[Top-Notch]⑪ '10조짜리 지구의 황금 눈' 제임스 웹 망원경 발사 카운트 다운

"10조원짜리 '지구의 황금 눈'이 빅뱅 직후 우주의 비밀을 푼다."

2013년3월 미국 텍사스주 오스틴시에서 열린 SXSW 행사에 전시된 제임스웹 망원경 모형(맨위), 반사경은 금도금된 베릴륨으로 만든다(중간사진). 완성된 6.5m짜리 제임스웹 망원경의 반사경(맨아래)./사진=NASA

미국 나사(NASA)가 주도하고 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 참여하는 88억달러(10조5600억원)짜리 차세대 우주망원경 프로젝트, 제임스웹 우주망원경(James Webb Space Telescope·JWST)의 발사가 카운트다운에 들어갔다.

나사는 3일 "제임스웹 망원경은 현재 메릴랜드주 고다르시 우주비행센터에서 진동 내구성 실험을 진행 중이다. 진동 내구성 실험이 끝난 뒤 휴스턴에서 극저온 테스트를 시작할 예정"이라고 밝혔다.

제임스웹 우주망원경은 이후 캘리포니아에서 햇빛 가림막을 장작한 뒤 올해 말까지 각종 테스트를 받는다. 2018년 10월 프랑스령 기니에서 아리안 5 로켓에 실려 발사되고 2019년 봄부터 활동을 시작할 예정이다. 핵심장비인 ‘우주거울’은 작년 11월 완성됐다.

우주 과학자들은 "허블망원경 이후 천문학의 모든 교과서가 다시 쓰인 것처럼 제임스 웹 망원경이 우주에 관한 모든 책을 다시 쓰게 할 것"이라고 말한다.

◆ “지구 150만 ㎞ 밖에서 우주 서사시 보여줄 것”

"제임스웹 망원경은 137억년 전 암흑에서 탄생한 최초의 우주를 관측할 지구 역사상 가장 강력한 타임머신이다. 우주의 서사시를 보게 될 것이다."

자부심 넘치는 나사의 설명처럼 제임스웹 망원경은 지구 밖 150만㎞ 지점을 돌면서 ‘18개의 적외선 황금 거울’을 통해 최초의 우주에서 전달되는 빛과 물질들을 포착해 지구에 전송할 예정이다.

가끔 지구인들이 넋을 잃고 보는 안드로메다 성운 등 우주의 신비로운 모습이나 혜성이 목성과 충돌하는 장면 등은 대부분 허블망원경(Hubble Telescope)이 포착한 이미지다. 2011년 노벨상을 받은 암흑에너지(Dark Energy)와 우주의 가속팽창, 암흑물질(Dark Matter)연구 등 허블망원경 이후 발표된 학술논문이 1만편이 넘는다.

허블망원경은 가시광선과 자외선을 중심으로 우주를 관측하지만 제임스웹 망원경은 적외선 관측을 통해 더 먼 우주의 모습을 더 생생하게 포착할 수 있다. 망원경 이름은 아폴로 계획을 이끈 NASA의 2대 국장 제임스 웹의 이름에서 왔다.

허블 우주망원경(아래 오른쪽)이 찍은 게 성운(사진 위). 게 성운은 지구에서 6500광년 떨어져 있고 지름이 11광년이다, 적색난쟁이별 주위를 돌고 있는 TRAPPIST-1 행성들(아래 왼쪽). 과학자들은 이 두 개 행성에 물이 존재할 가능성이 있다고 보고 있다./사진=NASA, 그래픽=방성수 기자

‘제임스웹 프로젝트’의 책임 과학자인 마크 클렘핀 박사는 “제임스웹의 임무는 적외선 관측을 통해 초기 은하를 찾는 것이다. 우주의 어두운 지점에서 일어나는 별의 탄생을 관찰할 수 있다”고 했다.

천체망원경이 20억년 전, 지구 저궤도를 도는 허블망원경이 80억~120억년 전 우주를 관찰한다면 제임스웹 우주망원경은 137억년 전 우주 모습을 관찰한다.

제임스웹 망원경은 물이 있을 것으로 추정되는 외계행성을 찾는 등 외계 생명체 연구도 촉진할 전망이다. 나사는 2009년 발사한 케플러 우주망원경을 통해 이미 수천 개의 외계행성을 확인했다.

나사의 매트 그린하우스 박사는 “제임스웹에는 외계행성의 대기를 연구할 수 있는 광학장비와 센서가 탑재된다. 외계 생명체 탐색에 큰 진전을 가져올 것으로 기대한다”고 말했다.

◆ ‘천상의 눈’ 허블망원경 100배 성능

제임스웹 우주망원경의 무게는 허블망원경의 절반 수준인 6.4t이지만 금도금한 가벼운 베릴륨으로 만든 육각형 거울 18개를 결합해 반사경 지름을 6.5m로 늘렸다. 거울 지름이 2.4m인 허블망원경보다 2.5배나 크다. 망원경 전체 크기는 테니스장보다 크다.

얇은 반사경을 접은 상태로 우주로 발사되고 목표지점에 도달한 뒤 반사경을 펴는 구조다. 애벌레에서 탈피한 나비가 날개를 펴는 것과 같은 방식이다. 허블망원경보다 집광 능력은 70배, 전체 성능은 100배 좋다.

근적외선 카메라, 근적외선 분광기, 중적외선 장비, 미세유도 센서 등 4개의 관측장비가 통합 모듈에 장착된다. 주요 거울 아래에 실드를 배치, 태양, 지구, 달의 빛을 최소화한다.

제임스웹은 지구에서 150만km 떨어진 지점(라그랑주·L2)을 돌 예정이다. 지구와 태양의 중력이 상쇄돼 외부 인력이 매우 안정된 곳이다. 태양풍이나 운석을 피하기 위해 제임스웹을 이동시켜도 저절로 본래 지점으로 되돌아갈 수 있다.

제임스웹 망원경은 지구에서 150만km 떨어진 곳에서 우주를 관측한다. 태양광 패널, 빛 가림막, 적외선 관측장비들을 탑재하고 있다./그래픽=NASA

지구에서 달까지의 거리(평균 38만4400km)보다 4배나 더 먼 우주에서 지구 중력의 영향을 벗어나 햇빛 방해없이 우주를 관찰할 수 있지만 한 번 고장 나면 수리가 곤란해 엄격한 정밀 테스트 과정을 진행하고 있다.

1996년 시작된 제임스웹 프로젝트는 35억달러로 추정됐던 예산이 88억달러로 늘었고 2014년이던 당초 발사 계획도 2018년으로 미뤄졌다.

1960년대 ‘미국인을 달에 보내자’며 시작된 미국의 달 정복 프로젝트, 아폴로 유인우주선 계획은 인류 역사상 처음으로 달에 미국 국기를 꽂았을 뿐 아니라 달 탐사선 제조 과정에서 엄청난 기술 진보와 혁신을 이뤄냈고 그 과실은 미국인과 미국 경제를 부강하게 했다.

벨 연구소가 만든 트랜지스터는 개발 초기 엄청난 가격에 거래됐지만 우주선과 달 착륙선에 장착할 가볍고 튼튼한 소자가 필요했던 나사의 대량 발주 덕분에 가격이 확 떨어졌고, 그 결과 크고 무거운 진공관을 대체하면서 컴퓨터와 인터넷 혁명의 탄탄대로를 열었다.

그러기에 저명한 기술 역사가 월터 아이작슨은 “많은 사람들이 간과하지만 달 정복 등 우주 프로젝트에 거대한 예산을 투입한 미국 정부야말로 정보기술 혁명의 당당한 주역”이라고 썼다.

한동안 우주 개발에 소홀했던 미국은 10조원짜리 우주망원경 발사를 계기로 우주에 대한 또 하나의 도전에 나서고 있다. 스페이스 X, 아마존 등 자금과 비전을 가진 미국의 민간 기업들은 화성 정복과 우주왕복선 프로젝트를 주도하고 있다.

더 멀고 더 깊은 우주를 향한 도전과정에서 얼마나 놀라운 발견이 이뤄질지, 어떤 혁신이 일어날지 관심이 모아진다.

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허블망원경(Hubble Telescope) 1990년 4월 24일 우주왕복선 디스커버리호에 실려 발사된 우주망원경. 프로젝트 비용은 15억달러였다. 지구 위 552km 상공에서 시속 2만8000km로 97분에 1번씩 지구를 돈다. 지름 2.4m인 주거울 무게는 828kg. 태양, 수성을 뺀 우주 전역을 관찰한 정보를 지구로 보낸다. 궤도 진입 후 다섯 차례 수리를 통해 수명을 연장했다. 2년 뒤 은퇴할 예정이다. 우주 팽창을 발견한 미국의 천문학자 에드윈 허블(Edwin Hubble)의 이름을 땄다.

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