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[별소리 다 듣겠네] 영원한 시공간을 한눈에 담는다…제임스 웹 망원경

2022년 09월 05일 오전 09:00
[앵커]
우주는 그 방대한 공간만큼이나 존재의 시간도 오래됐지만, 끝없는 우주의 그 많은 별들은 섬세한 법칙에 따라 한 치의 오차도 없이
움직이고 있죠. 이 거대한 우주를 한눈에 볼 수 있도록 담아내는 위대한 눈, 바로 우주망원경인데요.

오늘 '별소리 다 듣겠네'에서는 허블망원경보다 훨씬 뛰어난 능력으로 새로운 우주의 눈 역할을 하고 있는 제임스 웹 망원경에 대해 들어보겠습니다.

[양성철 / 한국천문연구원 책임연구원]
안녕하세요. 여섯 번째 별소리를 전해드리게 된 양성철입니다. 지난해 12월 우주로 발사된 제임스 웹 망원경이 올 7월 풀컬러 우주 이미지를 공개해 화제가 됐었죠. 오늘은 제임스 웹 망원경이 보내온 최신 과학영상들이 갖는 의미에 대한 별소리를 전해드리겠습니다.

▷ Q. 제임스 웹 망원경은 어떤 망원경이며, 어떤 임무를 수행하나요?

[양성철 / 한국천문연구원 책임연구원]
네, 제임스 웹 우주 망원경은 향후 10년 이상 우주 관측 임무를 책임질 최첨단 우주망원경입니다. 웹 우주망원경은 기본적인 광학계로 얘기하면 커다란 “반사식 망원경”이라고 할 수 있습니다.

이러한 제임스 웹이 수행하게 될 주된 과학임무를 요약해본다면,

1. 초기 우주연구, 즉 빅뱅 이후 최초의 별과 최초의 은하 관측
2. 은하의 탄생과 진화과정
3. 별 탄생과 별의 진화 그리고 죽음
4. 지구형 외계행성의 대기 관측

크게 이 네 가지 영역에서 주된 임무를 수행하게 될 것입니다.

▷ Q. 그렇다면 허블vs제임스 웹 어떤 차이점이 있을까요?

[양성철 / 한국천문연구원 책임연구원]
네, 제임스 웹과 허블의 가장 큰 차이점을 세 가지 측면에서 말씀드릴 수 있을 것 같은데요,

첫 번째, 망원경 주경의 크기와 모양입니다. 허블은 지름이 2.4m 되는 단일 원형 거울을 주경으로 하고 있고, 제임스 웹의 주경은 1.3m의 작은 육각형 거울 18개를 모아서 총 지름이 6.5m에 이르게 만든 조각 거울 구조의 망원경입니다. 이를 통해 빛을 모으는 면적으로 비교하면 웹 망원경이 허블이 관측할 수 있는 가장 어두운 천체보다 약100배 정도 어두운 천체를 관측할 수 있을 것으로 예측하고 있는 것이죠.

다음으로 두 번째, 운행궤도에서 큰 차이가 있습니다. 허블은 약 95분에 한 번씩 지구를 공전하는 근지구 궤도에서 운행하고 있는 반면, 제임스 웹은 지구-달 사이 거리의 약 5배쯤 떨어져 있는 L2지점을 돌며 항상 태양의 반대편을 향하도록 고안된 궤도에서 운행하고 있습니다. 따라서 24시간 항시 우주를 관측할 수 있죠.

마지막으로 세 번째 차이점은 관측하는 빛의 종류입니다. 허블은 가시광선을 중심으로 자외선과 적외선의 일부를 제임스 웹 은 가시광선의 일부를 포함하면서 파장영역을 관측할 수 있는 적외선 망원경 입니다. 허블과 웹의 거울 색이 다른 이유가 바로 여기 있는데, 허블은 가시광선을 가장 잘 반사 시키는 ‘은’으로 코팅이 되어 있고, 웹은 적외선을 가장 잘 반사 시키는 ‘금’으로 아주 얇게 코팅이 되어 있죠. 천문학자들이 가장 자세하게, 정밀하게 들여다 볼 수 있는 최적의 파장대의 빛이 바로 적외선입니다. 이 때문에 웹 우주망원경이 적외선 망원경으로 제작된 것이죠.

▷ Q. 제임스 웹 망원경을 누가 어떻게 사용할 수 있고, 관측된 자료는 어떻게 운영되나요?

[양성철 / 한국천문연구원 책임연구원]
네, 웹 우주망원경의 사용 기회는 전세계 천문학자 누구에든 열려 있습니다. NASA/STScI라는 기관에서 매년 초에 전세계 천문학자 커뮤니티를 대상으로 관측제안서 모집 공고를 하고, 모집된 제안서들은 엄격한 기준에 의하여 심사해서 어떤 제안서에 관측시간을 줄지를 결정합니다.

치열한 경쟁 과정을 통하여 망원경 시간을 배정 받은 관측프로그램들은 세심하게 짜여진 스케줄에 따라 관측이 수행되고, 관측된 자료는 웹 망원경에서 지상으로 보내져서 NASA가 관리하는 온라인 자료실에 보관됩니다.

관측프로그램의 종류에 따라 즉시 일반에 공개되어 누구나 사용/분석 가능한 자료들도 있는가 하면 관측제안서를 제출한 연구팀이 일정기간 독점적으로 보유하고 있다가 그 기간이 끝나면 일반에 공개되어 누구나 사용할 수 있는 방식으로 운영되고 있습니다.

▷ Q. 최근 제임스 웹이 보내온 사진 사진이 있죠. 그 사진에선 무엇을 확인 할 수 있었나요?

[양성철 / 한국천문연구원 책임연구원]
네, 지난 7월 12일 이후에 처음 공개된 다섯 장의 사진이 있죠.그중 세 가지 이미지에 대해 설명드리겠습니다.

▶ Webb&s First Deep Field
먼저 제임스 웹이 세상에 내놓은 첫 번째 이미지 SMACS-0723 중력 렌즈 은하단의 근적외선, 중적외선 합성 이미지 입니다. 원래 은하단 뒷편 멀리 존재하여 우리에게 보이지 않아야 할 은하들이 우리 시야에 들어오면서 오렌지빛 아크 모양으로 휘어지고, 확대된 모습으로 우리에게 보이게 되었습니다.

▶ The Most Distant Galaxy at z~17
다음은 가장 나이 어린 은하의 발견입니다. CEERS-1749 라고 이름 붙여진 은하의 밝기 패턴이 적색편이 z ~ 17 에 놓여 있어야 설명이 되는 놀라운 결과가 나왔습니다. 적색편이값 z = 17을 우주의 나이로 환산하면 빅뱅 이후 약 2.2억년 정도 나이가 됩니다. 그정도의 나이에서 이렇게 밝고, 무거운 은하가 발견된다는 것은 정말로 놀라운 결과가 아닐 수 없습니다.

▶ CartWheel Galaxy
마지막으로 카트 휠 갤럭시입니다. 수레바퀴 은하라고 이름 붙여진 독특한 모양의 은하를 웹 우주망원경이 근적외선과 중적외선으로 촬영했습니다. 웹 망원경의 적외선 영상은 허블의 가시광선 영상에서는 드러나지 않았던 자세한 먼지 구름 구조와 그 안에서 탄생하고 있는 어린 별들의 모습을 선명하게 보여주고 있습니다. 이번 웹 망원경의 관측결과는 은하들이 충돌하였을 때 별탄생에 어떤 영향을 주는지, 그리고 그 충돌의 결과로 은하의 모양이 어떻게 변화하는지 알려주는 중요한 지표가 될 것입니다.

우리는 왜 이렇게 수많은 노력과 시간과 비용을 들여가며 끊임없이 우주를 탐험하고 알려고 노력하고 있는 걸까요? 저는 개인적으로 그 이유를 ‘우리 인간 스스로의 존재를 더 잘 이해하기 위함이다.’라고 생각합니다. 우리는 우주의 신비를 알아갈수록, 우리가 숨 쉬고 발 딛고 살아가는 이 지구가 얼마나 소중한 존재인지를 깨닫게 됩니다. 여러분도 저와 함께 이 소중한 지구를 아끼고 사랑하는 “지구인”으로 살아가주시길 바라며 이상 오늘의 별소리를 마치겠습니다.

YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
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