제임스 웹 우주 망원경
혹시 허블 우주망원경을 들어보셨나요?
약 30여년 전 발사되어 거대 블랙홀 관측에 성공한 위대한 업적을 남긴 우주망원경입니다.
2021년 크리스마스에 허블 우주 망원경의 뒤를 이을 우주 망원경의 세대교체가 이루어졌습니다.
바로 제임스 웹 우주 망원경입니다.
과연 이 새로운 우주 망원경에는 과연 어떤 특징이 있고 어떤 임무를 수행할까요?
글의 순서
- 제임스 웹 우주 망원경 발사
- 제임스 웹 우주 망원경 발사 연기 이력
- 제임스 웹 우주 망원경 개발 역사
- 제임스 웹 우주 망원경 구조
- 허블 우주 망원경과 비교
- 제임스 웹 우주 망원경 기대점
- 제임스 웹 우주 망원경 임무 수행 위치
- 제임스 웹 우주 망원경 단점
- 제임스 웹 우주 망원경 발사 이후
- 총정리
제임스 웹 우주 망원경 발사
2021년 12월 25일 크리스마스 당일.
인류 역사상 최고 성능을 갖췄다고 평가받는 제임스 웹 우주 망원경이 발사되었습니다.
미항공우주국(NASA)이 처음 공지했던 발사 시점은 크리스마스 이브인 24일 이었지만 발사장 주변 고공에 강한 바람이 불 것으로 예측되어 발사시점을 하루 늦췄습니다.
제임스 웹 우주 망원경 발사 연기 이력
제임스 웹 망원경 개발 착수 이후, 최초 발사 목표 시기는 2007년 이었으나 기술적인 난제가 발생하며 발사 시점은 계속해서 뒤로 밀리게 됩니다.
2020년에는 코로나 팬데믹으로 인해 현장 작업이 제한되며 결국 발사시점이 2021년으로 밀려나게 되죠.
2021년 12월 18일 발사 예정이었으나 이 우주망원경을 로켓에 싣는 과정에서 진동으로 인해 부품 손상 가능성이 제기되어 22일로 연기되었고,
2021년 12월 22일 발사체와 망원경 간의 통신 문제가 발생하여 24일로 연기,
2021년 12월 24일 주변 날씨 문제(강풍)로 인해 최종적으로 25일로 발사일이 조정됐습니다.
제임스 웹 우주 망원경 개발 역사
허블 우주 망원경이 본격적으로 임무를 수행하기 시작한 1990년대,
NASA는 허블의 뒤를 이을 차세대 우주 망원경에 대해 논의를 시작했습니다.
그리고 2002년, 미 NASA는 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA) 와 함께 JWST 프로젝트에 돌입합니다.
JWST 프로젝트는 2002년 아폴로 달 탐사 계획의 공신이자 NASA의 2대 국장을 역임한 ‘제임스 에드윈 웹‘의 이름을 따온 것이었죠.
제임스 웹 우주 망원경 구조
제임스 웹 우주 망원경의 구조를 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
주경(거울)과 선실드(차광막)입니다.
주경
제임스 웹은 아주 거대한 거울을 탑재하고 있으며, 그리고 이 거울은 육각형으로 이루어진 18개의 더 작은 거울들로 구성되어 있습니다.
이 거울을 통해서 우주 공간의 작은 빛을 포착하여 중앙의 수신기로 반사시키는 역할을 합니다.
육각형 모양의 작은 거울 18개를 배치하여 벌집 모양의 형태를 이루었고 각각의 거울은 베릴륨과 금을 섞어 도금함으로써 가벼운 무게와 튼튼한 내구성을 자랑합니다.
거울을 금으로 코팅함으로써 먼 우주 공간에서 오는 적외선에 대한 반사율을 향상시킬 수 있었고,
주경 중앙의 적외선 감지 장치는 이 거울에 반사된 적외선을 감지하여 먼 우주의 천체들을 분석하게 됩니다.
또한 망원경의 육각 거울 뒷면에는 모터가 달려 있어 멀리 있는 행성을 관측했을 때 초점을 맞출 수 있도록 했습니다.
이를 통해, 거울의 모양을 바꾸거나 미세한 조정을 할 수 도 있습니다.
선실드
또한 망원경의 하단에는 다섯 겹으로 이루어진 선 실드가 존재하여 태양의 높은 온도로부터 거울 등의 주요 장비들을 보호해 줍니다.
선실드를 통해 주요 장비가 열에 의해 손상되지 않도록 방지하고 냉각함으로써 동작 효율을 높일 수 있었습니다.
허블 우주 망원경과 비교
약 30여년간 우주에서 천체관측의 역할을 수행하고 있는 허블 우주 망원경과 제임스 웹 우주 망원경에는 분명한 차이가 존재합니다.
두 망원경은 어떤 차이가 있을까요?
성능상 차이
첫 번째로는 당연하게도 성능의 차이가 있을 것입니다.
허블 우주 망원경이 주로 우주 공간의 가시광선을 관찰했다면 제임스 웹 망원경은 적외선을 관측합니다.
위의 사진에서 알 수 있듯, 가시광선은 사람의 눈에 보이는 파장이고 적외선은 사람이 감지할 수 있는 범위를 벗어난 파장입니다.
간단하게, 기존에 볼 수 없었던 것을 볼 수 있는 능력을 가졌다고 할 수 있는 것이죠.
적외선을 관측할 수 있는 것이 얼마나 중요한지는 뒤에서 다뤄보겠습니다.
구조상 차이
두 번째는 구조상의 차이입니다.
지금 활동 중인 허블 망원경의 주경이 지름 2.4m인데 반해, 제임스 웹의 주경의 지름은 6.5m에 달합니다.
허블 우주 망원경의 크기에 비해 약 2.7배나 큰 사이즈를 자랑합니다.
또한 허블 망원경은 하나의 큰 원통형의 모양으로 생긴 거울이지만, 제임스 웹 망원경의 경우 벌집 모양의 형태를 하고 있습니다.
주경은 베릴륨 소재를 채택함으로써 전체 무게는 허블 망원경의 절반 수준으로 감축할 수 있었습니다.
| 허블 우주 망원경 | 비교 | 제임스 웹 우주 망원경 |
| 2.4m | 주경의 지름 | 6.5m |
| 원통형 | 생김새 | 벌집 모양 |
| 약 12.2 Ton | 무게 | 약 6.2 Ton |
공전 위치
두 망원경은 우주 공간에서 천체를 공전하며 임무를 수행하는데요, 그 위치에서도 차이가 있습니다.
지구를 공전하는 허블 망원경과는 달리 제임스 웹 망원경은 태양을 공전하게 됩니다.
구체적으로 허블 우주 망원경이 고도 500~600km 정도인 지구 저궤도에서 97분에 한 번씩 지구를 돌면서 천체를 관측하는 것과 달리,
제임스 웹 우주 망원경 같은 경우에는 아주 먼 곳에서 지구와 같은 속도로 태양 주위를 돌면서 심우주를 관측하게 됩니다.
이 망원경이 공전하는 위치는 뒤에 다루어 보겠습니다.
제임스 웹 우주 망원경 기대점
새로운 우주 망원경이 우주 공간에서 안정적으로 궤도에 안착하고 본격적으로 임무를 수행하게 되면 다음과 같은 역할을 수행할 것이라고 기대하고 있습니다.
우주 초기 천체의 조사
앞서 다루었던 두 우주 망원경의 차이점에서 알 수 있듯 , 제임스 웹에는 허블과는 다르게 아주 강력한 적외선 감지 장치가 탑재되어 있습니다.
왜 이렇게 우주공간에서 적외선을 감지하는 것이 엄청난 특징이라고 강조하는 것 일까요?
일반적으로 아주 깊은 우주에서 온 빛은 적색 편이를 넘어서 적외선의 영역으로 넘어가게 됩니다.
이렇게 되면 가시광선만을 감지할 수 있는 기존 망원경으로는 아주 멀리 떨어져 있는 별을 관측하기 어려울 것입니다.
하지만 적외선을 감지할 수 있다면 우주 먼지 뒤에 있는 숨어 있는 별 그리고 아주 멀리 떨어져 있는 별을 관측할 수 있게 됩니다.
그래서 이러한 적외선을 분석함으로써 최초의 별이나 은하에 대해서 더 많은 것들을 알아낼 수 있게 되는 것입니다.
이 우주 망원경의 금색 거울 뒤편이 탐지기가 심우주에서 먼지 구름을 뚫고 날아오는 빅뱅의 초기 적외선을 잡아낼 수 있다는 것이죠.
이를 통해 허블 망원경에 비해 100배 더 강력한 성능으로 지구로부터 130억년 광년 떨어진 행성을 관측 할 수 있다고 하는 것입니다.
외계 생명체의 발견
제임스 웹 망원경은 최대 1천 광년 멀리 떨어져 있는 행성의 산소 분자까지 확인할 수 있는 성능을 갖추었습니다.
또한 다른 행성 주위의 대기에 물이나 산소 성분, 화학 성분을 분석하는 역할도 수행할 수 있습니다.
따라서 생명체 존재 가능성이 높은 외계 행성 탐색에 많은 도움을 줄 것으로 기대하고 있습니다.
제임스 웹 우주 망원경 임무 수행 위치
새로운 우주 망원경은 지구에서 약 150만km 떨어진 궤도에 배치되어 임무를 수행할 예정입니다.
이는 지구에서 달까지 거리에 약 4배에 달하는 엄청난 거리라고 할 수 있는데요.
‘라그랑주 포인트 L2 지점‘이라는 이 곳은 태양이 지구를 끌어당기는 힘과 지구의 원심력이 같아지는 지점입니다.
결국 이 지점에 도착한다면, 별도의 추진 장치 없이 관성에 의해서 지구 궤도를 따라서 계속 돌 수 있게 됩니다.
왜 우주에서 관측해야할까
한 가지 궁금증이 생깁니다.
앞서 제임스 웹을 우주로 보내기 위해 많은 장애물들을 마주쳐 발사가 연기되었다고 했습니다.
그럼 그냥 지구 표면에 설치해서 발사에 대한 리스크도 없애고, (우주에 보낼 필요가 없으니)크기도 더 크게 만들어 성능을 극대화 하면 좋았을텐데 왜 굳이 우주로 보내야 했을까요?
결국 앞서 설명한 우주 공간의 적외선을 감지하기 위해서입니다.
지구의 대기는 적외선을 흡수하기도 하고, 방출하기도 하기때문에 적외선 감지에 특화 되어있는 고성능 망원경을 지구에 설치할 이유가 없어지게 되는 것이죠.
제임스 웹 우주 망원경 단점
별도의 추진 장치 없이도 공전을 할 수 있어서 지구로부터 멀리 떨어진 지점까지 보냈지만 임무수행 궤도가 멀어짐에 따라 치명적인 단점도 발생했습니다.
기존의 허블 망원경은 지구 저궤도에 위치해있기 때문에 고장 발생 시, 인간이 가서 수리를 할 수 있었습니다.
하지만 제임스 웹 망원경은 그와 반대로 지구에서 너무 멀리 떨어져있기 때문에 인간이 갈 수가 없다는 점입니다.
망원경에 고장이 나면 사실상 수리가 불가능하다고 합니다.
제임스 웹 우주 망원경 발사 이후
2021년 12월 25일 발사 이후, 망원경이 로켓과 분리되고 나면 태양 전지를 펼치게 되고,
발사 12시간 30분 정도 지나면 태양 전지판을 이용해서 추력을 얻어 라그랑주 L2 지점까지 날아가게 됩니다.
정상 궤도를 찾아서 안착하기까지 약 한 달 정도 걸릴 것으로 예상되며, 이 후 접어놨던 주경과 선실드를 성공적으로 전개해야하는 과제가 남아있습니다.
목표 위치에 도착을 하게 되면 이 우주망원경은 2031년까지 심우주 관측 임무를 수행하게 되며,
근적외선과 중적외선으로 우주 곳곳을 들여다 본 첫 관측 결과를 6개월쯤 뒤 지구로 송신할 예정이라고 합니다.
총정리
허블 우주 망원경은 설계 당시에 예상 수명이 15년이었다고 합니다.
하지만 현재까지 예상 수명의 두 배 넘게 우주 공간에서 활동하고 있습니다.
허블 역시 임무 수행이 가능하기 때문에 NASA 에서는 허블 우주망원경도 계속해서 활용할 것이라고 합니다.
반면, 제임스 웹 망원경의 기대 수명은 약 10년이라고 합니다.
제임스 웹의 성공적인 임무 수행으로 지금까지 알고있던 우주 과학이 완전히 뒤바뀌게 되기를 기대합니다.
1 thought on “제임스 웹 우주 망원경(JWST) 완벽정리”