[여기 '과학' 어때] 우주의 비밀을 풀 수 있을까요

제임스 웹 우주망원경이 우주로 간다

우주. NASA 제공

인간은 어디에서 왔을까요.
종교에서 얘기한 것처럼 신이 창조했을까요.
지구가 생겨나기전, 태양이 만들어지기전,
이 우주가 만들어졌을때의 환경은 어땠을까요.
그리고 태양계 너머 먼 우주에 정말 생명체가 살고 있을까요.
어쩌면 이 질문에 대한 해답을 조만간 찾을 수도 있다는 얘기를 하려고 합니다.

현존 최고의 제임스 웹 우주망원경이 프랑스령 기아나에 있는 기아나 우주 센터에서 아리안 5 로켓에 실려 12월 25일 발사한다. NASA 제공

[파이낸셜뉴스] 2021년 12월 25일은 인류 역사에 남을 만한 이벤트가 있습니다. 바로 제임스 웹 우주망원경이 우주로 올려보내는 날입니다.

이 망원경은 미국 항공우주국 (NASA)과 유럽 우주국 (ESA) 그리고 캐나다 우주국 (SCA)이 협력해 만들었습니다. 프랑스령 기아나에 있는 기아나 우주 센터에서 아리안 5 로켓에 실려 25일 발사됩니다.

1990년 4월 24일에 우주로 나가 지금까지 우주를 관측하고 있는 허블 우주망원경. NASA 제공

■이전의 우주망원경, 허블
우선 현재 우리 인류는 허블우주망원경을 1990년 4월 24일에 발사해 지금까지 사용하고 있습니다. 허블은 NASA가 1968년에 직경 3m 주경의 우주반사망원경 제작 계획을 세웠습니다. 이 계획은 1979년 발사를 목표로 진행됐죠.

미국 국회는 최종적으로 1978년에 3600만 달러의 재정지원에 승인, 1983년 발사를 목표로 대형 우주망원경 설계가 본격적으로 시작됐습니다. 이후 우주선과 망원경에 관련된 여러 문제점이 발견되면서 발사연기를 거듭하다 결국 1990년에 우주로 올라갔습니다. 그런데 여기에서도 문제가 많이 발생했다고 하네요. 그래서 우주인을 태운 우주선을 보내 정비하고 장비를 교체해 업그레이드를 계속 했습니다. 그러나 아직도 정확하게 교정된 것이 아니라고 하네요. 그럼에도 불구하고 수많은 우주의 비밀을 밝혀내고 있습니다.

현존 최고의 제임스 웹 우주망원경이 우주에 나가 반사경과 차양막을 펼친 이미지. NASA 제공

■차세대 우주망원경
NASA는 허블 우주망원경을 우주로 쏘아 올린뒤 2013년이 되면 수명이 다 할것으로 전망했습니다. 그래서 1996년에는 허블을 대체할 새로운 우주망원경을 계획했습니다. 허블이 볼 수 없는 더 깊은 우주를 들여다보기 위한 차세대 우주망원경 개발 프로젝트를 가동했죠.

그래서 탄생한 게 제임스 웹 우주망원경입니다.

NASA와 천문학계에서는 이 망원경이 지금의 우주망원경들로는 관측할 수 없는 아주 먼 우주까지도 관측할 수 있다고 하네요. 그래서 빅뱅 직후인 135억년전에 있던 빛을 잡아낼 수 있을 것이라고 기대하고 있습니다. 그렇게 되면 우주가 어떤 환경에서 어떻게 탄생했는지를 밝혀낼 실마리를 찾을 수도 있다고 해요.

또 이 망원경으로 저 멀리 있는 외계 행성의 대기를 분석해서 외계 생명체를 찾을 거라고 합니다. 예를들어 행성의 대기 성분이 메탄과 산소처럼 공존이 불가능한 기체들이 대량으로 발견되면 생명체가 존재한다고 판단하는 거죠. 또한 프레온 가스처럼 자연적으로 만들어질 수 없는 성분이 있다면 외계 생명체가 문명 활동을 하고 있다는 증거라고 합니다.

정말 제임스 웹 망원경으로 이런 것들을 발견한다면, 이르면 2030년이 되기 전에 외계생명체가 있다는 발표도 나올 수 있을거 같네요.

제임스 웹 우주망원경은 반사경이 허블보다도 7.3배나 넓지만 18개의 육각형 모양으로 나눠져 있어 로켓에 실을 땐 접는다. NASA 제공

■허블 망원경의 100배
이 우주망원경의 반사경은 직경 6.5m로 허블망원경보다 7.3배 더 넓습니다. 또 반사경은 유리가 아니라 베릴륨에 금을 코팅해 만들었습니다. 그래서 망원경 전체 무게가 허블의 절반인 6.5톤이라고 합니다.

제임스 웹 망원경은 관측하는 영역이 적외선인데, 허블의 가시광선이나 근적외선보다 더 멀고 희미한 천체를 관측하는데 유리하다고 합니다. 과학자들은 이 망원경의 능력이 허블보다도 100배 더 뛰어나다고 말합니다.

그런데 적외선을 관측하려면 망원경의 온도를 항상 영하 233℃ 정도로 낮춰야 한다고 하네요. 망원경이 조금만 열을 받아도 관측할 수 없다는 거죠. 그래서 망원경 뒷쪽에 있는 커다란 차양막으로 태양빛과 지구에서 나오는 빛을 차단합니다.

제임스 웹 우주망원경은 태양빛과 지구빛을 하나의 차양막으로 가리고 우주를 관측할 수 있는 최적의 장소로 L2 라그랑주점에 놓이게 된다. NASA 제공

■최적의 위치는 라그랑주점
빛과 온도에 민감한 이 제임스 웹 망원경은 우주 어디에 있어야 할까요. L2 라그랑주점이라는 공간에 놓일거라고 합니다. 이 지점은 태양이나 지구가 끌어당기는 중력이 균형을 이뤄 중력이 0이 되는 곳입니다. 그래서 지구가 태양에 끌려가지 않고 주위를 계속 돌듯이 이 지점에 있는 물체는 태양과 지구간 직선의 연장선상에서 위치해 있다는 군요. 이 곳에 놓이게 되면 고정된 차양막 하나로 태양빛과 지구빛을 동시에 차단할 수 있다고 합니다. 이 곳은 지구와의 거리가 약 150만㎞, 태양과 지구간 거리의 100분의 1, 지구와 달 거리의 3.9배, 허블 망원경 고도의 2680배라고 합니다.

제임스 웹 우주망원경은 가벼운 소재를 사용해 허블 망원경 무게의 절반인 6.5톤이다. NASA 제공

■연기 그리고 또 연기
상당히 멀어서 제임스 웹 망원경이 고장나면 전에 허블 망원경을 수리하듯 우주왕복선을 보낼 수 없다고 합니다. 그래서 제임스 웹 망원경을 만드는데 신중에 신중을 기했다고 해요.

20여년 전에는 2007년에 발사를 목표로 했습니다. 망원경을 만들면서, 망원경을 싣고 우주로 올라갈 로켓을 계획하면서 여러가지 문제점이 발생했습니다. 설계를 다시하고, 장비를 바꾸었죠. 그러다가 2014년, 2018년, 2019년, 2020년, 2021년…. 올해도 12월 24일에 발사하려고 했지만 기상상황 때문에 25일로 늦춰졌습니다.

처음 계획보다 10년 넘게 발사가 지연되다보니 여기에 들어간 예산도 엄청나게 불어났습니다. 10억달러에서 지금은 100억달러를 넘을 거라고 하네요. 우리나라 돈으로 환산하면? 11조8800억원!
궁금하면 참지 못하는 것은 세계 모두가 같은가 봅니다. 이제 전세계의 천문학자들이 우주의 수수께끼를 풀어서 모두에게 공개하는 날을 기다려봅니다.

[e-mail] 김만기 기자

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