"138억년 전 그날, 무슨 일이…" 가시권 들어온 '우주탄생 비밀'

제임스 웹 우주망원경이 특수 설계된 컨테이너에 실려 공군 항공기로 운반되고 있다./사진=NASA

‘우주 탄생 태초의 빛은 누가 먼저 보게 될까.’


이달초 차세대 우주망원경 ‘제임스 웹’이 극저온 테스트를 성공적으로 마치고 최종 조립 단계에 들어갔다는 소식이 전해졌다. 제임스 웹은 기존 허블 우주망원경보다 3000배 더 먼 곳까지 볼 수 있다. 빅뱅 이후 138억 년 전 우주 역사의 비밀을 풀 가장 유력한 천체망원경 후보로 꼽힌다.

함께 출사표를 던진 거대 마젤란 망원경(GMT), 톈옌 전파 망원경도 둘째가라면 서러운 성능을 지녔다. 우주 탄생의 결정적인 단서를 먼저 제시할 주인공은 누가 될까.

NASA 존슨우주센터에서 제임스 웹 망원경 반사경 테스트가 진행중이다/사진=NASA

◇‘우주의 눈’ 제임스 웹=미국 항공우주국(NASA)은 지난 2일 제임스 웹을 이루는 광학장비와 부품들이 특수 설계된 미 공군기에 실려 캘리포니아에 도착, 최종 조립·합체 단계에 들어갔다고 밝혔다. 제임스 웹 프로젝트는 NASA와 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA) 등이 참여하고 있다.

제임스 웹은 27년간 활동하다 이제 퇴역을 앞둔 허블 우주망원경의 바통을 잇게 된다. 기존 허블망원경이 가시광선으로 우주의 빛과 행성을 추적했다면 제임스 웹은 아주 먼 곳에서 오는 희미한 적외선도 포착할 수 있다. 관련한 고감도 적외선 센서 및 분광기 등이 탑재돼 있다. 적외선은 가시광선보다 파장이 길기 때문에 우주 공간에 쌓여있는 먼지를 뚫고 훨씬 멀리 떨어진 곳까지 도달할 수 있다.


NASA 제임스 웹 우주망원경 프로그램 책임자인 에릭 스미스 박사는 “제임스 웹은 허블과 다른 눈으로 우주를 본다”며 “제임스 웹의 주요 임무는 오래된 별에서 방출되는 적외선을 관측하는 일”이라고 설명했다.

또 허블망원경이 지구 저궤도(540~550㎞)를 돌았다면 제임스 웹은 허블보다 3000배 더 먼 지점, 지구로부터 150만km 떨어진 곳을 돌게 된다. 이 위치는 다른 천체의 중력에 영향을 받지 않고 멈춰서 있을 수 있는 ‘라그랑주점’이다. 또 태양에서 멀리 떨어져 있어 극저온 상태인 만큼 제임스 웹의 장비들은 영하 230도 이하 저온을 견디도록 디자인됐다.

제임스 웹에서 빛을 모으는 반사경 지름은 역대 최대 규모인 6.5m에 이른다. 허블(2.4m)의 2.7배다. 이 거대한 반사경은 금을 코팅한 베릴륨으로 만든 육각형 모양의 거울 18개로 구성된다. 거울 1개 직경은 1.3m, 무게는 40kg에 이른다. 이 반사경은 크기가 너무 커 접힌 상태로 로켓에 실려 우주 목표지점에 도달했을 때 돛처럼 펼쳐지도록 설계됐다.

이렇게 큰 반사경을 탑재했지만 제임스 웹 무게는 6.2t으로 허블의 절반 수준이다. 허블이 발사되던 30년 전보다 첨단 소재 기술이 크게 발전한 덕분이다. 제임스 웹은 2019년초 프랑스령 기아나에 있는 기아나 우주센터에서 아리안 5호 로켓에 실려 발사될 예정이다.

톈옌/사진=중국과학원

◇‘하늘의 눈’ 톈옌 전파 망원경…‘지상의 눈’ GMT=2016년 9월부터 시험 가동에 들어간 톈옌(天眼·하늘의 눈)은 반사경 지름 500m, 망원경 둘레 1.6㎞에 전체 면적(25만㎡)은 축구장 30개 크기에 달하는 세계 최대의 전파망원경이다.

구이저우성 외딴 산림지대에 설치된 톈옌은 모든 방향으로 40도 회전이 가능하다. 톈옌은 우주 안에 존재하는 중성수소가스, 펄서(빠르게 자전하는 중성자별), 성간 물질 등을 등을 탐사해 우주의 기원을 밝히는 데 활용된다. 지난해 중국과학원은 톈옌 시험가동 1년만에 지구에서 1만6000광년 떨어져 있는 곳에서 새로운 펄서 2개를 발견했다고 밝혔다.

GMT 상상도/사진=천문硏

한국천문연구원 등 세계 11개 파트너 기관이 참여하는 거대마젤란망원경기구(GMTO·Giant Magellan Telescope Oraganization)는 인류 역사상 가장 큰 크기의 광학 망원경인 거대 마젤란 망원경(GMT)을 제작하고 있다. 1조원대 프로젝트다.

칠레 아타카마 사막 라스 캄파나스에 설치될 GMT에는 지름 8.4ｍ짜리 반사경 7장을 벌집 모양으로 연결해 만든 지름 25.4m의 반사경이 들어간다. 역대 최대 규모다. GMT는 지상에 있지만 그 규모 덕분에 허블 우주망원경보다 최대 10배 선명한 영상을 제공할 수 있다. 천문연에 따르면 GMT는 4개의 반사경을 먼저 장착해 2023년쯤 첫 관측에 나선다. 정상 가동 목표는 2026년이다.