3D 우주지도를 제작할 <스피어X> 망원경

▣ <제임스웹> 우주 망원경이 보내온 경이로운 사진

 

사진 출처,NASA/ESA/CSA/STSCI

 

미국 항공우주국(NASA)이 100억 달러(약 13조원)를 투자해 개발한 제임스웹 우주망원경(JWST)이 찍은 사진들을 2022년 7월12일(현지시간) 추가 공개했다. 공개된 사진에는 '별의 요람'이나 '은하들의 춤' 등 우주의 경이로운 모습이 담겼다.

 

허블 망원경보다 더 먼 거리의, 우주 깊은 곳의 별을 관측할 수 있다. 지구에서 멀리 떨어진 곳에서 오고 있는 별빛일수록 파장이 긴 적외선으로 변하기 때문이다. 따라서 무려 135억 년 전 일어난 일도 탐지할 수 있다.

 

또한 과학자들은 웹 망원경이 장착한 첨단 기술을 사용해 멀리 떨어진 행성의 대기를 연구해 생명체 징후를 포착하길 기대하고 있다.

 

▣ <SMACS 0723>거대한 은하단

사진 출처, NASA/ESA/CSA/STSCL

 

사진 속 붉게 휘어진 빛은 더 깊은 우주의 별에서 오는 것이며, 훨씬 더 먼 과거로 거슬러 올라간다. 이 중 몇몇 빛은 지구에 도달하는 데 130억 년이 걸린 것도 있다

'SMACS 0723'은 거대한 은하단을 얘기한다

은하단 질량으로 인한 거대한 중력장이  멀리 떨어진 천체의 빛을 확대해 굴절시킨다.

사진 가장자리(오른쪽)에 있는 이 휘어진 빛 중 일부는 사실 동일한 천체에서 왔다는 점이 약간 특이하다.

천체의 빛이 SMACS 0723 은하단을 통해 둘 이상의 경로로 휘어졌기 때문에 발생한 현상이다.

 

과학자들은 웹 망원경을 통해 별의 탄생뿐만 아니라 별의 소멸에 관해서도 연구할 수 있길 고대하고 있다.

 

 

▣ 스테판의 5중주 소은하군

사진 출처,NASA/ESA/CSA/STSCL

 

웹 망원경이 찍은 스테판의 5중주 소은하군(왼쪽)과  허블 망원경이 찍은 사진(오른쪽)

사진은 약 2억9000만 광년 밖 페가수스자리에 있는 '스테판의 5중주' 소은하군이다.

소은하군의 5개 은하 중 4개는 근접 거리에서 서로의 중력에 이끌려 근접했다가 멀어지기를 반복하는 "은하들의 춤"을 추고 있다.

이번 웹 망원경이 찍은 사진은 언뜻 허블 망원경과 크게 다르지 않아 보이지만, 웹 망원경은 초고감도 적외선 광학 장치를 갖췄기에 천문학자들은 다른 연구 거리를 끌어낼 것이다.

1990년 우주로 향한 허블 망원경은 이제 32살이 됐기에 기술적인 결함이 생기기 쉽다.

 

2021년 12월 25일 발사된 제임스 웹 망원경은 기존 지상 망원경이나 우주 망원경이 관측할 수 없었던 아주 먼 거리에 위치한 심우주 천체들을 관측하는 것이 주 목표 중 하나로, 이를 위해 적외선 관측 능력이 매우 뛰어나도록 설계되었다. 또한 외계 행성의 대기를 통과한 빛을 관측해서 외계 행성의 대기 조성 및 환경에 대해서 제대로 연구할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

제임스 앱 망원경

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▣ 우주 3D 지도를 제작하기 위한 또 다른 우주망원경 <스피어X>

우주를 지도화하는 임무 ‘스피어X(SPHEREx)’의 망원경 디자인을 완성했으며, 늦어도 2025년 4월까지 발사할 예정이라고 밝혔다.

 

스피어X 임무는 137억년 전 빅뱅 직후 어떤 일이 있었는지, 은하가 어떻게 형성되고 진화하는지, 우리 은하에 물⋅이산화탄소 등 생명 형성에 중요한 영향을 미치는 분자가 어떻게 분포되어 있는지 등을 알아내는 것을 목표로 한다.

 

제임스 웹과 비슷한 역할을 할 것으로 들리지만 개념이 다르다. 스피어X는 6개월마다 총 4번 스캔해 하늘의 99%를 지도화할 계획이다. 관측 대상은 약 80억 광년 떨어진 천체를 포함 대략 10억 개 정도다.

단기간에 넓고 많은 천체를 스캔하는 것이다. 약 2년 6개월 동안 온 하늘을 총 네 번 102개의 색깔로 촬영하는 임무를 수행할 예정이다.

 

현재까지 30년 간 활동하고 있는 허블 망원경은 하늘의 약 0.1%만을 포착했다. 스피어X와 달리 허블과 제임스 웹은 ‘깊고 정밀한’ 탐사를 수행하고 있기 때문이다.

 

<베스 파빈스키> 나사 제트추진연구소(NASA JPL) 스피어X 사업부 차장은 “인간 개개인을 조사하는 것과 전체 인구를 조사하는 것의 차이”라며 “제임스 웹과 스피어X 연구는 상호 보완 관계에 있다”고 설명했다.

 

스피어x에는 '영상분광 관측 기술'이 집약되어 있다. 영상분광 기술은 넓은 영역을 동시에 관측할 수 있는 '영상관측(Imaging)’과 개별 천체 파장에 따른 밝기의 변화를 측정하는 '분광관측(Spectroscopy)’이 통합된 기술이다. 관측 영상과 각 천체 방출 스펙트럼을 재구성해 우주 공간을 3차원으로 구현할 계획이다.

한편, 스피어X 제작에는 나사에 스피어x를 제안한 한국천문연구원도 참여했다.  2019년 공동 개발팀으로 최종 선정됐다.천문연은 캘리포니아공과대(Caltech, 주관기관), 나사 제트추진연구소(NASA JPL), 미국 볼에어로스페이스등과 함께 12개 기관이 참여하고 있다. 

 

 

스피드X 망원경 발사체

 

스피드X 망원경

 

양유진 한국천문연구원 책임연구원이 지난 16일 세종시 정부세종청사 과학기술정보통신부에서 전천 적외선 영상분광 탐사를 위한 우주망원경 스피어엑스(SPHEREx) 성능 시험을 위한 장비 개발과 관련해 브리핑하고 있다.

 

 

스피어X는 제임스 웹과 디자인에서도 차이를 가졌다. 제임스 웹은 금빛 육각거울 18개를 이은 지름 6.5미터의 주경과, 테니스 코트장 넓이의 태양 차광막을 가진 역대 가장 큰 망원경이다. 반면 스피어X의 주경은 20센티미터(8인치)에 불과한 주경과 3.2미터의 소박한 차광막을 갖추고 있다.

제임스 웹과 스피어X의 또 다른 공통점은 인간의 눈이 감지할 수 있는 범위를 벗어난 파장인 적외선을 수집한다는 점이다. 전 우주를 102개 색으로 관측한다.

천문연은 이번 임무에 유일하게 미국 기관이 아닌 국제기관으로 참여한다. 천문연이 개발한 근적외선 영상분광기(NISS) 등 적외선을 이용한 우주탐사 기술이 높이 평가받았으며, 실제로 스피어X에는 이를 적용한 선형분광필터가 사용된다.