우주탄생의 비밀을 밝힌다 : 제임스 웹 우주망원경

2018 년 10월 프랑스 기아나 우주 센터에서 유럽우주국 소속 아리안5 로켓은
"제임스 웹"을 싣고서 먼 우주로 떠납니다.



지구와 150만 km 떨어진 곳에서 감췄던 모습을 드러내는 제임스 웹.



혹시 외계인과의 교신을 위한 안테나일까요?



아니면, 지구를 향해 오는 소행성을 파괴하기 위한 레이저 빔 발사기일까요?



지난 19일 사이언스 매거진 표지를 장식한 제임스 웹의 모습은,
마치 SF 영화 속에 등장하는 우주선과도 같아 우리의 상상력을 자극하는데요.



이 제임스 웹의 정체는 바로 우주망원경입니다.
외계 생명체를 찾고, 우주 탄생의 비밀을 밝힐 차세대 우주망원경 말이죠.



역사상 가장 거대한 크기의 제임스 웹 우주망원경은,
그 거대한 몸집 때문에 이대로 로켓에 실어 쏘아 올릴 수 없습니다



따라서 로켓에 들어갈 정도의 크기로 본체를 접어두었다가,
정상궤도에 도달하는 30일 동안 원래의 모습으로 변신하게 됩니다.
앞에서 보신 것처럼요.



제임스 웹이 30일간 우주를 날아 당도할 정상궤도는 "L2"라 불리는 곳으로,
프랑스 수학자 "조제프루이 라그랑주"가 창안한 "라그랑주 포인트" 중 한 곳입니다.



라그랑주 포인트는 태양과 지구 사이에서 힘의 균형을 이루는 5개의 장소를 말하는데요.
힘의 균형 덕에 적은 힘으로도 그 자리에 머물 수 있죠.



"L2"는 태양과 지구가 물체를 끌어당기는 힘(중력)과 물체가 태양 주위를 돌면서
밖으로 벗어나려는 힘(원심력)이 서로 상쇄되어, 힘의 균형을 이루는 곳입니다.



따라서 "L2"에 제임스 웹이 위치하게 된다면, 어느 한 쪽(태양 방향 또는 바깥 방향)으로 치우치지 않아
안정적으로 그 자리에 머물 수 있습니다.



더욱이 L2 지점에 위치한 제임스 웹을 태양에서 바라보면,
제임스 웹은 지구 뒤편에 숨어있어 뜨거운 태양열이나 전자기기에 오작동을 일으키는
태양풍으로부터 안전하죠.



이렇게 이론적으로는 "L2"가 제임스 웹이 위치하기에 안정적이고 이점이 많은 곳으로 생각됩니다.
그런데, 우주공간은 영화 "그래비티"처럼 우주 쓰레기나 소행성과의 충돌 위험이 많습니다.



그럼에도 과학자들은 왜, 우주 쓰레기와 소행성과의 충돌 위험이 없는 지구가 아닌
우주공간에 우주망원경을 두는 걸까요?



이는 지구를 둘러싸고 있는 대기 때문입니다.
지구의 대기는 우주에서 유입되는 엑스선, 감마선, 자외선을 흡수해 우리를 보호하지만
반대로 천체의 관측은 어렵게 만들죠.



별과 은하를 포함한 천체는 특정한 방사선을 내뿜는데요.
그 방사선들 중 가시광선을 제외한 감마선, 엑스선, 자외선, 적외선, 전파는 지구의 대기를 통과하지 못합니다.



가령, 그 방사선의 일부가 지구 대기를 통과하여도 왜곡되어 제대로 된 관측이 힘든 것이죠.
그래서 과학자들은 대기가 없는 우주공간으로 눈을 돌린 것입니다.



그렇게 과학자들이 우주로 쏘아 올린 우주망원경은 지금까지 총 70여 개로,
그중 대표적인 것이 25년간 임무수행 중인 허블 우주망원경이죠



하지만 허블 우주망원경은 오래되어 곧 퇴역을 앞두고 있습니다.
그런 허블의 후계자가 앞서 설명한 제임스 웹입니다.



제임스 웹은 허블보다 7배나 큰 집광력 성능을 자랑하는데요,
천체의 빛을 모으는 능력이 7배나 크다는 것입니다.
이는 곧 좀 더 멀리 볼 수 있다는 것을 뜻하죠.



7배나 큰 집광력을 위해 제임스 웹의 반사거울은 지름 1.3m 크기의 육각형 거울 18개를 합친,
지름 6.5m 크기의 벌집 모양을 하고 있습니다.



각각의 거울은 영하 223도에 이르는 극한 우주공간에서 견디기 위해 "베릴륨"이라는 특수소재로 만들어졌고,
그 위에 "금"을 씌워 코팅하였죠.



이렇게 만들어진 제임스 웹의 반사거울을 통해 우리는 무려 137억 광년 떨어진 천체를 볼 수 있습니다.
이는 허블의 최대 관측 영역인 "Hubble Ultra Deep Field"를 넘어서는 수준으로,



탄생 초기의 은하와 별, 그리고 행성의 대기를 관측하여,
우주 탄생의 비밀과 외계 생명체의 존재 확인에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 되었습니다.



이번 제임스 웹 우주망원경 프로젝트는 유럽, 미국, 캐나다가 협력한 공동 프로젝트인데요.
많은 사람의 노력이 들어간 만큼 성공적인 발사와 임무수행을 기원합니다!