제임스 웹 우주망원경
James Webb Space Telescope
요약
허블 우주망원경(HST)의 뒤를 이어 우주 공간에서 먼 우주를 관측하는 적외선 관측 장치. 태양과 지구의 인력과 제임스 웹 우주망원경의 원심력이 균형을 이루는 라그랑주 지점에서 운영되며, 초기 우주 천체에서 복사된 적외선을 관측하는 것이 주된 임무이다. 1996년 '차세대 우주망원경'이라는 이름으로 개발이 시작되어 2002년 지금의 이름으로 명명되었고, 2021년 12월 25일 발사되었다. 2022년 1~2월 목표했던 라그랑주 지점에 도착, 시험촬영을 시작했으며 2022년 7월 11~12일 첫 풀 컬러 은하 성단 사진을 공개했다.
정의
지구에서 가장 먼 궤도에서 운영되는 심우주 망원경. 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 협력하여 허블우주망원경의 뒤를 이어 개발한 위성 천문관측 장치이다. 1996년 '차세대 우주망원경'이라는 명칭으로 개발이 시작되어, 2002년 NASA의 두번째 국장이었던 제임스 E 웹(James E. Webb)의 이름을 따서 지금의 명칭으로 변경되었다. 먼 우주에서 우주 형성 초기에 발생했던 현상을 관찰하는 것이 주임무로, 극저온 상태에서 적외선으로 관측한다.
제임스 웹 우주망원경 가상 이미지
제임스 웹 우주망원경 가상 이미지
ⓒ 미국항공우주국 | CC BY-NC-ND
역사
먼 우주를 관측하는 우주망원경에 대한 개념은 1989년 처음 제시되었다. 1990년 지구 궤도에서 가시광선으로 우주를 관측하는 허블 우주망원경이 발사된 후, 1996년 NASA가 주도하여 '차세대 우주망원경(Next Generation Space Telescope)'이라는 명칭으로 시작, 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 참여했다. 2007년 발사 목표로 추진되었으나 예산 등 여러 사정으로 개발이 지연되었으며, 초기 예산 10억 달러의 11배인 110억 달러가 투입되어 개발이 완료되었고, 2021년 12월 25일(한국 시간) 발사에 성공했다.
제임스 웹 우주망원경의 초기 모형
제임스 웹 우주망원경의 초기 모형
ⓒ NASA/wikipedia | Public Domain
구조
제임스 웹 우주망원경의 총 중량은 6.2t으로, 먼 우주에서 날아오는 미세한 적외선을 관찰하기 위한 적외선 관측장비를 태양과 지구에서 복사되는 열에서 최대한 보호할 수 있도록 설계되었다. 태양과 지구를 향한 쪽에는 태양전지판과 제어시스템이 있으며, 제어시스템과 관측기기 사이에는 길이 21.2m, 너비 14.2m의 5겹으로 된 차광막이 펼쳐진다. 이 차광막은 태양 광선과 지구에서 복사되는 적외선을 차단하여 관측기기의 온도를 절대온도에 가깝도록 유지하도록 한다.
관측기기는 주반사경으로 모인 빛을 반사하는 보조반사경과 관측장비 4개로 구성된다. 태양과 지구의 반대쪽에서 먼 우주를 향하게 되는 주반사경은 1.3m 크기의 육각형 반사경 18개로 이루어져 있으며, 가벼운 금속인 베릴륨 소재에 금을 코팅하여 제작했다. 주반사경이 다 펼쳐지면 지름이 6.5m로, 2.4m인 허블 우주망원경의 2.7배에 이르며, 시야각은 15배이고, 빛은 6.25배 더 많이 받아들이게 된다.
제임스 웹 우주망원경은 영하 233도에서 운영할 수 있도록 개발되었으며, 설계 수명은 5년, 예상 기대 수명은 10년이다. 지구 궤도에 있어 수시로 장비를 교체하고 수리가 가능했던 허블 우주망원경과는 달리, 지구에서 아주 먼 거리에서 운영되기 때문에 고장이 날 경우 수리가 불가능하다는 단점이 있다.
임무
제임스 웹 우주망원경은 지구로부터 150만km 가량 떨어져 있는 2번째 라그랑주 지점 주위의 리사주 궤도에서 태양궤도를 선회하며 심우주를 관측한다. 라그랑주 지점은 태양과 지구의 인력과 우주망원경의 원심력이 균형을 이루는 지점을 의미한다. 제임스 웹 우주망원경은 주로 첫 번째 은하계와 원시성이 파장을 방출하는 근원의 관찰을 목표로, 초기에 복사된 적외선을 관측하기 위해 설계되었다.
특징
지구 상공 560km 궤도를 돌면서 가시광선을 관측하는 허블 우주망원경과는 달리 제임스 웹 우주망원경은 지구에서 150만km 떨어진 라그랑주2 지점에서 운영되는데, 이는 먼 우주의 적외선을 보다 선명하게 관측하기 위해서이다. 적외선을 관측하는 이유는 초기의 우주 천체에서 복사된 빛이 적색편이 현상을 보이기 때문이다. '적색편이'란, 별에서 나오는 빛이 우주가 팽창하면서 파장이 늘어나 자외선이나 가시광선에서 적외선으로 바뀌는 것을 말한다.
제임스 웹 우주망원경은 적외선 관측을 통해, 더 먼 우주로 팽창해가는 초기 천체의 빛을 감지할 수 있기 때문에 우주 초기의 탄생 과정과 함께 우주 먼지에 가려 보이지 않던 성운 안쪽의 빛도 관측할 수 있다. 적외선 분광기는 우주를 구성하는 입자의 온도, 밀도, 거리, 성분뿐 아니라 운동 방향 등 다양한 물리·화학적 특성을 분석할 수 있기 때문에 제임스 웹 우주망원경을 통해 우주 초기의 천체 관측뿐 아니라 외계 생명체의 존재 가능성에 대한 단서도 관측이 가능할 것으로 기대되고 있다.
현황
제임스 웹 우주망원경
제임스 웹 우주망원경 2021년 12월 25일 아리안5호 로켓에 탑재되어 발사된 후, 페어링이 분리되어 제임스 웹 우주망원경이 노출된 상태에서 비행하는 가상 장면과 관제실 중계 캡처 화면.
ⓒ 미국항공우주국 | CC BY-NC-ND
제임스 웹 우주망원경
제임스 웹 우주망원경 2021년 12월 25일 발사된 제임스 웹 우주망원경의 마지막 추진 로켓이 분리되고 태양전지판을 펼치기 직전의 중계 화면 캡처.
ⓒ 미국항공우주국 | CC BY-NC-ND
제임스 웹 우주망원경
제임스 웹 우주망원경 2021년 12월 25일 발사된 제임스 웹 우주망원경이 마지막 추진 로켓에서 분리된 후 태양전지판을 성공적으로 펼치는 장면. 태양전지판이 예정대로 펼쳐지는 것이 확인되면서 관제실에서는 발사에 성공한 것으로 간주했다.
ⓒ 미국항공우주국 | CC BY-NC-ND
제임스 웹 우주망원경은 한국시간 2021년 12월 25일 오후 9시 20분 남아메리카 북쪽 프랑스령 기아나 우주센터에서 아리안5호 로켓에 실려 발사되었다. 제임스 웹 우주망원경을 펼쳤을 경우 그 부피를 탑재할 만큼 넓은 로켓이 존재하지 않기 때문에 일광 차단막과 반사경이 접힌 채로 발사되었으며, 목표인 라그랑주 지점에 도착하는 동안 태양전지판, 차광막, 주반사경을 50여 단계에 걸쳐 펼치는 작업이 진행되었다.
2021년 12월 31일 제임스 웹 우주망원경의 차광막이 정상적으로 펼쳐졌다. 차광막은 분리장치 140개, 경첩조립장치 70개, 도르래 400개, 케이블 90개, 전개 모터 8개로 이루어져 있으며, 28일부터 차광막을 고정하는 2개의 팔레트를 내리는 작업이 시작되었고, 차광막 덮개를 벗겨 내고 걸침대를 펼쳐 차광막을 전개하는 순서로 진행되어 31일 작업이 완료되었다. 2022년 1월 4일에는 차광막을 5겹으로 분리하고 팽팽하게 고정하는 작업이 완료되었다.
2022년 1월 6일에는 주반사경에 의해 반사된 적외선을 관측장비로 반사하는 직경 0.74m의 보조반사경을 펼치는 데 성공했고, 8일에는 직경 6.5m의 주반사경을 완전히 전개하는 데 성공했다. 이에 따라 제임스 웹 우주망원경은 구조적으로 전개를 완료했으며, 관측장비의 점검과 미세조정을 실시하고, 장비 운용 최적 온도인 영하 233도로 냉각하는 작업을 진행하면서 지구에서 150만 km 거리의 목적지점인 라그랑주 2 지점을 향해 본격적인 항해를 시작하여, 약 1개월 후 해당 지점에 도착했다.
2022년 2월 10일부터 시험 촬영을 시작하면서 주반사경의 초점 정렬을 진행했다. 이 때부터 단계별로 시행된 시험 촬영을 통해 기능 점검을 한 후 7월 11일 SMACS 0723 은하 성단의 고해상도 딥 필드 풀 컬러 사진을 공개했고, 12일 용골자리성운, 남쪽고리성운, 스테판 5중주, WASP-96 b 은하 성단의 사진을 공개했다.
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태양계는 항성인 태양과 8개의 행성과 약 160개의 위성, 수많은 소행성, 혜성, 유성과 운석, 옅은 구름을 이루고 있는 행성간 물질 등으로 구성된다. 태양은 태양계 질량의 99% 이상을 차지하고 있다. 행성은 지구형 행성인 수성, 금성, 지구, 화성과 목성형 행성인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 구분한다. 과거에는 태양계에 총 9개의 행성이 있었으나 2006년 태양계 맨 바깥쪽에 있던 명왕성이 왜소 행성(dwarf planet)으로 분류되면서 행성 수가 8개가 되었다. 위성은 행성 주위를 공전하는 천체다. 태양계 행성 중에서 수성과 금성은 위성이 없다. 소행성은 약 3,000개가 있으며, 혜성은 매우 크지만 가벼운 천체로 길게 늘어진 궤도를 따라 공전한다. 오랜 시간에 걸쳐 큰 망원경으로 관측하면 더욱 많은 소행성과 위성을 발견할 수 있을 것이다. 새로운 혜성은 평균 1년에 6개 정도가 발견되고 있다. 그러나 16등급보다 어두운 미지의 행성이 먼 곳에 존재할지도 모른다. 유성은
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