‘세기말 최첨단’ 허블우주망원경… 우주 향한 상상을 팩트로 바꾼 30년

허블우주망원경 발사 30주년… 목성 유로파 바다 흔적⋅혜성 소멸 과정 포착

1990년 4월 24일 우주왕복선 디스커버리호에 실려 발사 중인 허블우주망원경. / Hubblesite 홉페이지 캡처

올해는 최초의 우주망원경인 ‘허블우주망원경( HST )’의 발사 30주년이다. HST 는 지구 대기권에 시야가 가려진 사람의 눈을 대신해왔다. 지구 대기권은 자외선 ·X 선 등 다양한 주파수 범위의 빛을 상당 부분 차단하기 때문에 지상에서는 가시광선을 포함한 일부 좁은 범위의 빛만을 감지할 수 있다.

인공위성이 발사되기도 전인 1946년 미국 천체물리학자 라이먼 스피처는 지구 대기권 밖에 망원경을 설치해 우주를 선명히 관찰하자고 제안했다. 미국 항공우주국( NASA )에 따르면 1990년 4월 24일 2.4m 반사경을 탑재한 HST 가 우주왕복선 ‘디스커버리호’를 타고 560 km 상공으로 올라갔다. HST 는 지난 30년간 5번의 정비·보수를 거치며 사람들이 상상과 추측으로만 그려왔던 우주의 실제 모습을 보여줬다.

◇아인슈타인도 몰랐던 우리은하 너머와 우주의 시작… 2.4m 크기 눈으로 확인

‘허블 딥필드(심우주)’는 HST 가 촬영한 가장 유명한 우주 사진이다. 이 사진은 사람들이 인식할 수 있는 우주의 크기를 크게 넓혔다. 물리학자 알베르트 아인슈타인이 우주를 설명하는 상대성 이론을 발표해 노벨 물리학상을 받은 20세기 초까지만 해도 사람들의 인식 속 우주의 범위는 지름 10억광년의 우리은하에 불과했다.

HST 는 우주에 우리은하 같은 외부 은하들이 수천개가 분포돼있는 허블 딥필드 사진을 촬영했다. 이 작업은 HST 발사 후 5년이 지나서야 이뤄졌다. 당시 전세계 수많은 연구팀이 줄을 지어 HST 의 사용시간을 분(分) 단위로 쪼개어 사용하고 있던 터라 추측에 근거한 실험을 위해 한 팀이 장시간 사용하는 건 쉽지 않은 일이었기 때문이다. 가장 가까운 외부 은하인 안드로메다은하까지의 거리만 해도 250만광년이기 때문에 이를 관측하려면 망원경으로 빛을 오랫동안 모으는 작업이 필요하다.

1995년 12월 열흘에 걸쳐 이 작업이 실현됐다. 찍힌 사진 속에는 우리은하와 같은 외부 은하들 수천개가 찍혀있었다. 이후 이보다 더 많은 은하, 더 오래된 은하 모습을 담은 울트라딥필드(2003년), 익스트림딥필드(2012년) 관측에도 성공했다.

1995년 허블우주망원경이 관측한 ‘허블 딥필드 ’. / NASA

과학자들은 HST 를 통해 우주의 구체적인 나이도 구했다. 이 망원경 이름의 주인인 천체물리학자 에드윈 허블의 업적과 관련이 깊다. 1929년 허블은 우주 공간이 팽창할 경우 별빛의 색이 왜곡되는 도플로 효과를 관찰하는 데 성공했다. 이것은 빅뱅 이론의 첫 번째 실험적 증거가 됐다.

HST 는 허블의 업적을 이어받아 1998년 초신성 관측을 통해 우주 공간이 팽창하는 속도까지 알아냈다. 이를 통해 우주가 원래 한 점이었던 시점, 즉 우주의 탄생 시점이 138억년 전임을 밝혀냈다. HST 이전에는 우주 공간이 팽창하는 속도를 제대로 관측할 수 없어 우주의 나이를 100~200억년 정도로 불확실하게 추정해왔던 것과 비교하면 훨씬 정교해진 계산이라고 할 수 있다.

◇2700배 높이 뜨고, 지구 크기 가상렌즈 장착 후임들 등장에도 현역 역할

HST 는 2009년을 마지막으로 정비 보수 작업이 중단됐다. 차세대 망원경에게 자리를 넘겨줄 준비를 하고 있는 것이다. NASA 는 내년에 HST 보다 성능이 뛰어난 제임스웹우주망원경( JWST )을 발사할 계획이다. JWST 는 지름이 6.5m로 HST 의 2.7배 크기의 눈을 탑재한다. 또 지구 저궤도를 벗어나 150만 km 떨어진 ‘라그랑주 포인트’에서 우주를 들여다볼 예정이다. HST 보다 2700배 높이 뜨는 셈이다. 라그랑주 포인트는 지구와 태양의 중력이 상쇄되는 공간상 위치로, 여기서 JWST 는 HST 보다 더 안정된 상태로 관측 임무를 수행한다.

중국 역시 2025년 X선 관측 우주망원경( eXTP )을 발사할 예정이며, 지상에서도 역대 최대 크기인 500m의 구경을 가진 전파 망원경 톈옌(天眼)을 준비하고 있다. 작년에는 아예 망원경의 물리적 한계를 극복해 전세계 8개의 전파 망원경을 연결한 가상의 망원경 ‘사건지평선망원경( EHT )’이 블랙홀의 그림자를 관측하기도 했다.

중국이 개발 중인 지상 최대 크기 구경의 전파 망원경 톈옌(天眼)의 반사경. /신화=연합뉴스

그럼에도 HST 는 최근까지 현역으로 활동하고 있다. NASA 는 2013년과 2016년 두 차례에 걸쳐 HST 를 통해 목성의 위성 유로파에서 물의 흔적을 찾았다고 발표했다. 이전부터 유로파는 지하에 거대한 바다를 숨기고 있고 생명체가 살고 있을 가능성이 제기돼온 천체이다. HST 의 관측으로 유로파의 바다 존재 가능성이 제기된 것이다.

지난달에는 혜성이 부서지는 모습을 포착하기도 했다. 물과 먼지로 이뤄진 혜성은 순식간에 부서져 사라지는 까닭에 그 순간을 포착하는 일이 어려웠다. UCLA 연구진은 지난달 23일 HST 을 통해 아틀라스 혜성이 수십개로 쪼개지는 모습을 포착했다. 연구진은 "허블이 죽어가는 혜성을 관측했다는 것은 매우 특별한 것"이라고 밝혔다.

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