[뉴스비전e 이진구 기자] 우주의 시작 빅뱅을 볼 수 있을까?

우주 탄생의 비밀을 풀어 줄 적외선 관측용 우주망원경인 제임스웹 우주망원경의 발사가 코앞으로 다가왔다.

IT매체 씨넷 등 외신들은 최근 2019년 발사를 준비하고 있는 제임스웹 우주망원경이 실제 우주에 투입되기 전 넘어야 하는 극저온 테스트에 성공했다고 전했다. 제임스웹 우주망원경이 영하 223.2도 극저온실(cryogenic chamber) 테스트를 마친것이다.

미 우주항공국 나사는 “우주 발사를 위한 중요한 이정표인 저온 테스트를 무사히 통과했다”고 밝혔다. 이번 실험은 미국 텍사스에 있는 NASA 존슨 우주센터의 챔버A에서 진행됐다. 

제임스웹 우주망원경은 2019년 발사되어 허블 우주망원경을 대체해 임무를 수행한다.

◆은퇴 앞 둔 허블 우주망원경 

허블 우주망원경은 현역 최고령 우주 망원경으로 1990년 4월 24일 NASA가 궤도에 올린 인공위성으로서 자체가 거대한 망원경이다. 

지구상 559km 상을 돌며 96분마다 한번씩 지구 궤도를 돌고 있다. 

이름은 팽창 우주론을 제창했던, 미국 천문학의 태두라고 할 수 있는 에드윈 허블(Edwin Powell Hubble, 1889-1953)에서 따왔다. 

허블우주망원경은 길이가 13m나 되며 렌즈의 구경만 2.4m에 달하는 등, 인공위성으로서는 매우 큰 편이기 때문에 일반 발사체에 실려 궤도에 올라가지 않고 우주왕복선 미션인 STS-31 디스커버리에서 궤도에 전개됐다.

발사 직후에 광학장치에 문제가 발견되어 뿌연 사진만을 전송해 비판을 받았으나, 현재는 선명한 사진을 아직도 지구로 전송하며 발사한지 27년이 지난 현재도 왕성한 활동을 펼치고 있다.

27년간 허블이 밝혀낸 가장 큰 업적으로는 우주의 팽창 속도 빨라짐 발견, 우주의 나이 138억 년, 블랙홀의 존재 확인, 태양계 밖 외계 행성 관측, 인류가 볼 수 있는 가장 먼 우주 촬영 성공 등이다.

그러나 허블망원경은 이러한 업적을 뒤로하고 은퇴를 앞두고 있다.

2016년 미항공우주국 나사는 허블우주망원경의 활동을 2021년 6월 30일까지 연장한다고 공식 발표했다.

원래 허블우주망원경의 수명은 약 15년 정도였지만 나사가 지난 1993년 막대한 비용을 들여 수리를 한 이래 1997년, 2002년, 2004년, 2009년 등 총 다섯 번에 걸쳐 허블망원경을 대대적으로 손봤다. 덕분에 평균 수명을 10년 이상 훌쩍 넘긴 지금까지 왕성한 현역 생활을 유지해 오고 있다. 

나사는 “허블은 2020년까지도 가치 있는 데이터를 지속적으로 제공할 것으로 보이며, 태양계에서 먼 우주에 이르기까지 뛰어난 관측소로서의 위치를 확보하고 있다.”고 밝혔다.

허블 망원경의 역할은 2019년 부터 제임스 웹 우주 망원경이 승계하게 된다.

◆'허블 100배 성능' 제임스 웹 우주망원경

27년 동안 인류의 우주 눈 역할을 한 허블우주망원경을 대신 할 제임스웹 우주망원경은 1996년에 시작, 과거 아폴로 계획을 추진한 제임스 웹 전 나사 국장의 이름을 따 '제임스 웹 우주망원경(JWST)' 프로젝트가 가동됐다. 

제임스 웹의 주경은 18개의 반사경으로 구성된다. 

반사경 1개의 직경은 1.3m, 무게는 40kg이다. 금을 코팅한 베릴륨으로 만든 육각형 모양의 주경 18개를 동그랗게 연결해 18각형 형태로 만든다. 

이렇게 만든 주경의 전체 직경은 6.5m로 2.4m의 단일 반사경을 사용하는 허블 망원경보다 집광 면적이 7.3배 더 넓은 직경 6.5미터의 반사경을 쓴다. 따라서, 18개의 1.3m 짜리 작은 정육각형 반사경으로 나누고 종이접기처럼 접은 뒤 발사해 우주에서 펼친다는 계획이다.  

허블 우주망원경의 관측 영역은 가시광선과 근적외선 정도였지만 제임스 웹 우주망원경은 반사경이 커 관측영역도 가시광선보다는 적외선 영역 관측이 가능해 허블보다 더 멀고 희미한 천체 관측이 가능하다. 

즉, 멀리 있어서 적색편이가 큰 천체나 작고 어두운 갈색왜성 등의 관측에 적외선이 가장 좋다. 

또한 적외선은 우주먼지 등에 의한 감쇠가 적어 먼지를 뚫고 멀리까지 볼 수 있는 장점이 있다. 이에 과학자들이 제임스 웹 우주망원경에 기대하는 것은 우주 초기 빅뱅(BigBang)의 흔적이다. 

적외선 관측용 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경은 지상에 있는 망원경이나 허블 우주 망원경이 관측하지 못했던 먼 곳에 있는 천체들도 관측해 행성의 대기, 별 형성 과정, 빅뱅 후 2억 년이 지난 초기 우주의 모습 연구에 활용한다.

◆우주에 망원경 쏴 올리는 이유는?

허블 우주망원경의 당초 개발 계획 비용은 3억 달러(약 3천270억원)였다. 임무를 인계할 제임스 웹 우주망원경도 이에 못지않은 비싼 운용비가 투입된다.
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그런데 왜 이런 높은 비용을 들여 천체 망원경을 지상이 아닌 로켓으로 우주에 발사하는 것일까?
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일본 IT매체인 기가진에 따르면, 우리가 땅에서 천체 망원경으로 별을 보려고 하면 렌즈에 비친 별은 흐릿하게 나타난다. 

흐릿하게 보이는 가장 큰 원인은 공기, 즉 대기 때문이다.

지상에서 우주를 관측하려고 하면 대기에 포함된 구름과 연기, 안개 등이 빛을 차단해 버린다. 

하늘이 깨끗이 개어 있다고 해도 공기 자체가 거의 빛의 파장을 차단해 버리기 때문에 지상에서 관측하는 것은 우리 눈에 보이는 빛(가시광선)과 적외선 일부, 그리고 전자파 등이다.
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또한 낮에는 대기에 포함된 공기 분자가 가시광선을 반사하고 별의 빛을 지워버린다. 

밤에도 달빛과 인간이 만들어낸 빛이 공기 분자에서 반사돼 멀리 떨어진 별과 매우 어두운 별, 은하 등의 빛을 흐리게 만든다. 

아울러 대기 자체가 모자이크처럼 별 관측을 방해한다. 대기는 또 공기와 열의 영향으로 항상 움직여 별에서 나오는 빛을 구부러뜨린다.

즉 태양이 떠 있을 때는 햇빛과 구름, 밤에는 달빛과 인공 빛이 지상의 천체 망원경을 가리는 장애물이 되는 것이다. 이에 대기가 없는 우주에 망원경을 설치하는 것이다.
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우주에 천체 망원경을 두는 또 다른 이유는 24시간 관측할 수 있다는 점이다. 또 지구에서 거리를 둬 지구가 열로 방출하는 적외선의 영향을 피하고 망원경 본체의 온도를 낮게 낮출 수 있다.

우주에 천체 망원경을 놓으면 멋진 은하와 별들에서 나오는 많은 빛을 선명하게 관찰할 수 있다. 특히 지상에 설치된 망원경으로는 볼 수 없는 빛까지 관찰이 가능하다.