[우주] 제임스 웹 우주 망원경

안녕하세요. everylecturenote입니다.

이번 글에서는 최근에 우주로 발사한 제임스 웹 우주 망원경에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

일반적인 망원경이 아닌 우주 망원경은 무엇인지, 그리고 어떤 역할을 하는지 자세히 알아보도록 합시다.

1. 제임스 웹 우주 망원경

• 제임스 웹 우주 망원경의 이름은 NASA 2대 국장 제임스 E. 웹의 이름을 땄다. 웹 국장은 아폴로 계획을 이끌었으며, 과학 연구를 NASA의 중요한 임무로 설정한 인물이다.

• 제임스 웹 우주 망원경 위치: 지구 궤도가 아닌, 지구에서 150만 km 떨어진 태양과 지구의 L2 라그랑주점에 위치한다. 이 지점은 태양과 지구의 중력 균형으로 인해 지구와 함께 태양 주위를 돌며 안정적인 관측 환경을 제공한다.

• 개발 과정: 25년 동안 개발되었으며, 약 12조 원의 예산이 투입되었고 만 명 이상이 참여했다. 발사 목표는 2007년이었으나, 예산 문제 등으로 14년 지연되어 2021년 12월 25일에 발사되었다.

• 기술적 특징

• 크기: 주경 지름이 6.5m로 허블 망원경(2.4m)보다 2.7배 크다. 

• 관측 빛: 주로 적외선을 관측한다. 허블 망원경이 가시광선을 관측하는 것과 대비된다. 적외선 관측은 먼지를 뚫고 별이 탄생하는 모습 등을 볼 수 있게 해준다.

• 코팅: 주경에 금을 코팅했다. 적외선을 가장 잘 반사 시키는 금을 사용하여 관측 성능을 높였다. 코팅에 사용된 금의 양은 약 50g으로 매우 얇게 펴 발랐다.

• 태양 차광막: 사람 머리카락 두께의 얇은 막 5겹으로 구성된 테니스 코트 크기의 차광막을 사용하여 태양 빛을 막고 망원경의 온도를 극저온(-233도)으로 유지한다. 이 차광막은 종이 접기 기술을 활용하여 접어서 발사한 후 우주에서 펼쳐졌다.

• 성능: 허블 망원경보다 약 100배 향상된 성능을 가지고 있다.

• 핵심 목표: 우주 초기의 모습을 관측하여 우주의 탄생과 진화를 이해한다. 

• 은하의 변천사 연구: 시간대 순으로 은하들이 어떻게 변해 왔는지를 이해한다.

• 외계 행성 대기 분석: 외계 행성의 대기 성분을 분석하여 생명체 존재 가능성을 탐색한다. 

2. 우주 탐사의 역사적 중요성

• 갈릴레오의 망원경 관측: 망원경으로 달의 울퉁불퉁함과 금성의 위상 변화를 관측하여 천동설에 반박하고 지동설의 증거를 제시했다.

• 허블 우주 망원경

• 미국의 천문학자 에드윈 허블의 이름을 땄다. 허블은 우주가 팽창하고 있다는 것을 발견했으며, 이는 빅뱅 이론의 근거가 되었다.

• 관측 기술의 발전: 지상 망원경의 한계 (대기 간섭)를 극복하기 위해 우주 망원경이 개발되었다. 

• 1990년에 발사되었으며, 거울 문제로 초기에는 흐릿한 사진이 나왔으나 수리를 통해 성능을 개선했다. 30년 이상 활동하며 140만 장 이상의 사진을 촬영했다.

• 허블 딥 필드 (Hubble Deep Field): 텅 비어 보였던 작은 영역을 10일 동안 집중적으로 촬영하여 수많은 은하가 존재하는 것을 발견했다.

• 블랙홀의 존재 증거: 주변 물질의 움직임을 통해 블랙홀의 존재를 간접적으로 관측했다.

3. 우주 탐사의 근본적인 이유

• 인간의 본능적 호기심: 인류는 원시 시대부터 하늘의 별에 대한 궁금증을 가져왔다.

• 근원 탐색: 우리 몸을 이루는 물질들이 별에서 만들어졌다는 과학적인 사실을 통해 우주가 우리 자신의 근원임을 인지한다.

• 과학적 지식 확장 및 문명 발전: 우주 탐사는 기존의 지식을 바꾸고 새로운 과학적 발견을 이끌어낸다.

• 선진국의 상징: 우주의 비밀을 가장 먼저 알아내는 나라는 선진국이라는 인식이 있다.

4. 외계 생명체 탐사

• 행성 중심 탐사: 생명체는 별 자체보다는 별 주위를 도는 행성에 존재할 가능성이 높다.

• 대기 성분 분석: 외계 행성의 대기 성분 분석을 통해 생명체 존재 가능성을 판단할 수 있다. 산소나 메탄과 같이 자연 상태에서 오래 유지되기 어려운 기체가 발견된다면 생명체 활동의 증거가 될 수 있다. 제임스 웹은 외계 행성의 대기 성분을 분석하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

5. 결론

• 제임스 웹 우주 망원경은 인류 역사상 가장 진보된 관측 장비로서, 138억 년 전 우주의 모습, 최초의 별과 은하, 그리고 외계 생명체의 흔적 등 우주의 비밀을 밝히는데 많은 도움을 줄 것으로 기대된다. 

• 우주 탐사는 경제적인 효용성을 넘어, 인류의 본능적인 호기심과 선진 문명을 향한 열망을 실현하는 당연한 과정이다.

[참고영상]

"이슈 픽 쌤과 함께 - 제임스웹 발사 인류의 눈, 우주를 보다", KBS 1TV, 2022년 2월 13일.

강사: 이강환 박사

• 서울대학교 천문학과 박사

• 국립과천과학관 천문우주전시팀장

• 서대문자연사박물관 관장

• 과학기술정보통신부 장관정책보좌관

• 저서 「우주의 끝을 찾아서」로 제55회 한국출판문화상을 수상.

• 저서: 「응답하라 외계생명체」, 「빅뱅의 메아리」, 「우주의 끝을 찾아서」, 「응답하라 외계생명체」등

• 역서: 「신기한 스쿨버스」 시리즈와 「우리는 모두 외계인이다」, 「세상은 어떻게 시작되었는가」, 「우리 안의 우주」, 「세상을 설명하는 과학」, 「웰컴 투 더 유니버스」, 「아시모프의 코스모스」, 「더 위험한 과학책」, 「기발한 천체 물리」, 「우리 우주:천문학자의 가이드 Our Universe:An Astronomer’s Guide」 등