宇宙를 펼쳐볼 時間이다. 美國 航空宇宙局(NASA)은 7月 12日 허블宇宙望遠鏡의 뒤를 잇는 제임스 웹 宇宙望遠鏡의 첫 番째 寫眞을 公開하기 전 마치 映畫 트레일러처럼 事前 製作한 弘報 映像을 먼저 公開했다. 世界人에게 익숙한 天文學者 칼 세이건의 音聲을 人工知能으로 再現한 映像 導入部부터 가슴을 울리고, 單語 하나하나가 주옥같이 組合된 文章들은 視聽者 모두를 이제 막 探險을 떠나는 旅行者로 만든다. 甚至於 조 바이든 美國 大統領까지 나서 별과 銀河가 담긴 寫眞 1張을 白堊館 行事에서 미리 公開하며 ‘歷史的인 날’이라고 宣布했을 程度다. 公開된 寫眞은 地球로부터 46億 光年 떨어진 ‘SMACS 0723’이라는 銀河團으로, 只今까지 捕捉된 最高 解像度의 赤外線 宇宙 寫眞이다. 제임스 웹 宇宙望遠鏡에 搭載된 近赤外線 카메라로 總 12時間 30分間 撮影한 이番 이미지는 아무것도 없는 虛空을 찍어 서로 다른 波長의 映像을 合成했다. NASA 關係者 말에 따르면 이 廣闊한 宇宙의 彫刻은 微細한 모래처럼 하늘을 덮고 있다.

如前히 제대로 된 感動이 느껴지지 않는다면 宇宙望遠鏡에 關한 이야기로 다시 돌아가보자. 一般的인 天體望遠鏡의 役割은 宇宙를 찍는 것이다. 하지만 地上에서는 구름이 視野를 가리거나 不必要한 光源이 많아 願하는 만큼 觀測되지 않는 境遇가 大部分이다. 이러한 問題를 解決하는 가장 좋은 方法은 望遠鏡을 宇宙로 가져가 撮影하는 것이다. 가장 有名한 宇宙望遠鏡은 美國 天文學者 에드윈 허블의 이름을 딴 허블宇宙望遠鏡이며, 當然히 地球에서보다 수월하게 高品質의 天體寫眞들을 얻을 수 있게 됐다. 온라인으로 檢索했을 때 나오는 華麗한 宇宙 寫眞 中에는 허블宇宙望遠鏡으로 찍은 天體가 많다. 지난해 12月 宇宙로 떠난 제임스 웹 宇宙望遠鏡은 人類 歷史上 가장 큰 宇宙望遠鏡으로, 벌써 첫 番째 寫眞을 公開하는 瞬間이 찾아왔다. 이 宇宙望遠鏡은 거울 18個를 細密하게 整列하며 觀測하기 좋은 位置에 자리 잡았다. 큰곰자리 쪽에서 밝게 빛나는 恒星을 테스트 이미지로 撮影하면서 10億 分의 1m 水準으로 微細하게 焦點을 調整했다. 빌 넬슨 NASA 局長은 제임스 웹 宇宙望遠鏡에 對해 “人類를 宇宙가 始作하는 時點으로 데려갈 타임머신”이라 말했고, 科學者들 亦是 섣불리 期待할 수조차 없는 새로운 무언가가 發見되리라 期待하고 있다. 이제 準備는 모두 끝났다. 드디어 韓國 時間으로 7月 12日 밤 11時 30分부터 約 1時間 동안 이 宇宙望遠鏡이 첫 番째 빛을 觀測하는 過程에서 찾아낸 컬러 이미지와 分光 資料가 公開됐다.

25年 만에 宇宙로 올라간 超大型 宇宙望遠鏡

總豫算이 11兆 원 넘게 들어간 제임스 웹 宇宙望遠鏡이 처음 企劃된 건 1996年이다. 元來 2007年에 올라갈 豫定이었으나, 몇 年 만에 늘어난 豫算 負擔으로 取消 直前까지 갔다 多幸히 지난해 12月 크리스마스에 發射됐다. 끊임없이 延期된 理由는 아주 작은 問題조차 許諾되지 않는 超大型 프로젝트였기 때문이다. 허블宇宙望遠鏡度 처음 찍어서 보내온 寫眞이 뿌옇게 보이는 問題가 있었는데, 週 反射鏡의 球面收差로 빛이 正確히 한 點에 모이지 않은 것이 原因이었다. 머리카락 두께의 50分의 1 程度인 微細한 光學 裝置 誤差를 바로잡기 위해 宇宙往復船을 올려 修理했고, 現在까지도 繼續 고쳐가면서 本來 設計 壽命인 15年을 넘어 30年 以上 잘 쓰고 있다.

反面 제임스 웹 宇宙望遠鏡은 아주 먼 곳에 자리 잡아야 하기에 누군가 올라가서 直接 修理하는 건 거의 不可能하다. 結局 完璧한 宇宙望遠鏡을 만들어 보내야 하는데, 發射 自體가 쉴 새 없이 延期된 理由도 여기 있었다. 꽤 오랜 時間이 흘러 더는 미룰 수 없는 瞬間이 찾아왔고, 結局 成功的으로 發射된 제임스 웹 宇宙望遠鏡은 地球에서부터 달까지 距離보다 4倍나 멀리 떨어진 150萬㎞ 距離의 L2 포인트로 갔다. 이곳은 天文學者 조제프 루이 라그랑주의 이름을 따 ‘라그랑주點’으로 불리는데, 一種의 重力 평형점이다. 一旦 여기에 놓이면 公轉하는 두 天體 사이에서 重力과 遠心力을 利用해 마치 停止된 것처럼 安定된 位置를 維持할 수 있다. 太陽과 地球 두 天體의 周邊에도 라그랑주點이 5個 있는데, 두 番째 라그랑주店인 L2 포인트 附近에서 地球와 太陽이 당기는 힘을 適切히 活用해 地球와 비슷한 週期로 太陽 周圍를 只今도 돌고 있다. 그리고 7月 6日 제임스 웹 宇宙望遠鏡 硏究팀은 人類 最大 觀測機器로 撮影한 붉은色의 豫告篇 이미지를 처음으로 公開했다.

甚至於 公式 觀測 裝備가 아니라 제임스 웹 宇宙望遠鏡의 觀測을 도와주는 精密 가이드 센서(Fine Guidance Sensor·FGS)라는 裝備로 8日 동안 여러 張을 撮影했는데, 이렇게 찍은 寫眞조차 허블宇宙望遠鏡이 그間 보여준 것보다 훨씬 깊고 驚異로운 宇宙의 모습이었다.



宇宙에서는 距離를 時間으로 表現한다. 우리 亦是 豫定된 目的地에 到着하기까지 거리가 얼마나 남았느냐는 質問을 받을 때 몇 分이 남았다고 時間으로 答한다. 距離와 時間이 交叉하는 狀況은 宇宙처럼 넓은 空間에서 使用하기 더 便하다. 우리는 더 멀리 볼수록 過去를 보게 되고, 波長이 긴 赤外線은 훨씬 더 멀리 볼 수 있다. 그래서 제임스 웹 宇宙望遠鏡은 허블宇宙望遠鏡보다 더 먼 過去를 볼 수 있고, 最初의 별이나 銀河에 對한 硏究도 可能하다. 또한 外界生命體 探査나 生命의 起源도 硏究할 수 있다. 수많은 科學者의 期待와 念願을 한 몸에 받은 제임스 웹 宇宙望遠鏡은 아주 稀微한 天體도 빠뜨리지 않고 꼼꼼하게 담아낼 것이고, 이제 公式的인 첫 番째 寫眞이 公開될 次例가 다가오고 있었다.

제임스 웹 宇宙望遠鏡이 보여줄 驚異로운 未來

7月 12日 첫 番째 이미지를 公開하기 前, 제임스 웹 宇宙望遠鏡이 어디에 있는 무엇을 담을지 먼저 선보인다는 消息이 들려왔다. 現在까지 人類가 한 番도 본 적 없는 가장 깊고 먼 宇宙의 모습, 外界行星 大氣의 分光 스펙트럼 情報, 별의 生成과 죽음, 그리고 銀河의 衝突을 보여줄 수 있는 이미지 等은 이미 過去 허블宇宙望遠鏡을 통해 觀測된 事例들이다. 하지만 뛰어난 解像度의 제임스 웹 宇宙望遠鏡이 얼마나 더 섬세하고 豐富한 情報를 담아 보내줄지 期待되는 瞬間이었다. 그리고 드디어 NASA는 이 歷史的인 瞬間을 生中繼로 傳했다.

公開된 寫眞의 順序 亦是 深宇宙(Deep Field), 外界行星(Exoplanet), 별의 終末(Stellar Death), 銀河(Galaxy), 별의 誕生(Stellar Birth)으로 區分해 緊張感을 높였다. 人類가 여태까지 觀測한 이미지 中 가장 멀리 있는 銀河를 보여주는 ‘SMACS 0723’ 銀河團 寫眞은 바이든 大統領이 먼저 公開했다. 보이는 方向의 銀河團 德分에 發生하는 重力렌즈 效果는 마치 實際 巨大한 볼록렌즈가 宇宙 空間에 存在하는 것처럼 强力한 힘으로 時空間을 휘게 했다. 그 結果 元來대로라면 決코 보일 수 없었던 130億 光年 前 宇宙 모습이 예쁘게 손질된 눈썹 模樣처럼 분명하게 드러났다. 이러한 現象은 허블宇宙望遠鏡으로도 觀測할 수 있지만, 여기에 包含된 가스, 먼지, 別 等 細細한 構造를 完璧하게 담아낸 건 이番이 처음이다.

두 番째로 公開된 寫眞은 地球로부터 1150光年 떨어진 外界行星 ‘WASP-96b’의 待機 分光 데이터였다. 行星을 우리가 보기 좋은 形態로 담아낸 건 아니지만 分析된 結果를 통해 氣體 狀態의 물 分子가 確認됐다. 待機 分光 데이터를 觀測하는 건 不可能하진 않으나, 宏壯히 複雜한 過程이 必要하다. 그래서 이러한 方式의 觀測이 제임스 웹 宇宙望遠鏡으로 果然 어느 程度까지 可能할지 試驗해볼 必要가 있었고, 이番 觀測을 통해 大氣 分析을 完璧하게 해내기에 充分하다는 事實을 確認했다.

가장 멀리 있는 銀河 寫眞 先公開

죽어가는 별의 모습을 捕捉한 세 番째 寫眞과 여러 銀河가 모여 演奏를 하는 네 番째 寫眞, 그리고 별이 誕生하는 마지막 寫眞도 順次的으로 公開됐다. ‘南쪽 고리 星雲(Southern Ring Nebular)’은 太陽 程度의 質量을 가진 별이 죽어가면서 痕跡을 남긴 行星上 星雲이다. 鎭火 마지막 段階에서 巨大한 가스가 얼마나 아름답게 뿜어져 나왔는지를 詳細히 確認할 수 있었다. 또한 星雲 中心에 存在하는 별이 홀로 죽어가는 것이 아니라 옆에 더 젊은 별과 함께 있다는 事實도 確認됐다. 5個의 銀河가 모여 ‘스테판의 오중주(Stephan’s Quintet)’로 불리는 地域도 놀라움을 禁할 수 없었다. 1787年 發見된 은하군에는 뒤의 4個 銀河와 달리, 하나만 完全히 동떨어졌다는 놀라운 祕密이 숨겨져 있다. 네 親舊가 寫眞을 찍는 渦中에 길 가던 行人이 偶然히 카메라에 들어온 狀況이다. 엄청난 解像度의 제임스 웹 宇宙望遠鏡은 銀河들이 活潑하게 서로 끌어당기며 相互作用하는 놀라운 모습을 섬세하게 捕捉해냈다. 마지막 寫眞은 活潑한 별의 誕生을 보여주는 ‘카리나 星雲(Carina Nebula)’이다. 一種의 巨大한 優良兒 별 産後調理院이라고 볼 수 있으며, ‘龍骨자리 星雲(NGC 3324)’으로도 불린다. 위쪽에 存在하는 젊은 별들이 내뿜는 複寫 에너지로 먼지와 가스가 아래쪽으로 밀려나면서 마치 巨大한 山脈과도 같은 모습이다. 甚至於 먼지로 만들어진 봉우리 안쪽까지 仔細히 보인다.

1827年 撮影된 世界 最初의 寫眞 ‘그라의 窓門에서 바라본 眺望(Point de vue du Gras)’을 찍기 爲해 조제프 니細胞르 니엡스라는 寫眞術의 先驅者는 8時間 동안 被寫體를 固定한 채 기다렸다. 우리는 最終 補正이 끝난 結果物만 보기에 큰 差異를 느끼지 못할 수도 있지만, 實際로 그 過程에서 엄청난 革新이 일어났다. 只今은 1張의 寫眞을 얻기까지 1秒도 걸리지 않는다. 甚至於 解像度도 比較할 수조차 없다. 이게 허블宇宙望遠鏡과 제임스 웹 宇宙望遠鏡의 분명한 差異다. NASA의 科學 擔當 副局長은 이番에 公開된 이미지는 單純한 寫眞이 아니라 새로운 世界라고 評했다. 앞으로 제임스 웹 宇宙望遠鏡이 人類에게 선보일 未來는 아마 우리의 想像을 훨씬 뛰어넘을지 모른다. “우리가 願하는 바를 알고자 한다면 우리 스스로 찾아 떠나야 한다”고 말하는 칼 세이건의 音聲처럼 價値 있는 目標를 向해 한 걸음씩 나아가는 人類의 한 사람으로서 興奮을 감추지 말고 크게 소리 질러보자. 우리가 사는 곳과 아는 것, 그리고 時間 그 自體 너머에 닿을 수 있도록 말이다.

_{軌道는…
연세대 天文宇宙學科 學部 및 大學院을 卒業하고 韓國天文硏究院 宇宙監視센터와 연세대 宇宙飛行制御硏究室에서 勤務했다. ‘軌道’라는 藝名으로 팟캐스트 ‘課長窓’, 유튜브 ‘안될과학’과 ‘투머치사이언스’를 進行 中이며, 著書로는 ‘軌道의 科學 虛勢’가 있다.}