망원경을 통해 지구 표면에서 우주를 바라본다면 흐린 대기에 가려지는 등 제대로 된 관측이 어려울 것입니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 망원경을 아예 우주로 보내 관측을 시도했고 성공했습니다. 이 글에서는 우주로 보내진 망원경 허블과 업그레이드된 제임스 웹 그리고 가장 최근 발사된 유클리드에 대해 알아보고자 합니다.
우주망원경 허블
우주 밖으로 망원경을 보내야 한다는 첫 아이디어는 1946년 미국의 스피처 교수에 의해서였습니다. 스피처 교수는 막대한 예산에도 불구하고 우주 망원경 프로젝트는 반드시 진행되어야 한다고 강조하며 지상망원경으로는 관측할 수 없는 적외선과 자외선을 이용해 천체를 관측할 수 있기 때문에 우주 망원경 프로젝트는 결국 미국 우주개발의 역사를 한 단계 끌어올릴 것이라고 말했습니다. 물론 이전에 지구에서 발사된 우주 망원경이 있기는 했습니다만 그것의 성격은 우주 정거장의 의미가 강했고 오래 지나 역할이 종료되거나 연료가 떨어지거나 해서 수명이 다하면 우주 정거장은 그대로 우주에 버려졌습니다. 하지만 이전의 우주 정거장과 우주 망원경인 허블의 가장 큰 차이는 새로운 관측 임무와 수명 연장을 위한 후속적인 지원을 받고 있다는 것입니다. 즉 수리와 연료보충 업그레이드가 진행된다는 것입니다. 나사 스피처 교수의 주장에 힘입어 최초의 3미터 반사경을 개발하여 발사하려 했지만, 예산의 한계로 인해 10년이 더 걸렸고 결국 크기를 조금 줄여 2.4미터 허블 우주망원경을 만들었습니다. 허블이란 이름은 20세기 초 은하계와 우주 팽창을 발견한 미국인 천문학자 에드윈 허블의 이름을 따서 지어졌다고 하며, 1990년 4월 우주왕복선 디스커버리호를 타고 지구 상공 610킬로미터 궤도에 진입하면서 우주 관측을 시작했습니다. 허블은 길이 13.2미터, 무게 10,886킬로그램으로 반사 망원경의 일종입니다. 허블 우주망원경은 지구 주위를 도는 천체들을 관찰하고, 우주의 팽창 속도를 측정하여 우주의 나이를 결정하고, 블랙홀을 연구했으며, 우리 은하계에 거대한 블랙홀이 있다는 증거를 제공했습니다. 허블 망원경은 암흑물질을 지도를 그려냈으며 창조의 기둥인 독수리 성운과 같은 은하 성운의 놀라운 이미지를 찍어 우리에게 보냈주었습니다. 1990년 허블 우주망원경이 지구 궤도에 진입한 후, 1993년에 1차 유지 보수를 위한 교정 렌즈를 설치하는 작업이 있었습니다. 이 장면은 생중계되었고 많은 사람들은 무중력 상태에서 수영하면서 우주에서 망원경을 수리하는 우주비행사들을 볼 수 있었습니다. 그 이후로 허블은 2009년까지 총 다섯 번의 수리와 업그레이드를 거쳤고 약 30년 동안 운영되어 왔습니다. 허블은 긴 작동을 마치고 아마도 2027년에 또 다른 망원경이 발사되면서 지구로 복귀하여 소멸될 예정이라고 합니다.
업그레이드된 제임스 웹
허블 망원경보다 한 걸음 더 나아간 우주망원경은 제임스 웹(James Webb)입니다. 허블 망원경의 100배 성능인 제임스 웹의 원래 이름은 차세대 우주망원경이라고 불리다가 최종적으로 불리게 된 제임스 웹이라는 이름은 NASA의 제2대 국장의 이름이라고 합니다. 제임스 웹은 최상의 기술과 각국의 노력이 접목된 망원경이라고 볼 수 있는데 여기에는 미국의 NASA, 캐나다 우주국 CSA, 유럽 우주국인 ESA이 함께했다고 합니다. 제임스 웹 개발과 직간접적으로 연계된 기관은 총 14개국 306개소라고 하니 현대 기술에 집합체라고 보면 될 것입니다. 제임스 웹은 지름이 6.5m에 달하는 주경을 가진 대형 적외선 우주 망원경인데 처음 지구에서 발사될 때는 주경이 접힌 채로 로켓에 실려 올라갔고, 우주에 도착해서 원래 모양으로 펼쳐지도록 설계되었는데 주경은 육각형 모양을 한 마치 벌집처럼 생긴 조각거울 18개로 이뤄져 있습니다. 하나하나의 조각거울을 이어 붙일 때 머리카락 하나의 오차도 없이 진행되었다고 하니 더 이상 말이 필요 없을 것 같습니다. 원래 2007년에 발사될 예정이었으나 개발이 지연되어 2019년에 조립이 완료되었고, 이후에 또 코로나19의 확산으로 인해 발사가 다시 한번 연기되었습니다. 그리고 2021년에는 두 차례의 발사 지연이 있었는데, 그중 하나는 망원경의 고정 장치가 느슨해지면서 발생했고, 또 한 번은 강풍으로 인해 발사가 지연되었다고 합니다. 결국 12월 25일 크리스마스를 기념하기 위해 기아나 우주센터에서 아리안 5 로켓에 실려 발사되었습니다. 기아나 센터는 적도에 가깝고 시속 약 1,600km로 지구의 자연장에 추진력을 더할 수 있다고 하여 최적의 발사장소로 선택되었습니다. 제임스 웹은 발사 15일 만에 벌집 모양의 주경을 성공적으로 펼쳐내었으며 지난 1월에는 이곳에서 약 150만 km 떨어진 관측 지점에 도달했습니다. 지구 주위를 도는 허블과 달리 제임스 웹의 관측 지점은 라그랑주 포인트라고 불리는데, 이곳은 태양과 지구가 일직선으로 놓여있는 곳이며 태양을 공전하게 되는 곳이라고 합니다. 허블 우주망원경은 가시광선을 관측하는 반면에 제임스 웹은 적외선영역을 관측하는데 제임스 웹은 심지어 135억 년 전의 은하까지 볼 수 있다고 합니다. 다만 허블 망원경처럼 장기적으로 수리하고 보수하고 업그레이드시키기에는 현재 위치한 지역이 지구와 너무 멀기 때문에 목표 수명이 10년 미만으로 설정된 것이 제일 안타까운 일로 받아들여지고 있습니다.
유클리드 우주 망원경
제임스 웹이 발사되고 이것을 뛰어넘는 더 이상의 우주 망원경은 필요 없을 것 이라고 생각하셨다면 오산입니다. 제임스 웹의 뒤를 이어서 또 다른 우주 망원경이 올해 7월에 발사되었기 때문입니다. 이 망원경의 이름은 유클리드인데 유클리드란 뜻은 고대 그리스 수학자의 이름을 따서 지어졌다고 합니다. 유클리드는 유럽 우주국과 유클리드 컨소시엄이 만든 우주 망원경으로서 미국에서 발사되었고, 앞으로 6년 동안 암흑 물질과 암흑 에너지를 연구하고 가장 큰 3차원 우주 지도를 만들기 위해 우주 영역의 30%를 촬영할 것이라고 합니다. 유클리드의 망원경은 약 1.2 미터인데, 이것은 제임스 웹의 망원경보다 훨씬 작습니다. 그것은 심지어 과거에 발사되었던 허블 우주 망원경의 약 절반 크기입니다. 그러나 유클리드는 완전히 다른 임무를 수행하는 것에 초점을 두기 때문에 이런 방식으로 만들어졌다고 합니다. 이 작은 거울들은 덜 정밀하다고 하지만 그것들은 하늘을 매우 빠르게 볼 수 있습니다. 따라서 허블이나 제임스 웹은 은하계, 성단, 외계 행성을 확인하고 세부적인 것들을 관찰할 수 있지만, 유클리드는 빠르게 전체 우주의 지도를 만들 수 있습니다. 유클리드의 원래 계획은 작년에 발사될 예정이었지만, 러시아의 우크라이나 침공이 변수를 일으켰습니다. 러시아의 침공으로 러시아와의 관계가 단절되었기 때문에 유크릴 들어가 타고 갈 러시아 로켓을 사용할 수 없게 되어 버렸습니다. 결국 유럽 우주국은 그것을 또 다른 로켓인 아리안 6에 실어 보내기로 결정했습니다. 그래서 그는 그것이 완성되기를 거의 1년을 기다린 것입니다. 하지만 이번엔 아리안 6의 제작 또한 지연되었고, 결국 유럽 우주국은 스페이스 X와 손을 잡고 팰컨 9 로켓을 타고 지구에서 발사할 수 있게 되었습니다. 우여곡절을 겪은 후에 발사된 유클리드는 제임스 웹이 머물고 있는 라그랑주 지점 L2에 도착했고 임무 수행을 시작했습니다. 유클리드는 이전의 망원경들과 다른 임무를 수행하기 위해 떠났고, 먼저 우주의 팽창을 정확하게 측정함으로써 암흑 물질과 암흑 에너지를 관찰하고 연구하는 역할을 해낼 것입니다. 이런 연구로 인해 우리는 지구에서 100억 광년 떨어진 은하들이 어떻게 분포되어 있는지에 대한 정밀하고 광범위한 우주 지도가 완성되는 것을 볼 수 있을 것입니다. 아마도 유클리드의 관측 결과들은 2025년과 2027년에 공개될 예정이라고 하는데 벌써부터 큰 기대가 되고 있습니다.