'발사 초읽기' 차세대 우주 망원경, 왜 금으로 만들었을까?

제임스 웹 우주망원경. 사진=미국 항공우주국(NASA)
<제임스 웹 우주망원경. 사진=미국 항공우주국(NASA)>

허블우주망원경의 뒤를 이을 차세대 제임스 웹 우주망원경이 발사 준비 막바지에 들어갔다.

제임스 웹은 빅뱅 직후인 135억년 전 별과 은하의 빛은 물론, 블랙홀, 태양계를 포함한 행성계의 다양한 특성을 연구한 데이터를 수집할 적외선 관측용 우주망원경이다. 가시광선으로 10억 광년 이내의 빛을 추적하는 허블과 종종 비교된다.

특히 제임스 웹은 원통 모양의 허블과 전혀 다른 18개 금빛 거울로도 관심을 받았다.

허블 우주 망원경(왼쪽)과 제임스 웹 우주망원경을 175cm 키를 가진 사람과 비교한 이미지. 사진=제임스 웹 우주망원경 유튜브
<허블 우주 망원경(왼쪽)과 제임스 웹 우주망원경을 175cm 키를 가진 사람과 비교한 이미지. 사진=제임스 웹 우주망원경 유튜브>

15일(현지 시각) 미국 우주 전문 매체 스페이스닷컴은 24일 우주로 발사될 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 형태가 가진 과학 원리에 대해 전했다.

제임스 웹은 주경과 천체 망원경에서 처음 빛을 모으는 가장 큰 거울)과 2차 거울로 구성돼 있다. 주경은 육각형의 거울 18개를 이은 벌집 형태로, 지름 6.5m에 달한다. 허블의 주경이 2.4m인 것에 비하면 2.7배나 크다. 2차 거울 또한 74cm로 허블 주경의 1/3 정도다.

사진=미국 항공우주국(NASA)
<사진=미국 항공우주국(NASA)>

왜 제임스 웹은 허블처럼 원형이 아닌 육각형 모양을 채택했을까? 제임스 웹 담당 매니저인 리 파인버그는 “각 부분이 원형이었다면 사이에 틈이 있었을 것”이라고 설명했다.

빛을 가장 작은 영역으로 집중시키기 때문에 거대한 하나의 원형 거울이 필요하지만 각 부분이 연결되기 위해서는 육각형 모양이 가장 적절하다는 설명이다.

모양 외에도 제임스 웹은 먼 물체에 초점을 맞출 수 있도록 도와주는 기계식 모터 ‘액추에이터(Actuator)’의 도움을 받는다. 육각의 거울 뒷면에는 6개의 액추에이터가 있어 거울의 각 조각을 미세 조정하며 초점을 천체에 맞춘다.

제임스 웹에서 가장 눈에 띄는 부분은 금 도금이다. ‘금빛 거울’이라는 별명처럼 육각형의 거울은 각각 금으로 도금되어 있다.

이에 대해 파인버그는 “금은 아주 높은 반사율을 가지고 있어 개별 광자(Photon)를 모두 잡을 수 있다”고 말했다. 제임스 웹의 거울은 98% 반사율을 가지고 있다. 이는 들어오는 광자 98%를 반사할 수 있다.

거울 부분은 금으로 도금돼 있지만 모든 성분이 금인 것은 아니다. 무거워 보이는 생김새의 제임스 웹은 아주 가볍고 튼튼한 금속 ‘베릴륨’으로 만들어졌다. 각각 거울 조각은 지구에서 20kg밖에 나가지 않는다. 나사에 따르면 베릴륨은 가벼운 한편, 내구성이 매우 뛰어나기 때문에 제임스 웹이 작동해야 하는 극한의 온도에서도 형태를 그대로 유지할 수 있다.

제임스 웹은 1996년 처음 개발에 들어가 20년 넘게 진행된 대규모 프로젝트다. 최초로 2007년 발사를 목표로 했으나 각종 문제가 발생하며 제임스 웹의 발사는 올해까지 미뤄졌다.

일례로 연구원들은 제임스 웹의 온도 문제를 해결하기 위해 힘썼다. 초기 개발, 제작, 테스트는 모두 극저온 센터에서 진행했는데, 열 에너지인 적외선을 관측해야 할 제임스 웹이 역설적이게도 따뜻하면 적외선을 감지할 수 없다는 문제에 직면한 것이다.

이에 연구팀은 섭씨 220도 이하에서만 작동할 수 있는 제임스 웹에 차양막을 탑재하는 한편, 그늘이 있는 깊은 공간에 배치할 예정이다.

한편, 15일(현지시각) 나사는 제임스 웹이 통신 문제로 24일 이전에 발사되지 않을 것이라고 전했다. 나사는 당초 제임스 웹 발사를 18일에서 22일로 일정을 연기한 바 있다.

전자신문인터넷 서희원 기자 (shw@etnews.com)