새로운 우주의 눈, 제임스 웹(James Webb) (1) "허블의 후계자 임무는?"
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2021-12-11 18:20:55
5'00" 읽기
- 12월 22일 우주 망원경 발사, 인류가 우주로 가져온 가장 크고, 복잡하고, 비싼 장비
- 발사 29일 후, 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 곳에 도착
- 허블은 트럭 크기, JWST는 보잉 737 크기, 길이 22미터, 너비 12미터
- 핵심은 지름이 6.5m로 허블의 2.40m 거울, 거의 절대 영도에서 작동
- 빅뱅 이후 불과 3억 년 후의 은하가 보일 것
12월 22일 우주 망원경이 우주로 발사되면 우주에서 완료한 것 중 가장 복잡한 작업에 직면하게 된다. 테니스 코트 크기의 햇빛 가리개와 거울은 일종의 역 종이접기 방식으로 컴팩트한 운송 구성에서 펼쳐져야 하기 때문이다. 300개 이상의 단계와 메커니즘이 시계처럼 정확하게 실행되어야 한다.
그것이 성공하고 제임스 웹 망원경이 발사 29일 후, 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 곳에 도착하면 우주에 대한 천문학적 독특한 통찰력을 제공할 수 있다. 새로운 '우주의 눈'은 최초의 별 시대를 되돌아볼 수 있고, 주변 외행성의 대기를 분석하고 생명체의 흔적을 찾을 수도 있다.
허블의 후계자 그 이상
James Webb 망원경의 특별한 점은 무엇일까?
먼 우주에 대한 깊은 관찰과 우주 현상의 장엄한 이미지에 관해서는 허블 우주 망원경이 지금까지 모든 것의 척도였다. 30년 이상 동안 그의 기록은 천문학 및 천체 물리학 연구에 중요한 데이터를 제공했다. 그러나 점차적으로 이 "우주의 눈"은 몇 년이 지나면서 나타나며 실패가 쌓였다.
이제 허블은 "보강"되고 있다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 노화된 허블 망원경의 작업 중 적어도 일부를 인수해야 한다.
더 크게, 더 선명하게, 더 멀리
우주의 '신인'은 여러 면에서 그의 선배보다 더 크고 현대적이다.
Hubble이 대략 트럭 크기인 반면 JWST는 Type 737 비행기 크기다. 길이 22미터, 너비 12미터의 큰 물체다. 그러나 이 망원경을 그토록 가치 있게 만드는 것은 훨씬 더 중요한 메인 거울이다. 지름이 6.5m로 허블의 2.40m 거울 크기의 거의 3배다. 지금까지 이렇게 큰 거울은 우주로 옮겨진 적이 없었다.
이것은 Webb 망원경에 광출력과 해상도의 배수를 제공한다.
허블 망원경은 "레거시 필드(Legacy Field)"에서 알 수 있듯이 약 133억 광년 떨어진 밝은 물체를 볼 수 있다. 반면에 JWST는 훨씬 더 멀고 오래된 공간 영역으로 침투하는 것이다. 그것으로 빅뱅 이후 불과 3억 년 후의 은하가 보일 것이다.
만능이 아닌 전문가
그러나 웹 망원경은 복사 스펙트럼의 다른 부분을 "보는" 것이기 때문에 허블과 우주에 대한 다른 관점을 가지고 있다. 허블 망원경의 파장 스펙트럼은 UV 범위에서 근적외선에 이르기까지 다양하다. 말하자면 만능이다.
반면에 Webb는 적외선 분야의 전문가에 가깝다.
스펙트럼 범위는 0.6㎛(가시광선의 적색 범위)에서 28.5㎛, 즉 중적외선 범위다.
이것은 Webb를 Herschel 또는 Spitzer와 같은 적외선 우주 망원경의 후속 제품으로 만든다.
그들의 녹음은 우주가 최소한 가시광선만큼 적외선에서도 장관을 이루는 광경을 제공해야 한다는 것을 이미 보여주었다. “허블과 스피처 우주 망원경은 혁신적이었고 우리에게 적외선 우주의 문을 열어주었다. Webb는 이제 이러한 임무의 자연스러운 추가 개발이다. 적외선에 대한 Spitzer의 관점과 Hubble의 해상도 및 감도를 결합한다”고 University of California at Berkeley의 Daniel Weisz가 설명했다.
사실 Webb는 0.03 arcseconds(아크초)의 분해능으로 같은 파장에서 0.05 arcseconds의 분해능을 가진 Hubble보다 훨씬 더 예리하게 본다. 적외선 광학은 매우 민감해 지구에서 달에 있는 땅벌 한 마리의 온기를 여전히 볼 수 있다.
추위를 찾아서
또한 Webb 망원경의 고감도 적외선 광학은 새로운 과제를 제시한다.
가장 멀리 있는 천체로부터 약한 열복사를 포착할 수 있으려면 거울과 JWST의 나머지 광학 장치가 거의 절대 영도까지 냉각되어야 하기 때문이다. 이것은 망원경 재료의 열복사가 배경 소음의 미세한 신호를 익사시키는 것을 방지하는 유일한 방법이다.
지구 궤도 대신 라그랑지안 포인트
이것은 또한 이 우주 망원경이 허블과 달리 지구 궤도를 돌 수 없다는 것을 의미한다.
따라서 James Webb Telescope는 Lagrangian Point 2의 관측소로 이동할 것이다.
이것은 지구에서 태양과 반대 방향으로 약 150만 킬로미터 떨어져 있다. 그곳에서 태양과 지구의 인력 사이의 균형은 우주 탐사선이 많은 에너지 없이 안정적으로 궤도를 돌 수 있도록 한다. 동시에 햇빛은 항상 그곳에서 같은 방향으로 오기 때문에 하나의 보호막으로 열복사를 차단하기에 충분하다. JWST를 사용하면 이 열 보호 장치는 테니스 코트만큼 크며 웨이퍼처럼 얇은 5개의 절연 멤브레인으로 구성된다.
따라서 Webb 망원경이 라그랑주 점 2에 처음 또는 유일한 것이 아니라는 것은 우연이 아니다. 그곳에서 우주 배경 복사를 매핑한 더 활동하지 않는 마이크로파 위성 WMAP과 플랑크가 돌고 있다. eROSITA X선 망원경과 유럽 가이아 우주 망원경은 여전히 그곳에서 활동하고 있다. (계속)
- 12월 22일 우주 망원경 발사, 인류가 우주로 가져온 가장 크고, 복잡하고, 비싼 장비
- 발사 29일 후, 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 곳에 도착
- 허블은 트럭 크기, JWST는 보잉 737 크기, 길이 22미터, 너비 12미터
- 핵심은 지름이 6.5m로 허블의 2.40m 거울, 거의 절대 영도에서 작동
- 빅뱅 이후 불과 3억 년 후의 은하가 보일 것
우주에서 "슈퍼 아이(super eye) "
제임스 웹 우주 망원경과 그 임무
이것은 인류가 우주로 가져온 가장 크고 가장 복잡하고 가장 비싼 장비다.
James Webb 우주 망원경은 최상급의 임무를 맡았다. 25㎡(제곱미터)의 거울과 고감도 적외선 광학 장치를 갖춘 이 망원경은 이전에 있던 누구보다 더 멀리 그리고 더 선명하게 볼 수 있다. 그러나 그 일이 일어나기 전에 망원경과 지상 팀은 29일의 불안을 앞두고 있다.
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| ▲ 직경 6.5미터의 James Webb 망원경의 18-조각 거울은 우주로 가져온 것 중 가장 큰 것이다. © NASA / GSFC |
12월 22일 우주 망원경이 우주로 발사되면 우주에서 완료한 것 중 가장 복잡한 작업에 직면하게 된다. 테니스 코트 크기의 햇빛 가리개와 거울은 일종의 역 종이접기 방식으로 컴팩트한 운송 구성에서 펼쳐져야 하기 때문이다. 300개 이상의 단계와 메커니즘이 시계처럼 정확하게 실행되어야 한다.
그것이 성공하고 제임스 웹 망원경이 발사 29일 후, 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 곳에 도착하면 우주에 대한 천문학적 독특한 통찰력을 제공할 수 있다. 새로운 '우주의 눈'은 최초의 별 시대를 되돌아볼 수 있고, 주변 외행성의 대기를 분석하고 생명체의 흔적을 찾을 수도 있다.
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| ▲ 제임스웹 우주망원경의 밑면 http://www.jwst.nasa.gov/images_artist13533.html (direct link) |
허블의 후계자 그 이상
James Webb 망원경의 특별한 점은 무엇일까?
먼 우주에 대한 깊은 관찰과 우주 현상의 장엄한 이미지에 관해서는 허블 우주 망원경이 지금까지 모든 것의 척도였다. 30년 이상 동안 그의 기록은 천문학 및 천체 물리학 연구에 중요한 데이터를 제공했다. 그러나 점차적으로 이 "우주의 눈"은 몇 년이 지나면서 나타나며 실패가 쌓였다.
이제 허블은 "보강"되고 있다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 노화된 허블 망원경의 작업 중 적어도 일부를 인수해야 한다.
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| ▲ Spitzer, Hubble 그리고 James Webb 망원경의 크기와 거울 비교. © NASA |
더 크게, 더 선명하게, 더 멀리
우주의 '신인'은 여러 면에서 그의 선배보다 더 크고 현대적이다.
Hubble이 대략 트럭 크기인 반면 JWST는 Type 737 비행기 크기다. 길이 22미터, 너비 12미터의 큰 물체다. 그러나 이 망원경을 그토록 가치 있게 만드는 것은 훨씬 더 중요한 메인 거울이다. 지름이 6.5m로 허블의 2.40m 거울 크기의 거의 3배다. 지금까지 이렇게 큰 거울은 우주로 옮겨진 적이 없었다.
이것은 Webb 망원경에 광출력과 해상도의 배수를 제공한다.
허블 망원경은 "레거시 필드(Legacy Field)"에서 알 수 있듯이 약 133억 광년 떨어진 밝은 물체를 볼 수 있다. 반면에 JWST는 훨씬 더 멀고 오래된 공간 영역으로 침투하는 것이다. 그것으로 빅뱅 이후 불과 3억 년 후의 은하가 보일 것이다.
만능이 아닌 전문가
그러나 웹 망원경은 복사 스펙트럼의 다른 부분을 "보는" 것이기 때문에 허블과 우주에 대한 다른 관점을 가지고 있다. 허블 망원경의 파장 스펙트럼은 UV 범위에서 근적외선에 이르기까지 다양하다. 말하자면 만능이다.
반면에 Webb는 적외선 분야의 전문가에 가깝다.
스펙트럼 범위는 0.6㎛(가시광선의 적색 범위)에서 28.5㎛, 즉 중적외선 범위다.
이것은 Webb를 Herschel 또는 Spitzer와 같은 적외선 우주 망원경의 후속 제품으로 만든다.
그들의 녹음은 우주가 최소한 가시광선만큼 적외선에서도 장관을 이루는 광경을 제공해야 한다는 것을 이미 보여주었다. “허블과 스피처 우주 망원경은 혁신적이었고 우리에게 적외선 우주의 문을 열어주었다. Webb는 이제 이러한 임무의 자연스러운 추가 개발이다. 적외선에 대한 Spitzer의 관점과 Hubble의 해상도 및 감도를 결합한다”고 University of California at Berkeley의 Daniel Weisz가 설명했다.
사실 Webb는 0.03 arcseconds(아크초)의 분해능으로 같은 파장에서 0.05 arcseconds의 분해능을 가진 Hubble보다 훨씬 더 예리하게 본다. 적외선 광학은 매우 민감해 지구에서 달에 있는 땅벌 한 마리의 온기를 여전히 볼 수 있다.
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| ▲ 허블과 제임스 웹의 관측 스펙트럼 비교. © NASA |
추위를 찾아서
또한 Webb 망원경의 고감도 적외선 광학은 새로운 과제를 제시한다.
가장 멀리 있는 천체로부터 약한 열복사를 포착할 수 있으려면 거울과 JWST의 나머지 광학 장치가 거의 절대 영도까지 냉각되어야 하기 때문이다. 이것은 망원경 재료의 열복사가 배경 소음의 미세한 신호를 익사시키는 것을 방지하는 유일한 방법이다.
지구 궤도 대신 라그랑지안 포인트
이것은 또한 이 우주 망원경이 허블과 달리 지구 궤도를 돌 수 없다는 것을 의미한다.
우주에서 볼 때 지구는 열을 방출하고 적외선 복사는 관측을 방해하기 때문이다. 또한 궤도상의 위치에 따라 태양도 간섭을 일으킨다. 어떤 태양광선으로부터 광학 장치를 완전히 차폐하기 위해 JWST는 거대한 거울로 인해 불가능한 만능 단열 덮개를 가지고 있거나 움직일 수 있는 차양이 지속적으로 적응해야 한다.
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| ▲ 지구 궤도와 라그랑주 점 2 © NASA |
따라서 James Webb Telescope는 Lagrangian Point 2의 관측소로 이동할 것이다.
이것은 지구에서 태양과 반대 방향으로 약 150만 킬로미터 떨어져 있다. 그곳에서 태양과 지구의 인력 사이의 균형은 우주 탐사선이 많은 에너지 없이 안정적으로 궤도를 돌 수 있도록 한다. 동시에 햇빛은 항상 그곳에서 같은 방향으로 오기 때문에 하나의 보호막으로 열복사를 차단하기에 충분하다. JWST를 사용하면 이 열 보호 장치는 테니스 코트만큼 크며 웨이퍼처럼 얇은 5개의 절연 멤브레인으로 구성된다.
따라서 Webb 망원경이 라그랑주 점 2에 처음 또는 유일한 것이 아니라는 것은 우연이 아니다. 그곳에서 우주 배경 복사를 매핑한 더 활동하지 않는 마이크로파 위성 WMAP과 플랑크가 돌고 있다. eROSITA X선 망원경과 유럽 가이아 우주 망원경은 여전히 그곳에서 활동하고 있다. (계속)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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