안녕하세요. 이번에는 제임스 웹 망원경에 대하여 알아보려고 합니다.
제임스 웹 망원경은 허블 망원경의 뒤를 이은 두 번째 우주 망원경으로 미국의 나사(NASA)와 유럽 우주국(ESA), 캐나다 우주국(CSA)이 국제 협력을 통해 25년간 약 110억 달러(한화 13조 원)를 투자하여 개발한 인류 역사상 가장 완벽한 우주 망원경입니다. 제임스 웹 망원경은 초기 우주의 비밀과 외계 생명체의 존재 가능성을 탐색하는 것이 임무입니다.
험난한 여정 끝에 성공한 우주의 눈 제임스 웹
제임스 웹 망원경의 개발은 1990년대 초반 허블 우주 망원경의 후속 프로젝트로 논의가 시작되었습니다. 초기에는 8m 크기의 반사경을 목표로 했지만, 기술과 예산 문제로 6.5m로 축소되었습니다. 개발 과정은 그리 순탄하지 않았습니다. 여러 차례 예산이 부족하고 기술적 난관에 부딪히며 개발이 지연되고 발사 일정도 수차례 연기되었습니다. 2011년과 2018년에는 프로젝트 자체가 취소될 위기에 처하기도 할 정도였습니다. 그러나 2021년 12월 25일, 크리스마스에 아리안 5호 로켓에 실려 우주로 발사되었습니다.
제임스 웹의 큰 기술적 도전은 거대한 반사경을 접어서 로켓에 실어야 한다는 점이었습니다. 테니스 코트 만한 크기의 차광막과 18개에 달하는 육각형 조각으로 이루어진 6.5m 크기의 반사경은 모두 접힌 상태로 발사되었습니다. 지구에서 약150만 km 떨어진 제2라그랑주점으로 이동하는 동안 우주 공간에서 스스로 펼쳐지는 복합한 과정을 거쳐야 했습니다. 이 과정에서 한 번의 실패나 오류가 발생하면 임무 전체가 실패로 돌아갈 수 있었기에, 과학자들은 긴장했습니다. 다행히 모든 과정은 성공적으로 마무리되었고, 제임스 웹은 18개의 반사경 조각을 정밀하게 정렬하여 완벽한 우주의 눈으로 거듭났습니다.
제임스 웹 망원경은 허블 망원경과 달리 적외선 관측에 특화되어 있습니다. 초기 우주의 빛은 우주 팽창으로 인해 빛 파장이 길어져 적외선 형태로 관측되는데, 이를 감지하기 위해서는 영하 233도의 극저온 환경을 유지해야 했습니다. 그래서 제임스 웹 망원경은 5겹의 거대한 태양열 차단막이 설치되었으며 이를 통해 열이 관측에 영향을 주지 않도록 설계되었습니다.
우주의 역사를 다시 쓰는 제임스 웹
제임스 웹 망원경은 발사 이후 놀라운 성과를 냈습니다. 천문학계의 혁신을 가져온 것입니다.
첫 번째, 초기 우주에 가장 가까운 빛을 관측했습니다. 빅뱅 후 약 2억 3500만 년 지난 시점의 은하를 관측하는 등 우주 관측 사상 가장 먼 거리의 은하들까지 발견했습니다. 우주의 초기 은하 형성과 과정을 이해하는 데 중요한 자료를 제공하고 있습니다.
두 번째, 이전까지 없던 선명한 천체의 사진을 보내왔습니다. 허블 망원경으로는 우주 먼지에 가려져 볼 수 없었던 행성들의 세부 구조를 포착해 냈습니다. 유명한 사진으로 수레바퀴 은하와 창조의 기둥 등은 허블이 관측했던 것보다 훨씬 선명하고 자세한 사진을 보여주며 새로운 별들이 탄생하는 과정까지 관측했습니다.
세 번째, 외계 행성 탐사를 진행했습니다. 외계 행성 대기에서 물이 있는 것을 분석하고 심지어 지구에서 미생물에 의해서만 만들어진다는 것으로 알려진 디메틸 황화물의 흔적도 찾아내기도 했습니다. 이는 외계 생명체 존재 가능성에 대하여 흥미를 가질 수 있는 단서로 보고 연구하고 있습니다.
네 번째, 태양계 행성 정밀 관측을 했습니다. 목성, 토성, 해왕성 등의 행성과 그 주변의 고리와 위성들을 허블과는 비교도 안될 정도로 선명하게 촬영했습니다. 특히, 토성의 위성인 엔셀라두스에서 거대한 수증기 기둥을 관측하며 위성이 토성의 고리에 물을 공급하고 있다는 것을 확인했습니다.
제임스 웹 망원경의 관측은 수많은 논문과 천문학 연구의 지평을 넓히고 있습니다.
앞으로의 제임스 웹과 새로운 시대의 도약
제임스 웹 망원경이 목표위치까지 도달하는 시간과 연료 소모가 예상보다 엄청나게 적은 양을 소모하여, 최대 2040년대까지 역할을 수행할 수 있는 것으로 기대하고 있습니다. 앞으로 제임스 웹의 가장 중요한 목표 중 하나는 우주 초기에 형성된 최초의 은하를 발견하고 더 나아가 행성을 발견하는 일입니다. 이를 통해 우주의 암흑기가 어떻게 끝났는지에 대한 해답을 찾을 수 있을 것이라 기대하고 있습니다. 또, 외계 행성의 대기를 더 정밀하게 분석하여 산소, 메탄 등 생명체와 관련이 있는 분자들을 찾아낼 계획입니다. 특히, 잠재적으로 생명체가 살 수 있는 환경을 가진 것으로 추정되던 행성들을 집중적으로 관측할 예정입니다. 제임스 웹 망원경은 지속적으로 태양계도 지켜볼 예정입니다. 화성, 천왕성, 해왕성 등 태양계 행성들의 대기와 기후 변화를 관측하고 천왕성과 해왕성은 미지의 부분이 많아 관측을 통해 새로운 사실을 발견할 수 있기를 기대하고 있습니다.
우리는 제임스 웹 성공 이후 또다시 차기 우주 망원경을 구상하고 있습니다. 그중 하나는 낸시 그레이스 로만 우주 망원경입니다. 2027년 발사를 목표로 하고 있으며 제임스 웹 망원경이 좁은 영역을 싶게 관측하는 것과 달리 아주 넓은 영역을 빠르게 관측하여 암흑 에너지와 암흑 물질을 연구하는 것에 기여할 것으로 생각하고 있습니다. 추가로 외계 행성 탐사에 특화된 LUVOIR와 HabEx와 같은 차세대 망원경 프로젝트들도 논의되고 있습니다. 제임스 웹은 인류의 우주 탐험 역사에 새로운 이정표를 세우며, 미래의 더 큰 발견들을 위한 발판이 되고 있습니다.
다음 시간에 또 다른 우주에 관한 내용으로 찾아뵙겠습니다.
감사합니다.