'빅뱅 이후 우주 지도' 그릴 스피어x 망원경 시험 장비 개발

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과학기술정보통신부 산하 천문연구원
스피어x 망원경 시험용 '극저온 진공챔버' 설계
경남 함안 중소기업 SAT가 제작
스피어x, 제임스웹 망원경(JWST)과 함께
외계인 거주 행성 찾는다

스피어x 망원경 우주공간 운영 예상도.
최근 임무를 시작한 '인류 역사상 최고 성능 망원경' 제임스웹 우주망원경(JWST)과 짝을 이뤄 우주의 비밀을 파헤칠 '스피어x 망원경' 시험 장비를 국내 연구진이 개발했다.

과학기술정보통신부는 미국 항공우주청(NASA)이 2025년 발사 예정인 세계 최초 전천(온 하늘) 탐사망원경 '스피어x' 성능 검증 장비인 '극저온 챔버'를 천문연이 개발해 지난 6월 미국으로 보냈다고 16일 발표했다.

스피어x는 지구 상공 700km 태양동기 궤도에서 우주 관측 임무를 수행하는 망원경이다. 태양동기 궤도는 위성 궤도면 방향·주기가 지구 공전 방향·주기와 같은 궤도로, 이 궤도에선 태양과 이루는 각이 일정해 특정 지역을 늘 같은 시간에 볼 수 있다. 한반도 관측·정찰 위성인 다목적실용위성(아리랑) 시리즈가 이 궤도에서 임무를 수행한다.

NASA 제트추진연구소(JPL), 캘리포니아공대(Caltech), 애리조나주립대, 존스홉킨스대, 아르곤국립연구소, 하버드-스미소니언 천체물리연구센터 등 12개 기관이 스피어x를 개발중이다. 스피어x는 2025년 4월 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실어 발사할 예정이다. 발사 후 2년 6개월동안 온 하늘을 102개 색깔로 촬영하는 임무를 맡았다.

온 하늘에 대한 적외선 분광 탐사는 이번이 세계 첫 시도다. 천문연 관계자는 "스피어x가 임무를 마치면 0.75~5 마이크로미터(㎛) 파장 범위(근적외선)에서 약 20억 개 천체 각각에 대한 분광 관측 자료를 영상으로 획득할 수 있게 된다"고 설명했다.

분광 관측은 파장에 따라 내는 빛의 밝기를 측정하는 것이다. 138억년 전 '빅뱅' 후 계속 팽창해 온 우주 구조를 들여다보기 위해선, 팽창에 따라 개별 천체들이 지구로부터 얼마나 빨리 멀어져 가고 있는지(적색이동)를 알아야 한다. 적색이동 관측을 위해선 개별 천체들의 분광 정보가 필수적이다.

스피어x가 우주로 향하면 우주의 3차원 공간 정보를 토대로 '적외선 우주배경복사'의 수수께끼를 푸는 실마리가 발견될 것으로 보인다. 나아가 생명체가 존재하는 외계 행성 탐사에도 기여할 것으로 예상된다.

천문연 관계자는 "스피어X 망원경이 넓은 숲을 본다면, 제임스웹 망원경(JWST)은 숲의 나무 하나 하나를 굉장히 세밀하게 볼 수 있는 망원경"이라며 "스피어X가 특이한 천체를 발견하면 JWST가 이를 자세히 분석하는 순서로 연구가 진행될 예정"이라고 설명했다. NASA, ESA(유럽우주청) 등이 30년간 10조원 이상을 들여 개발한 JWST는 지난해 말 아리안5 로켓에 실려 발사됐다. '인류 역사상 최고 성능의 적외선 탐지 망원경'인 JWST는 현재 지구에서 150만km 떨어진 '라그랑주 포인트'에서 맹활약 중이다.

천문연이 개발한 극저온 진공 챔버는 우주 환경을 그대로 구현해 스피어x 의 광학 장비 성능을 사전에 검증하는 장비다. 스피어x를 통째로 챔버에 집어넣고 80K(섭씨 -193.15도)까지 냉각하며 진공 상태를 만든다. 스피어x가 촬영하는 사진 초점이 제대로 됐는지, 사진 각 부분에서 어떤 색깔이 보이는지 측정하는 역할 등을 한다. 캘리포니아공대와 천문연이 설계하고 경남 함안 소재 중소기업 SAT가 제작했다.

스피어x 검증용 진공 챔버 개발에 참여한 국내외 연구진들. 과기부 제공
다만 천문연은 스피어X 망원경 본체 및 탑재체 제작엔 참여하지 않는다. 천문연 관계자는 "본체 등 개발은 비밀이라 NASA에서 (제작 참여를) 허용하지 않았다"고 이날 세종 과기정통부 청사에서 열린 브리핑에서 밝혔다.

스피어X 프로젝트는 2015년부터 한화로 약 2800억원이 투입됐다. 2016년 여기에 합류한 천문연은 미국 외 기관으로 유일하게 참여하고 있다. 한국이 들인 예산은 이 가운데 150억원 가량이다.

이해성 기자