이미지를 비교할 수 있도록 보정하는 과정이다. 특히 밝은 별 주변을 주의 깊게 처리해야 했다. 태양이나 가로등이 지구에서 찍은 사진에 번짐을 더하듯, 별도 우주망원경이 촬영한 하늘 이미지에 빛 번짐을 일으킨다. 별 주변의 희미한 자외선을 정확히 측정하려면 이 번짐을 제거해야 했다. 여러 에이전트가 하늘의 서로 다른 영역을 병렬로 처리해 차이를 보정했다.

다음은 여러 조사를 합치는 단계였다. 데이터는 서로 다른 망원경과 장비로 수집돼 자외선 하늘을 조금씩 다르게 포착한다. 하나의 지도로 합치려면 조사 자료 간 교차 보정, 해상도 통일, 공통 좌표계로의 변환이 필요했다. Ménard가 Claude에 상위 수준의 지침을 주면 Claude가 에이전트 팀에 세부 작업을 맡겼다.

가장 어려운 작업은 지도의 빈 곳을 채우는 일이었다. 하늘의 약 3분의 1은 자외선으로 관측된 적이 없다. Ménard는 빈 영역을 보완하기 위해 머신러닝에서 흔히 쓰이는 인페인팅(inpainting) 기법을 적용하도록 Claude Science에 요청했다. 이 기법은 수백만 장의 사진으로 학습한 모델이 이미지의 각 부분과 주변 영역 사이의 관계를 익힌 뒤, 손상되거나 누락된 부분을 복원하는 방식이다.

Claude는 이 방법에 다른 파장의 관측 자료도 결합했다. 자외선 자료가 없는 곳에도 가시광선, 적외선, 전파 관측 자료는 있었다. Claude는 자외선 지도가 있는 하늘의 3분의 2를 이용해 자외선 밝기와 다른 파장의 밝기 사이 관계를 학습했다. 이어 그 관계를 자외선 자료가 없는 나머지 영역에 적용해 각 지점의 모습을 추정하고, 추정의 확신도도 계산했다.

예측이 얼마나 정확한지 확인하기 위해 Ménard는 이미 자외선 자료가 있는 영역 일부를 의도적으로 가려, 인페인팅이 채워야 할 것과 같은 빈 곳을 만들도록 Claude에 요청했다. 모델은 실제 값에 접근하지 않은 채 학습한 내용을 이용해 이미지를 완성해야 했다. 여러 차례 개선을 거친 뒤 모델은 가려진 데이터를 실제 자외선 측정값의 약 10% 이내로 추정했다. Ménard는 이 차이가 사람 눈에는 거의 구별되지 않는다고 설명했다.

마지막으로 Claude는 이렇게 복원한 확산 배경 위에 유럽우주국(ESA) Gaia 위성의 가시광선 측정 자료에서 추정한 개별 별 1억 개 이상의 자외선 빛을 더했다. 하늘 전체 자외선 지도의 첫 버전이 완성됐다.

Claude Science 파이프라인에서 최종 지도가 만들어지는 과정. 원통은 공개 데이터셋 입력, 파란 상자는 Claude가 수행한 결정론적 단계, 보라색 상자는 Claude가 통계적으로 학습한 구성 요소, 초록색 상자는 데이터 융합과 최종 산출물을 나타낸다.

검토와 수정

Claude가 처음부터 모든 것을 제대로 처리한 것은 아니었다. 어느 날 저녁 처리된 이미지들을 살펴보던 Ménard는 가장 어두운 관측 영역 중 하나에서 희미한 원들을 발견했다. 각 원은 주변 원보다 약간 밝거나 어두웠다.

그 원들은 GALEX가 개별적으로 관측한 영역의 흔적이었다. GALEX의 각 이미지는 하늘의 원형 영역을 담고 있으며, 지구 대기에서 비롯된 약하고 균일하지 않은 자외선 빛이 들어 있다. 이 빛을 완전히 제거하지 못하면 각 원은 주변 영역보다 조금 밝거나 어둡게 나타난다. Claude는 프로젝트 초반에 이를 알려진 문제로 정리했지만, 다른 에이전트가 두 차례 검토했을 때도 문제를 발견하지 못했다.

Ménard가 “개별 관측의 흔적이 남은 원판이 보인다. 바로잡을 수 있나?”라고 요청하자 에이전트들은 원인을 남아 있던 대기광으로 추적했다. Claude는 3만 8,000건의 관측 모두에서 대기광을 보정했다. 몇 시간 동안 처리한 뒤 원형 흔적은 사라졌다.

밝은 별은 직접 관측하지 않은 경우에도 주변 자외선 관측을 오염시킨다. 각 행은 GALEX가 피한 영역이 담긴 관측 자료를 보여준다. 왼쪽에는 희미한 원판 형태로 개별 관측 영역이 보인다. 가운데는 관측 영역마다 배경 밝기를 하나씩 제거한 뒤에도 일부 원판이 남은 모습이다. 오른쪽은 Claude가 추가 보정을 수행하고 빈 곳을 예측값과 Gaia 별 자료로 채운 최종 지도다. 제공: NASA GALEX GR6/7 (MAST/STScI) - UV-BKGD (Murthy 2014) • Swift-UVOT (NASA HEASARC) • FIMS/SPEAR (KASI/MAST) • TD-1 • ESA Gaia DR3 (DPAC) • 빈 영역 보완에 Planck 및 Ha 템플릿 사용.

최종 지도

Claude와 Ménard는 지도를 12차례 넘게 수정했고, 각 버전은 이전보다 정교해졌다. 협업은 며칠 동안 이어졌다. Ménard가 Claude Science와 여러 차례 대화하며 다음 단계를 계획하면 Claude가 몇 시간 동안 독립적으로 계산을 수행했고, 그동안 Ménard는 다른 프로젝트를 진행했다.

완성된 지도는 하늘 전체를 자외선으로 보여준다. 밝은 젊은 별 주변에서 빛나는 먼지 구름, 무거운 별의 폭발로 생긴 기체 거품을 따라 이어지는 거대한 먼지 고리와 루프 같은 구조가 담겼다. 은하면에서 멀리 떨어진 곳에는 은하 전체의 별빛을 받아 빛나는 희미한 먼지 필라멘트가 하늘을 가로지른다. 은하면 아래쪽에는 젊은 별이 밝게 빛나는 이웃 은하인 대마젤란은하와 소마젤란은하가 보인다. Ménard는 이 지도가 우리은하에서 작동하는 다양한 물리적 과정을 학생들이 이해하도록 돕는 기존의 대표 지도들과 함께 교육 자료로 쓰일 수 있다고 밝혔다.

Ménard는 이 프로젝트를 위해 연구에 쓸 시간을 희생하지 않고도 작업을 진행할 수 있었다고 말했다. 그는 과학자들이 비슷한 이유로 미뤄 둔 지도나 그림, 자료가 있을 것이라고 덧붙였다.

자료 제공

지도 제작에 사용된 측정 자료는 NASA의 GALEX와 Swift, 한국의 FIMS/SPEAR, 유럽의 TD-1, ESA의 Planck와 Gaia에서 제공됐다. Ménard는 이 임무에 참여하고 데이터를 공개한 모든 이들에게 감사를 전했다. 그는 Claude Science의 여러 에이전트가 지도를 만드는 세심한 작업에 기여했으며, 자신은 진행 과정을 안내하는 역할에 한정됐다고 밝혔다.