25살 허블우주망원경 2년후 은퇴
더 강력한 제임스 웹 망원경 활약 기대

최근 목성의 가장 큰 위성인 가니메데에 지구의 바다보다 더 많은 양의 물이 존재한다는 연구 결과가 발표됐다. 허블 우주망원경이 가니메데 극지의 오로라를 정밀하게 측정한 결과라고 한다. 많은 천문학적 발견의 뒤에는 허블 우주망원경이 자리 잡고 있다. 외부 은하의 존재 및 우주의 팽창을 밝힌 천문학자 에드윈 허블의 이름을 딴 이 기념비적 우주망원경의 나이는 얼마나 될까. 오는 24일이 되면 벌써 스물다섯 살이 된다.

대기권 밖으로 망원경을 보내자는 아이디어는 천문학자 라이먼 스피처가 1946년에 처음으로 제안했다. 미항공우주국(NASA)에서 1960년대 말부터 추진하기 시작한 허블 우주망원경은 예산 문제와 우주왕복선 챌린저호 폭발의 여파로 규모가 줄어들고 발사가 연기되다가, 1990년 4월24일 디스커버리호에 실려 지구의 궤도로 올려졌다. 

고재현 한림대 교수·물리학

직경 2.4m짜리 주거울에 문제가 있다는 것을 발사 후 보내온 사진을 통해 확인한 나사가 이를 3년 반 만에 수리하는 등 다양한 우여곡절이 있었으나, 허블 망원경이 지난 사반세기 동안 찍은 150만여 장의 사진으로 인해 밝혀진 우주의 비밀은 정말 놀랄 만한 것이었다.

천문학자들은 허블 망원경을 이용해 우주의 팽창 속도를 정확히 측정해 우리 우주의 나이가 137억년이라는 것을 밝혔다. 그 후 우주배경복사에 대한 정밀한 측정을 통해 138억년으로 수정되기는 했지만, 우리는 허블 망원경의 도움으로 우주 나이를 정확히 알게 된 첫 세대가 된 것이다. 게다가 우주가 과거보다 더 빠르게 팽창하고 있다는 사실과 이런 가속팽창을 일으키는 암흑에너지의 존재를 밝히는 데 있어서 결정적 역할을 한 것도 바로 허블 망원경이었다. 아직 암흑에너지나 암흑물질의 정체는 오리무중이니, 우주에 대해 더 많이 알수록 모르는 부분도 비례해 많아진 셈이다.

가장 강력한 성능의 망원경이었던 만큼 허블 망원경은 가장 먼 거리를 볼 수 있었다. 빛의 속도는 유한하기 때문에 가장 멀리 있는 물체에서 오는 빛은 그만큼 더 먼 과거에서 출발한 빛이다. 결국 허블 망원경은 인류 역사상 가장 먼 과거를 볼 수 있는 타임머신인 셈이다.

허블 망원경이 바라본 초기 우주, 즉 빅뱅 후 6억∼8억년이 지난 후의 모습은 우주 생성 후 별의 탄생과 은하의 진화에 관한 소중한 자료를 제공했다. 그렇지만 허블 망원경의 성능은 거기까지였다. 우주 초기 별의 탄생과 은하의 형성 과정을 정확히 밝히기 위해서는 더 멀리, 더 먼 과거를 볼 수 있어야 했다.

다섯 차례의 수리와 업그레이드를 거쳐 수명이 연장된 허블 망원경은 2017년 이후 서서히 대기권으로 추락해 소멸될 예정이라 한다.

그렇지만 허블보다 더 강력한 제임스 웹 망원경이 준비돼 몇 년 후 발사될 것이라는 점은 다행스러운 일이다. 유효 직경 6.5 m의 주 반사경을 장착할 이 차세대 망원경은 허블 망원경의 한계를 넘어 빅뱅 후 2억년이 지난 초기 우주로 우리를 안내할 것이다.

특히 최초의 별과 은하에서 떠나온 빛들이 우주 팽창에 따른 도플러 효과로 인해 파장이 길어지면서 적외선 영역으로 변화된 만큼, 천문학자들은 적외선을 볼 수 있는 강력한 검출기로 무장한 제임스 웹 망원경이 우주의 초기 모습을 생생히 보여줄 수 있을 것으로 기대하고 있다.

1610년 밤하늘을 향했던 갈릴레오의 작은 망원경은 천상과 지구의 경계를 무너뜨리는 세계관의 혁명을 일으켰다. 1920년대 에드윈 허블이 사용한 윌슨산 천문대의 100인치 망원경은 외부 은하가 존재할 뿐만 아니라 이들이 우주 팽창에 의해 서로 멀어지고 있다는 사실을 밝혀 현대 우주론의 출발을 선포했다.

허블 우주망원경에 의해 베일이 벗겨지기 시작한 초기 우주의 모습을 제임스 웹 망원경이 어떻게 상세히 드러낼까. 우주의 진화와 관련된 어떤 비밀이 우리를 기다리고 있을까. 역사상 가장 흥미로운 과거로의 시간여행이 펼쳐질 시대에 살고 있다는 것은 정말 다행스러운 일이다.

고재현 한림대 교수·물리학