오는 2025년 발사를 목표로 미 항공우주국(NASA)이 개발하고 있는 차세대 우주망원경이자 허블(Hubble) 망원경의 후계자로 알려져 있는 ‘낸시 그레이스 로먼 망원경’의 주 거울이 완성되어 천문학계의 주목을 끌고 있다.
이 같은 사실은 우주탐사 전문 매체인 Parabolicarc의 보도를 통해 확인됐다. 이 매체는 6일 자 기사를 통해 로먼 망원경이 완성되면 허블 망원경보다 100배나 더 큰 시야로 우주를 관측할 수 있을 것으로 전망했다.
허블 망원경의 후계자로 알려져 있는 로먼 망원경의 상상도 ⓒ NASA
낸시 그레이스 로먼 박사의 업적을 기리기 위해 이름 붙여
로먼 망원경의 원래 이름은 ‘WFIRST(Wide Field Infrared Survey Telescope)’다. 천체 망원경 이름 치고는 상당히 무미건조하다는 평가를 받았던 WFIRST가 우주천문학자였던 ‘낸시 그레이스 로먼(Nancy Grace Roman)’ 박사의 사망을 계기로 그녀의 이름을 부여받은 것이다.
지난 2018년에 작고한 로먼 박사는 NASA의 초창기 멤버로 활약하면서 남성 일색의 항공우주 분야에 뚜렷한 족적을 남긴 여성 과학자로 유명하다. 특히 그녀는 ‘허블 망원경의 어머니’로 불렸는데, 우주에서 천체 관측을 하는 방식에 대해 반대 의견이 많았음에도 불구하고 이를 끝까지 관철시켜 성공적으로 허블 망원경을 구현시켰기 때문이다.
허블 망원경이 우주 공간에서 처음 관측을 시작한 당시, 로먼 박사는 인터뷰를 통해 “천문학의 미래가 허블 망원경에 달려 있다고 믿었다”라고 말해 ‘허블 망원경의 어머니’라는 별명을 얻었다.
NASA는 로먼 박사의 이 같은 업적을 기려 허블 망원경의 후계자로 꼽히는 WFIRST 망원경에 그녀의 이름을 붙이는 영예를 안겨 주었다. 로먼 망원경이 허블 망원경의 후계자로 꼽히는 이유는 기존 천체 망원경들의 장점만을 취합한 관측 방식으로 이루어져 있기 때문이다.
허블 망원경의 어머니라 불리는 낸시 그레이스 로먼 박사 ⓒ nhpr.org
인공위성처럼 우주 공간에 뜬 채로 천체를 관측하는 대표적 망원경으로는 허블과 케플러(Kepler)를 꼽을 수 있다. 두 망원경 모두 지상에 있는 천체 망원경들보다 선명하게 우주를 관측할 수 있다는 장점을 갖고 있지만, 방식에 있어서는 차이가 있다.
허블이 한 영역을 잡고 관측하거나, 주 관측 대상 하나를 포착하고 관측하는 방식이라면, 케플러는 주로 우주를 스캔(scan) 하면서 조사를 하는 방식이다. 허블 망원경처럼 정밀하지는 않지만, 대신에 넓은 면적을 동시에 관측할 수 있는 장점이 있다. 최대 10만 개의 별을 동시에 관측하는 것과 동시에, 그 밝기를 30분 간격으로 측정할 수 있다.
로먼 망원경은 이 같은 허블과 케플러의 장점만을 따서 새로운 관측 방식을 구현했다. 인간의 눈으로는 볼 수 없는 적외선과 강력한 이미지 센서를 이용해서 넓은 범위를 한 번에 관측할 수 있게 된 것이다. 따라서 더 넓은 범위의 우주를 보다 상세하게 관측할 수 있는 길이 열리게 되었다.
허블보다 100배 더 큰 시야로 관측
NASA가 공개한 로먼 망원경의 규격을 살펴보면 주거울의 지름이 2.4m인 것으로 나타났다. 허블 우주 망원경의 주 거울과 지름은 같지만 기술적 진보를 통해 무게는 186kg으로서 25%에 불과하게 제작됐다.
또한 300메가 픽셀(megapixel)에 달하는 이미지 센서를 이용해서 매우 빠른 속도로 적외선 이미지를 확보할 수 있다. 따라서 허블 망원경보다 100배나 더 큰 시야로 관측할 수 있지만, 해상도는 허블 망원경과 동일하다는 것이 NASA 측의 설명이다.
적외선을 사용하는 관측은 가스나 먼지, 그리고 외계 행성처럼 어두운 천체를 관측할 때 유리하다. 로먼 망원경의 적외선 센서는 주로 0.7~2㎛ 파장을 관측하게 될 예정이다.
로먼 망원경의 주요 관측 목표를 묻는 질문에 대해 제작 책임자인 ‘스콧 스미스(Scott Smith)’ 박사는 “주된 관측 목표는 암흑 에너지와 암흑 물질 같은 우주의 주된 물질과 에너지의 분포 등”이라고 밝히면서 “다른 별 주변의 행성계를 관측하면 우주가 어떻게 현재 상태로 진화했는지 파악할 수 있다”라고 덧붙였다.
물론 적외선만 사용해서는 이 같은 미지의 물질이나 행성을 관측하기는 어렵다. 보조 장비가 뒤따라야 관측할 수 있는데 대표적으로는 광각(wide-field) 장비와 코로나그래프(coronagraph) 기기를 들 수 있다.
완성된 로먼 망원경의 주거울 ⓒ oaoa.com
일종의 필터처럼 작용하는 코로나그래프는 항성의 빛을 가리고 그 주변에 있는 희미한 빛의 행성을 발견하기 위해 고안됐다. 따라서 코로나그래프를 이용하면 모항성(host star)의 빛을 가림으로써 행성의 대기 구성 성분을 정교하게 측정할 수 있다.
다시 말해 모항성의 빛을 가리면 해왕성 크기 행성이 지구보다 약간 먼 궤도를 도는 경우에도 직접 촬영이 가능해진다. 이런 관측이 가능해지면 수많은 외계 행성의 이미지를 직접 관측을 통해 얻을 수 있는 것이다.
주목할 점은 주 거울의 코팅 부분이다. 코팅은 400나노미터(nm) 미만의 은으로 이루어져 있는데, 이는 사람의 머리카락보다 200배나 얇은 두께다. 코팅은 적외선 반사율의 핵심이기 때문에 특별히 은으로 코팅이 이루어졌다. 이와는 대조적으로, 허블의 거울은 가시광 선과 자외선 반사율을 최적화하기 위해 알루미늄과 불화 마그네슘 층으로 코팅되어 있다.
이에 대해 스미스 박사는 “로먼 망원경 관측에 있어 가장 중요한 주 거울이 완성되었지만, 우리의 작업은 끝나지 않았고 계속 긴장하고 있다”라고 강조하며 “우리 제작진이 쉬는 날은 로먼 망원경이 우주 공간에서 경이로운 우주를 관측하여 지구로 보냈을 때 이를 목격하는 순간일 것”이라고 기대했다.
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September 07, 2020 at 03:22PM
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허블 망원경의 후계자, 주 거울 완성됐다 – Sciencetimes - Science Times
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