안녕하세요. 오늘은 허블 망원경이 탄생하게 된 배경과 과정 등을 알아보겠습니다.
우리가 우주에 관심을 가지게 된 것은 우리 자연 현상에 대한 끝없는 호기심 때문이었습니다. 하늘과 땅 그리고 우주가 우리에게 미치는 영향에 대한 궁금증에서 시작되었습니다. 고대인들은 밤하늘의 별자리를 관찰하며 농업과 항해에 활용하면서 천문학이 시작되었습니다. 과학의 발전으로 망원경이 발명된 이후, 우리는 눈으로만 보는 것을 넘어 저 먼 우주에 대한 생각을 더 많이 하게 되었습니다. 17세기 갈릴레오 갈릴레이는 망원경으로 목성의 위성을 발견하면서 천체 관측의 새로운 시대를 열었으며, 우주에 대한 우리의 인식을 많이 바뀌게 되었습니다. 그러면서 우리는 자연스럽게 더 멀리, 더 자세히 우주를 보고 싶고 너 좋은 망원경을 만들고자 하는 노력으로 이어져왔습니다.
허블 망원경의 주요 성능과 초기 문제
허블 망원경은 지구에서 570 km 떨어진 궤도를 공전하는 위성형 우주 망원경입니다. 지구의 지상에 설치되는 망원경과 비교할 수 없는 뛰어난 성능을 가지고 있습니다. 반사경의 직경은 2.4m이며, 이 반사경은 당시 기준으로 가장 정교하게 가공되었습니다.
허블 망원경 핵심 성능은 높은 해상도가 있습니다. 허블 망원경은 지구 대기의 왜곡이 없어 지상 망원경 보다 10배 이상의 선명한 해상도를 가지고 있다고 합니다. 이는 뉴욕에서 샌프란시스코에 있는 반딧불이를 보거나 다른 것과 구별할 수 있는 정도의 수준이라고 합니다. 또한, 다양한 파장을 관측할 수 있는데 허블은 가시광선과 자외선, 근적외선의 빛까지 관측할 수 있습니다. 별이 탄생하거나 블랙홀 주변 활동과 같이 높은 에너지를 방출하는 천체를 연구하는 데 꼭 필요한 능력이었습니다.
앞서 쓴 것과 같이 허블 망원경은 지구표면으로부터 약 560~570 km 상공에서 일정한 궤도를 따라 97분에 1바퀴씩 지구를 공전하며 관측하는데 지구의 대기 영향을 전혀 받지 않는 곳에 있어 보다 놀랍게 선명한 관측을 할 수 있다고 합니다.
허블 망원경은 초기 발사 직후에는 심각한 문제가 있었습니다. 발사 이후 첫 촬영된 사진을 전송받았을 때, 나사(NASA)의 과학자들은 사진의 초점이 미세하게 맞지 않는 것을 발견하였습니다. 과학자들은 정밀 분석을 진행했고 망원경의 반사경의 가장자리가 설계 보다 약 2.2 μm(마이크로미터) 의 굴곡이 있는 것을 발견했습니다. 이 문제는 머리카락 두께의1/50 정도의 아주 작은 굴곡이었지만 망원경의 성능은 크게 떨어지고 말았습니다.
이 사건은 나사(NASA) 역사상 가장 큰 위기 중 하나로 기록될 만큼 심각한 문제였습니다.
허블 망원경의 시력 문제는 1993년, Servicing Mission 1(SM1)이라는 일을 통해 해결에 나섰습니다. 우주왕복선에 특수하게 제작된 보정 광학 장치를 실어 보내 허블 망원경에 설치하여 망원경 초점을 다시 맞추는 데 성공하게 되었습니다.
허블 망원경의 주요 성과
허블 망원경은 시력 문제를 보정 광학 장치 설치성공 이후 놀라운 성과들이 나오기 시작했습니다.
첫 번째,우주의 나이를 측정했습니다. 허블 망원경은 세페이드 변광성 등 표준 촉광을 관측하였고 우주 팽창 속도를 매우 정밀하게 측정했습니다. 그를 통해 과학자들은 우주의 나이가 약 138억 년이라는 것을 알아냈습니다. 이 것은 우주론의 가장 중요한 발견 중 하나로 기록되어 있습니다.
두 번째, 암흑 에너지를 발견하였습니다. 허블 망원경은 정말 멀리 떨어져 있는 초신성을 관측하여 우주가 단순히 팽창하는 것이 아닌 가속 팽창하고 있다는 사실을 증명할만한 정보를 알아낸 것이었습니다. 가속 팽창의 원인으로 추정하는 미지의 힘이 암흑 에너지였습니다. 암흑 에너지는 우주의 68%를 차지한다고 알려져 있습니다. 이 발견은 2011년 노벨 물리학상을 수상할 만큼 큰 성과였습니다.
세 번째, 행성 탄생과정 관측이 되었습니다. 허블 망원경은 오리온성운과 같은 별 탄생영역을 관측하였습니다. 먼 우주에서 행성계 원반(protoplanetary disk)이 만들어지는 과정을 관측하여 사진으로 남겼습니다. 이 사진은 행성이 어떻게 탄생하는지에 대한 이론을 시각적으로 보여줌으로써 이론을 뒷받침해 주었습니다. 독수리 성운의 창조의 기둥(Pillars of Creation) 사진은 허블 망원경의 대표적인 성과입니다. 우주의 탄생의 그 장엄한 순간을 보여주었습니다.
네 번째, 블랙홀이 있다는 것을 증명했습니다. 허블 망원경은 은하 중심부에 거대한 블랙홀이 존재한다는 사실을 간접적으로 증명해 냈습니다. 은하의 중심부 별들이 매우 빠르게 회전하는 것을 관측하고, 그 움직임을 설명하기 위해서는 엄청난 질량을 가진 블랙홀이 있어야 한다는 결론이 나왔습니다.
허블 망원경의 유산, 그리고 미래
허블 망원경은 지난 30년이 넘는 시간 동안 우리의 우주에 대한 생각과 이해를 혁신적으로 바꾸었습니다. 수십만 장에 달하는 놀라운 사진들을 통해 우리는 우주의 아름다움과 그 끝을 알 수 없는 광활함을 우리가 느낄 수 있게 되었습니다. 허블 망원경의 관측 데이터들은 과학 발전에 큰 이바지를 했으며, 18,000편이 넘는 과학논문이 발표되었을 만큼 천문학 분야에서 가장 중요한 역할을 해낸 멋진 허블 망원경이었습니다.
그 이후 2021년 12월 허블 망원경의 뒤를 이어 제임스 웹 우주 망원경((James Webb Space Telescope, JWST)이 성공적으로 발사되었습니다. 다음시간에 좀 더 자세히 쓰겠지만 제임스 웹 망원경은 허블 망원경보다 훨씬 큰 반사경을 가지고 있습니다. 그 지름은6.5m나 된다고 합니다. 주로 적외선 영역을 관측하여 추로 초기의 빛, 빅뱅 직후의 우주를 탐하사는 것에 초점을 맞춘 망원경입니다.
허블 망원경은 현재에도 계속 우주를 관측하고는 있지만 곧 수명이 다하여 궤도를 이탈하여 대기권에서 불타 없어질 것으로 예상하고 있습니다. 그러나 허블 망원경으로부터 우리가 받은 데이터와 우주의 신비로움은 유산으로 언제나 우리와 함께 할 거라고 생각합니다. 우주에 대한 호기심과 탐구의 가치를 알게 해 줬고 과학 교육과 일반인도 우주에 대한 관심을 높이는 데 엄청난 공헌을 했다고 평가합니다.
차세대 우주망원경 제임스 웹 우주 망원경에 대하여도 다음에 알아보도록 하겠습니다.
감사합니다.