[영상]테니스장 만한 망원경…성탄절, 우주의 비밀 찾아 떠난다

제임스 웹 우주망원경 '성탄절' 발사
망원경 거울 직경만 6.5m 최대 규모
'빅뱅' 138억년 전, 별·은하 관측 기대

NASA 존슨우주센터에서 제임스 웹 망원경의 반사경을 테스트하고 있다/사진=NASA

제임스 웹 우주망원경이 아리안 로켓에 실리는 모형도. / 사진제공=미국항공우주국(NASA)

'우주의 비밀'을 밝힐 인류의 25년 열망이 날아오른다. '제임스 웹 우주망원경'(JWST)이 지구에서 150만km 떨어진 심(深)우주로 향한다. 이 망원경은 지구와 달 거리(38만㎞) 4배에 달하는, 적막과 진공만 가능한 심우주에서 138억년 전 빅뱅 이후 초기 우주와 외계 생명체를 탐색할 예정이다.

제임스 웹 우주망원경은 25일(한국시각) 오후 9시 20분쯤 프랑스령 기아나 유럽우주센터에서 아리안5호 로켓에 실려 발사된다. 미국항공우주국(NASA)·유럽우주국(ESA)·캐나다우주국(CSA) 등이 1996년부터 추진해온 프로젝트로 투입 예산만 97억 달러(11조 5100억원)에 달한다.

망원경 이름은 미국의 달 탐사 프로젝트, 아폴로 계획을 성공적으로 이끌었던 제임스 웹 NASA 2대 국장 이름을 따서 붙여졌다. 이 망원경은 현재까지 인류 역사상 최고 성능을 지닌 망원경이다. 크기(20m x 14m)만 테니스장 규격과 비슷하고, 망원경 거울의 직경만 6.5m에 달한다.

허블 우주망원경 vs 제임스 웹 우주망원경

지구에서 150만km 떨어진 심우주에서 펼쳐지는 제임스 웹 우주망원경(JWST) 상상도. / 사진제공=미국항공우주국(NASA)

제임스 웹 우주망원경 개발 전까진 1990년 발사된 '허블 우주망원경'이 최고 성능이었다. 허블 우주망원경은 지구에서 약 550km 떨어진 우주에서 그간 150만장이 넘는 우주 사진을 찍어 보냈다. 일반 촬영과 달리 한 달 정도 우주를 촬영해 수천·수만 개 은하를 발견해내기도 했다.

허블 망원경 거울의 직경은 2.4m로, 2009년까지 총 다섯 번 정비를 받아 성능을 유지했다. 지구와 비교적 가까운 우주에 있어 정비를 통해 다시 썼던 망원경이 바로 허블이다. 작동 기간이 30년이 넘어 수명이 다해 고장나면 폐기될 예정이다.

이와 달리 제임스 웹 우주망원경은 거울 직경만 6.5m에 달한다. 큰 반사 거울 한 개 대신 1.3m 크기 육각형 조각거울 18개를 이어 붙인 형태다. 조각거울이 모여 하나의 거울처럼 성능해야 하기 때문에 머리카락 두께 30나노미터(머리카락 굵기 3000분의 1) 오차로 조립됐다.

과학자들은 망원경을 로켓에 실을 수 있도록 접이식으로 기술을 구현했다. 제임스 웹 우주망원경은 앞으로 지구에서 150만km 떨어진 심우주에서 접혀 있던 거울을 펼쳐 임무를 수행할 예정이다.


또 절대온도 53도, 섭씨 영하 223도에 이르는 '극한의 우주 환경'을 견딜 수 있도록 만들었다. 이런 기술적 한계의 극복 뿐만 아니라 심우주로 떠나고 나면 허블 망원경처럼 정비조차 불가능한 만큼 10년 이상 준비를 거치면서 발사 시기가 조정됐다.

적외선으로 천체 관측...138억 년 전 우주 신비 풀까?

제임스 웹 우주망원경은 가시광선(Visible Light)을 뛰어넘어 적외선(Infrared Light)으로 천체 관측이 가능한 '극강 기술'이다. / 사진제공=미국항공우주국(NASA)

제임스 웹 망원경의 가장 강력한 기술은 '관측 파장'이다. 허블 우주 망원경은 우리 눈으로 보는 가시광선 영역에서 천체를 관측했다. 하지만 제임스 웹 망원경은 가시광선보다 파장이 긴 적외선 영역에서 천체를 관측한다. 열화상 카메라와 같은 형태로, 더 멀리 더 어두운 곳까지 촬영이 가능하다.



또 다른 특징은 심우주에 위치하기 때문에 허블 망원경 보다 환경이 더 좋다. 지구에서 150만㎞ 떨어진 지점은 '라그랑주 지점'이라 불린다. 태양-지구가 물체를 끌어당기는 힘(중력)과 물체가 태양 주위를 돌면서 밖으로 벗어나려는 힘이 서로 상쇄돼 중력이 미치지 않는다. 따라서 빛의 왜곡이 없다.

이런 극강 기술 덕에 제임스 웹은 138억년 전 우주의 탄생 이후 태어난 첫 별과 은하까지 관측할 수 있을 것으로 기대된다. 또 블랙홀, 우주 팽창 속도 등 천문학과 우주 연구 난제를 풀 수 있는 데이터 확보가 예상된다. 우주 탄생의 역사를 풀 수 있게 되는 것이다.

NASA는 "우주와 그 안에서 우리의 위치를 더 잘 이해할 수 있을 것"이라면서 "우주에서 생명체 구성 요소와 외계 행성의 대기에 관해 더 많은 정보를 얻을 가능성이 있다"고 설명했다.

제임스 웹 우주 망원경이 심우주까지 촬영할 수 있는 모형도. / 사진제공=미국항공우주국(NASA)