한국항공우주연구원

돌아오는 4월 24일은 허블우주망원경이 우주로 발사된 25주년 기념일이다. 나사는 이와 관련해서 다양한 행사를 준비하고 있다. 가장 대표적인 것은 1995년 광학계가 수리된 허블우주망원경으로 관측된 독수리자리의 별탄생지역을 20년 후에 더욱 발전된 고해상도 CCD 사진기를 이용하여 관측한 것이다. 1990년 발사 후 광학계 이상을 발견하고 이를 수리한 것과 관련된 일련의 사건은 한겨레의 기사에서 확인할 수 있다. 광학계 수리를 포함해서 그간 4번의 서비스 미션 (기기 수리 및 노후 기기 교체 등의 우주인이 직접 방문한 미션)이 있었고 더 이상의 수리는 계획되지 않아서 기기가 노후되거나 연료가 부족해지면 인류는 더 이상 허블우주망원경을 통해서 우주를 바라볼 수 없게 된다.

이러한 상황을 예측하고 특히, 허블우주망원경으로 볼 수 없는 더 먼 우주, 더 작은 천체(예를 들어 태양 이외의 다른 별에 포함된 행성들)를 찾기 위해서는 더욱 큰 규모의 우주망원경이 필요하다는 것이 다수의 과학자 및 일반 대중사이에 공유되었다. 이에 허블우주망원경 이후에 사용할 차세대우주망원경 (Next Generation Space Telescope) 계획이 진행되었고 망원경 이름을 제 2대 나사 책임자를 역임한 James E. Webb의 이름으로 변경하였다. 현재 계획은 2018년에 우주로 발사하는 것이다. 계획대로라면 2018년 이후 인류는 정말로 우주의 끝을 보거나 수 많은 외계 행성을 찾을 수 있을 것이다.

본 글에서는 허블우주망원경과 제임스 웹 우주망원경을 간단히 비교하였다. 독자들의 편의를 위해 간단한 표와 그림으로 설명을 하려고 한다. 먼저 허블우주망원경과 제임스 웹 우주망원경의 모습은 매우 다르다 (그림 1 참조). 같은 축척으로 보면 (그림 1의 중간 그림) 전체적인 크기는 비슷하다. 다만, 허블우주망원경은 모든 부품이 원통형의 우주선내에 설치된 것에 비해서 제임스 웹 우주망원경의 경우 모든 부품이 노출되어 있다. 이것은 전적으로 두 망원경에 장착된 거울 크기 및 우주에서 운영되는 장소가 다르기 때문이다 (표 1 참조).

 지구 궤도를 고도 약 570km에서 공전하고 있는 허블우주망원경은 다양한 지구대기의 영향을 받게 되므로 거대한 경통내에 거울 및 각종 검출기를 장착하여 보호할 필요가 있는 반면 지구에서 약 150만km 거리의 지구-태양 L2 지점에 위치하는 제임스 웹 우주망원경은 지구대기에서와 같은 입자들의 효과가 매우 적으므로 굳이 거대한 경통내에서 보호할 필요가 없다.

두 우주망원경의 가장 큰 차이는 거울의 크기이다 (그림 2 참조). 제임스 웹 우주망원경은 주경의 크기 때문에 발사시 거울을 포함한 다수의 부분은 접힌 상태로 적재되고 발사 후 목표 장소에 도착한 후 접힌 부분을 펼쳐서 원래 계획된 형태를 갖게된다. 그림 3은 발사체 내부에 적재될 것으로 예상되는 제임스 웹 우주망원경의 모습이다. 이와 같이 큰 크기의 거울을 이용하게 되면 자연스럽게 더욱 자세히 관측할 수 있다. 제임스 웹 우주망원경의 경우 약 40km 거리에서 1원짜리 동전을 분해할 수 있다. 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 실제로 관측하게 될 우주의 모습은 다음의 그림 4에서 확인할 수 있다. 그림에서 왼쪽은 실제로 허블우주망원경을 이용하여 관측한 것이고 오른쪽은 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 관측할 경우 예상되는 모습이다. 약 7배 이상의 집광력 및 2배 이상 발전된 공간 분해능을 이용하여 더욱 어두운 천체를 더욱 자세히 관측할 수 있다.

 계획한 바대로 2018년 제임스 웹 우주망원경이 성공적으로 발사되어서 일정 기간 허블우주망원경과 동시에 사용된다면 인류는 발전된 과학기술을 이용하여 우주의 기원 및 생명체의 탄생에 대한 의문에 한 발짝 더 다가설 것으로 예상된다. 제임스 웹 우주망원경 개발이 성공하여 우주와 생명체 생성의 근본적 질문에 답할 수 있는 날이 빨리 다가오기를 기대한다.

※ 이 글에서 사용된 그림은 나사 및 기타 홈페이지에 게재된 것을 이용하였다