만물상] 제임스 웹
1. 허블 망원경은 10억광년, 즉 10억년 전의 우주를 볼 수 있다.
2. 제임스 웹 망원경은 130억광년을 볼 수 있다.
1610년 한 이탈리아 과학자가 지름 4.5cm짜리 망원경을 만들었다.
이 원시적인 망원경으로
그는 달이 빛나는 것은 태양 빛 반사 때문이라는 것, 은하수가 사실은 별의 집단이라는 것, 목성이 위성을 가지고 있다는 것, 금성이 태양 주위를 회전하고 있다는 것을 발견했다.
지구가 우주의 중심이라는 당시의 상식을 깬 그가 바로 갈릴레오 갈릴레이다. 갈릴레이는 망원경의 발명자는 아니었지만, 망원경이 얼마나 위대한 도구인지를 일깨워줬다.
▶1946년 천문학자 라이먼 스피처는 우주에 망원경을 보내면 대기 현상의 방해를 받지 않고 더 멀리 또렷하게 볼 수 있다고 했다. 인류는 1990년 허블 우주 망원경을 발사했다. 새로운 우주가 눈에 들어왔다. 가장 큰 업적은 우주가 팽창하고 있다는 것을 확인시켜 준 것이다.
우주 망원경은 현재가 아닌 과거를 보여준다. 빛이 1년간 가는 거리를 1광년이라고 하는데, 10광년 떨어진 별을 관측한다는 것은 그 별의 10년 전 모습을 보는 것이다.
허블 망원경은 10억광년, 즉 10억년 전의 우주를 볼 수 있다.
▶우주에는 별이 얼마나 있을까. 천문학자들은 우주 사진 3200만장을 모은 뒤 그 안에 있는 은하의 숫자를 셌다. 은하란 최소 100만개에서 최대 100조개의 별 무리다. 사진 한 장에 이런 은하가 5500개 들어 있었다. 관측 가능한 우주에만 총 1700억개가 넘는 은하가 있다는 결론이 나왔다. 보이지 않는 곳까지 포함하면 은하 숫자가 2조개에 이르는 것으로 추산된다. 그러니 별의 숫자는 세는 것이 불가능할 정도이다. 태양은 그 무한대에 가까운 별 중 하나일 뿐이다. 우주를 알면 알수록 겸손해진다.
▶어제 나사가 지난해 성탄절에 발사한 제임스 웹 우주 망원경이 촬영한 첫 사진들을 공개했다.
제임스 웹 망원경은 130억광년을 볼 수 있다.
칼 세이건은 우주가 거대한 바다라면 인류는 아직 발가락만 조금 적셨을 뿐이라고 했다. 세이건이 제임스 웹 망원경이 보낸 사진을 봤다면 어떻게 평가했을까 궁금하다.
▶나사 2대 국장이었던 제임스 웹은 과학자가 아니라 국무부 차관 출신 공무원이다.
그는 우주 탐사가 예산 낭비라는 정치권의 공세를 막아내며 230조원에 이르는 아폴로 계획을 탄생시켰다.
그의 헌신 덕분에 인류는 달을 밟았고, 이제 그의 이름을 딴 망원경이 우리에게 우주를 보여주고 있다.
웹은 불가능에 도전하는 우주 탐사가 인간 사회를 통합하고 발전시키는 길이라 믿었다.
공무원 한 사람이 얼마나 큰 공헌을 할 수 있는지 보여주었다.
박건형 논설위원
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131억년前 초기 우주의 빛 찾았다
우주망원경 ‘제임스 웹’ 46억 광년 떨어진 은하단 찍어… ‘빅뱅’ 비밀 풀기 위한 여정 시작
미 대통령이 12일 공개한 제임스 웹 우주망원경의 관측 영상. 지구에서 46억광년(1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 떨어진 SMACS 0723 은하단이다. /NASA
조 바이든 미국 대통령이 12일 오전(한국 시각) ‘제임스 웹 우주망원경’이 찍은 첫 컬러 우주 사진을 공개했다. 제임스 웹은 미국과 유럽, 캐나다가 25년간 13조원을 들여 개발한 사상 최대 크기의 우주망원경이다. 지난해 성탄절에 발사돼 올 1월 지구에서 150만㎞ 떨어진 관측 지점에 도착했다. 미 항공우주국(NASA·나사)은 이날 그동안 관측 결과를 발표하기로 했는데, 바이든 대통령이 백악관 브리핑 형식으로 사진 한 장을 먼저 공개한 것이다.
바이든 대통령이 “역사적인 순간”이라며 공개한 사진은 SMACS 0723 은하단을 찍은 것이다. 이 은하단은 지구에서 46억 광년(광년은 빛이 1년 가는 거리=약 9조4600억㎞) 떨어져 있다. 은하 수천 개가 모여 있는 곳으로, 워낙 중력이 강해 뒤쪽에서 온 희미한 빛을 확대하고 휘어지게 하는 이른바 ‘중력 렌즈’ 역할을 한다.
나사는 “사진 가장자리에 보이는 빛들이 바로 중력 렌즈에 의해 증폭되고 휜 것”이라며 “은하들보다 훨씬 먼 131억년 전 초기 우주에서 온 빛”이라고 밝혔다. 우주는 138억 년 전 빅뱅(대폭발)으로 시작됐다. 나사는 제임스 웹이 135억 년 전 초기 우주에서 나온 빛까지 관측할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
제임스 웹 우주망원경은 지름 6.5m의 반사 거울과 태양광을 차단하는 테니스장 크기의 차양막을 갖고 있다. 지난해 크리스마스에 유럽의 아리안 로켓에 실려 프랑스령 기아나에서 발사됐다. 지난 31년 동안 작동한 허블 우주망원경은 가시광선을 주로 감지하지만, 제임스 웹은 적외선을 포착해 보다 넓은 영역을 볼 수 있다. 가시광선은 별이 탄생하는 우주 먼지와 구름 지역을 통과하기 어렵지만 파장이 긴 적외선은 이를 통과할 수 있다.
우주망원경은 일단 어둡고 밝은 부분을 흑백으로 구분해 촬영한다. 수십억 년 전 먼 과거 우주에서 온 극도로 희미한 빛도 감지한다. 다음은 적외선 필터로 관찰 지역의 빛 파장을 구분해 적색과 녹색, 파란색 빛의 삼원색을 부여한다. 이를 통해 처음 흑백 영상이 컬러 영상으로 바뀐다.
앞서 나사는 제임스 웹 우주망원경을 공동 개발한 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA), 미국 우주망원경과학연구소와 함께 첫 관측 천체 5가지를 선정했고 그 결과가 이날 공개됐다.
제임스 웹 망원경은 먼저 남반구 별자리인 용골자리에 있는 대성운을 촬영했다. 이 성운은 지구에서 7600광년 떨어져 있다. 성운은 별이 탄생하는 곳이다. 용골자리 성운에서는 태양보다 몇 배나 큰 거대한 별들이 탄생하고 있다.
WASP-96b는 지구에서 1150광년 떨어진 외계 행성이다. 빛을 내는 항성을 3.4일마다 한 번씩 공전한다. 질량이 목성의 절반 정도로 2014년 처음 발견됐다. 지구에서 2000광년 떨어진 남쪽고리성운(팔렬성운) 사진도 공개됐다. 이 성운은 지름이 0.5광년에 이른다. 슈테팡 5중 은하는 페가수스 별자리에 있으며, 2억9000만 광년 거리에 있다. 1877년 처음 발견됐다. 마지막으로 바이든 대통령이 먼저 공개한 SMACS 0723 은하단이다.
제임스 웹 우주망원경은 허블 우주망원경보다 먼 곳에 배치됐다. 허블은 지구 상공 약 600㎞ 궤도를 돌며 우주를 관측하고 있지만 제임스 웹은 지구에서 150만㎞ 떨어진 라그랑주 L2 지점까지 이동했다. 지구와 달 사이(38만5000㎞)보다 약 4배 먼 거리다. 이 때문에 제임스 웹 망원경은 허블 우주망원경보다 관측 성능이 100배나 좋다.
라그랑주 L2는 우주 관측에 최적인 지점이다. 이곳은 태양·지구가 물체를 끌어당기는 힘(중력)과 물체가 태양 주위를 돌면서 밖으로 벗어나려는 힘(원심력)이 서로 상쇄돼 중력이 미치지 않는다. 힘이 균형을 이뤄 빛의 왜곡이 없다. 특히 태양이 항상 지구 뒤에 가려져 햇빛의 방해도 받지 않는다. 제임스 웹 우주망원경은 이곳에서 135억 년 전 초기 우주의 빛을 찾고 생명체가 있을 것으로 추정되는 외계 행성도 탐색할 예정이다.
