[지식] NASA 제임스 웹 우주 망원경 설명 및 허블 망원경과 성능 비교
NASA에서 2022년 발사한 제임스 웹 우주 망원경에 대한 및 허블 망원경에 대한 설명 및 각 망원경 간의 성능을 비교하는 시간을 갖겠습니다.
| 허블 우주 망원경 (Hubble Space Telescope) 이란?
제임스 웹 우주 망원경을 설명드리기 전에 우선 '허블 우주 망원경'부터 설명드리겠습니다. 허블 우주 망원경이 더 오랜 시간 동안 현역에 있다 보니 우주 망원경 하면 대부분 '허블 망원경'이 익숙하실 듯합니다. 허블 우주 망원경은 20세기 초, 은하와 우주가 팽창한다는 것을 밝혀낸 미국의 천문학자 '에드윈 허블(Edwin Powell Hubble)'의 이름을 따서 지었습니다.
허블 우주 망원경은 아래 사진과 같이 기다란 원통형으로 생겼으며 원통 좌우에 태양전지를 통해 에너지를 충전받으면서 관측 업무를 하고 있습니다.
허블 우주 망원경은 1990년 4월에 NASA의 우주 왕복선을 이용해서 지구 궤도로 올라갔으며, 지구 상공 559km에서 96분에 한 번씩 궤도를 돌면서 이후 대기나 불빛 등으로 인해 지상에서 관측하기 어려운 우주의 모습을 관측하기 시작합니다. 허블 우주 망원경 덕분에 우주의 나이를 약 10%의 오차 내외로 알 수 있게 되었고, 우주가 빈 것이 아니라 '암흑에너지'로 꽉 차있다는 것도 발견하게 됩니다.
뿐만 아니라 태양계 밖의 다른 은하계의 행성들을 관측하는 역할을 오랫동안 해오고 있습니다. 사실 다른 망원경의 경우 수명이 다하면 버려지는 경우가 많았으나 허블 우주 망원경의 경우 사후 관리를 지속적으로 받은 덕분에 최근까지 아래의 사진을 촬영할 정도로 아직도 현역활동 중입니다.
*허블 우주 망원경이 촬영한 막대 나선 은하(2023년 1월)
2026년에 미국의 차세대 적외선 우주 망원경인 '낸시 그레이스 로먼 우주 망원경(Roman Space Telescope, RST)'가 발사되면 허블 우주 망원경은 36년이라는 긴 세월 동안의 활동을 끝마치게 됩니다. 워낙 역사적인 가치가 높아서 허블 우주 망원경을 회수해서 미국 '스미스소니언 항공우주박물관'에 전시한다는 계획도 있었으나 현재로서는 회수 계획인 불투명한 상황입니다.
| 제임스 웹 (James Webb) 우주 망원경이란?
제임스 웹 우주 망원경은 NASA (미항공우주국)의 2대 국장을 역임했던 '제임스 에드윈 웹'에서 이름을 따왔습니다. 허블 우주 망원경이 1990년부터 가동되면서 NASA에서는 후속 망원경에 대해서 내부적인 논의를 시작하게 됩니다. 허블의 성능도 기대 이상으로 상당히 좋은 편이었으나, 허블 망원경으로 관측할 수 없는 더욱더 먼 우주를 볼 수 있는 망원경을 만들어보자는 취지에서 개발되기 시작했습니다.
제임스 웹 우주 망원경의 주요 임무는 우주의 탄생과 기원의 실마리를 찾을 수 있도록 더욱더 깊은 우주를 관측하고 관련 자료를 수집하는 것입니다. 이런 임무를 수행하기 위해서 가시광선 보다 적외선 관측 능력이 뛰어나도록 설계되었습니다. 참고로 먼 거리에 있는 천체 등에서 나오는 빛은 멀수록 빛의 형태가 왜곡되기도 하고, 우주 먼지 등에 의해 가시광선에 노이즈가 낄 수 있어서 우주 관측에는 적외선이 더욱 유리하다고 합니다.
최초 발사 예정연도는 2018년도였으나, 예산 문제와 기술 문제가 겹쳐서 2019년 겨우 조립이 완성되었고, 코로나19 등의 상황이 겹쳐서 발사일을 연기하다가 2021년 12월 25일에 발사를 하게 됩니다. (장소 : 프랑스령 기아나, 기아나 우주센터) 이후 각종 테스트와 점검을 거친 뒤 2022년부터 본격적으로 관측을 시작하게 됩니다.
발사된 제임스 웹 우주 망원경은 18개의 벌집 모양의 금색 주경이 본체 위에 달려있는 모습을 하고 있습니다. 위에서 소개드린 허블 망원경은 원통형 모양의 약간 단순한 모습인데, 제임스 웹 우주 망원경은 SF 영화에 나올법한 우주비행선 모습과도 비슷해 보입니다.
이후 조정을 마친 뒤 2022년도 7월 12일 아래와 같이 NGC 3123(남쪽고리 성운, Caldwell74)를 촬영한 첫 번째 관측사진을 공개합니다.
*NIRCam : 근적외선 카메라
*MIRI : 중적외선 카메라
| 제임스 웹과 허블 망원경의 성능 차이
위에서 소개 드린 제임스 웹 우주 망원경과 허블 우주 망원경의 성능차이는 얼마나 될까요? 답은 약 100배입니다. 망원경의 성능은 얼마나 더 크고 좋은 주경을 갖는가에 따라 달려있는데요, 허블 망원경은 원통형 지름 크기와 비슷한 2.4m 거울 1개를 갖고 있습니다. 반면 제임스 웹 망원경은 1.3m의 육각형 모양의 주경을 18개를 이어 붙여서 만들었기 때문에 직경이 무려 6.5m에 달합니다. (두 망원경의 주경 지름 차이는 약 2.7배)
지름의 차이가 큰 만큼 둘의 넓이 차이는 약 7.3배나 됩니다. 물리적인 차이가 이렇게 크기 때문에 제임스 웹의 더욱더 먼 거리의 관측이 유리합니다.
이뿐만 아니라 두 망원경이 촬영하는 빛의 영역이 다릅니다. 허블 망원경은 가시광선 + 근적외선 조합으로 촬영을 하지만, 제임스 웹은 주로 적외선으로 우주를 촬영하기 때문에 각종 왜곡이나 Noise에서 더 강한 모습을 보입니다.
아래의 사진은 우리 은하의 위성 은하인 NGC 346을 동일하게 촬영한 사진입니다.(2023년 1월 공개) 허블의 경우 수채화를 떠올리는 환상적인 빛 번짐 현상도 함께 보이지만, 성능이 약 100배가량 좋은 제임스 웹 망원경으로 촬영한 결과는 더욱 정밀한 것이 특징입니다.
성공적인 발사와 촬영이 시작된 제임스 웹 망원경이 우주탄생의 실마리를 찾을 수 있길 기원합니다.
