[데일리연합 이소현 기자]138억년 전 대폭발(빅뱅)로 생긴 우주가 끊임없이 그리고 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있다는 사실을 인류가 알게 된 것은 그리 오래전 일이 아니다. 빛조차 탈출하지 못하는 블랙홀의 존재도, 별들이 새로 탄생하는가 하면 죽어 없어지기도 한다는 사실도 최근 수 십년 사이에 알게 된 것들이다. 첨단 장비가 개발되며 과학자들이 세운 가설들은 하나씩 입증됐고, 한편으로는 기각되며 새로운 이론이 탄생하기를 반복하는 것이 오늘날 과학의 역사다.

이런 과정에 가장 큰 활약을 한 것으로 빠지지 않는 장비가 있다. 우주 한가운데서 과학자들의 눈 역할을 하며 사진을 찍어 지구로 보내준 ‘허블 우주망원경(Hubble Telescope)’이다. 지난 2013년 개봉한 영화 ‘그래비티(Gravity)’가 바로 이 허블 망원경을 수리하는 과정을 배경으로 해 우리에게 친숙하기도 하다. 

이달 25일이면 허블 망원경이 우주에 도착한 지 꼭 25년이 된다. 미항공우주국(NASA)을 비롯한 우주 과학계에서는 이를 기념하기 위한 다양한 축제와 학술대회를 진행 중이다. 25년 동안 어두운 우주 공간에서 묵묵히 임무를 수행한 허블 망원경은 2년 후면 고된 여정을 마칠 예정이다. 발사 25주년을 맞은 허블 망원경의 지난 활약을 모아봤다.

허블 망원경은 지난 1990년 4월 24일 우주왕복선인 디스커버리호에 실려 지구를 떠났다. 이튿날 지구로부터 610km 떨어진 궤도에 안착한 허블 망원경은 당시로써는 천문학적인 금액인 15억 달러가 들어간 초대형 프로젝트였다. NASA가 주도한 이 프로젝트에는 유럽 우주국(ESA)도 참여했다. 허블 망원경이라는 이름은 우주가 팽창한다는 사실을 알아낸 미국 천문학자 에드윈 허블(Edwin Hubble)이름에서 유래했다.

허블 망원경은 현재 552k허블 망원경은 지구에 있는 훨씬 큰 망원경보다 선명한 사진을 찍는다. 망원경은 결국 빛을 포착해 사진을 찍는데 우주의 빛은 지구로 도달하며 대기권에서 이런저런 방해를 받아 왜곡되게 마련이기 때문이다. 또한 현재 552km 상공에서 시속 2만8000km로 97분에 1번씩 지구를 돌며 우주 사진을 찍고 있다. 지름이 2.4m인 주거울의 무게는 828kg. 태양과 수성을 제외한 우주 전역을 관찰해 매주 120기가바이트(GB) 분량의 자료를 지구로 보낸다. 책으로 쌓는다고 치면 1km 높이까지 쌓을 수 있는 분량이다.

허블 망원경이 처음부터 제 역할을 한 것은 아니다. 그동안 다섯 번의 수리를 통해 성능을 개량하고 수명을 연장했다. 특히 허블 망원경이 처음 찍어 보낸 사진은 초점이 맞지 않은 기대 이하의 것들이었다. 허블 망원경 수석 엔지니어였던 진 올리버(Jean Oliver)는 학술지 네이처가 허블 발사 25주년을 기념해 마련한 대담에서 “발사 후 1개월은 정말 악몽 같았다”고 회고했다.3년여의 준비 끝에 NASA는 1990년 12월 무중력상태인 우주에서 망원경을 수리하는 첫 시도를 감행했고, 문제를 해결했다. 이후 NASA는 네 번의 수리를 더 하며 허블 망원경의 수명을 연장할 수 있었다.

허블이 남긴 과학적인 성과는 셀 수가 없을 정도로 많다. 관련 논문만 1만편 이상이 나왔다. 허블 망원경은 우주의 나이를 정확하게 알아내는 데 결정적인 공을 세웠다. 우주의 나이를 정확히 알기 위해서는 매우 멀리 있는 은하가 우리 은하로부터 멀어지는 속도와 거리를 알아야 한다. 과학자들은 속도를 알아내는 문제는 쉽게 풀었지만, 거리를 정확히 구하는 데 어려움을 겪었다.과학자들은 다른 은하와의 거리를 재는데 세페이드(Cepheide) 변광성을 주로 이용한다. 변광주기와 절대광도의 관계가 정확하기 때문이다. 허블 망원경은 굉장히 먼 곳에 있는 세페이드 변광성을 이용해 정확한 거리를 측정했고, 우주 나이가 138억년쯤이라는 결론을 내리는 데 결정적인 역할을 했다. 

뿐만 아니라2011년 노벨상의 주역인 암흑에너지(Dark Energy) 연구에도 허블 망원경은 핵심 역할을 했다. 과거에는 과학자들이 우주는 일정한 속도로 팽창하는 것으로 알고 있었다. 하지만 멀리 있는 초신성을 관찰한 결과 우주는 점점 더 빠르게 팽창하는 이른바 가속팽창을 하고 있었다. 상식적으로는 물질이 중력을 갖고 있기 때문에 우주는 수축해야 정상이다. 하지만 오히려 가속 팽창을 하고 있다. 이런 것의 원인으로 과학자들은 암흑 에너지를 꼽는다. 그런 것이 분명히 있는 데 무엇인지는 아직 잘 모르기 때문에 암흑에너지라고 이름을 붙였다. 멀리 있는 별의 사진을 정확하게 찍는 것이 허블의 장점인 만큼 이 연구에서도 허블 망원경은 위력을 발휘했다.

또한 허블 망원경은 1994년 슈메이커 레비9(Shoemaker-Levy9) 혜성이 목성에 충돌하는 장면을 생생하게 촬영하며 큰 주목을 받았다. 충돌 1년 4개월 전에 발견된 이 혜성은 목성에 가까워지면서 중력 때문에 21개의 조각으로 갈라져 제각각 충돌했다. 지구에 충돌했다면 대부분의 생명체가 살아남지 못했을 것으로 예상되는 거대한 사건이다.

비슷한 예로 암흑물질(Dark Matter) 연구 역시 허블 망원경이 진일보시킨 분야다. 우주에 널린 수많은 은하에는 역시 무엇인지 잘 모르는 물질들이 있다. 그중에서 빛과 상호작용을 하지 않아 보이지는 않는데 질량을 가진 물질이 있다고 추정됐다. 이 역시 멀리 있는 은하단의 사진을 찍으면서 명확해졌다. 1만개의 은하가 모인 아벨 2218 은하단의 사진을 찍은 것이 대표적인 예다. 중심 운하들이 중력렌즈 역할을 하면서 빛이 휘어지며 활 모양으로 바뀐 것이다. 중력이 있다는 것은 질량이 있다는 증거다. 보이지 않지만 뭔가 있는 것이다. 가까운 은하에서는 이런 장면을 명확히 보기 어려웠다. 

김상철 한국천문연구원 은하진화그룹장은 “우주의 여러 현상을 증명하려면 멀리 있는 것을 정확히 찍는 것이 필수적”이라면서 “허블 망원경은 과학자들의 오랜 가설들 입증하는데 결정적인 역할을 한 예가 많다”고 말했다.

하지만 허블 망원경의 수명은 이제 불과 2년 남짓이 남았다. NASA와 ESA가 더는 고쳐서 쓰지 않기로 했기 때문이다. 유지하는 데 비용이 너무 많이 들어가는데다, 후속 작품인 제임스 웹(James Webb) 망원경이 대기하고 있기 때문이다. 이름은 아폴로 계획을 이끈 NASA의 2대 국장인 제임스 웹의 이름에서 땄다. 제임스 웹은 2018년 기아나 우주센터에서 아리안 5호에 실려 우주로 떠날 예정이다.

6각형 모양의 18개 거울로 구성한 제임스 웹의 주 거울 지름은 6.5m로 허블의 2배 이상이다. 특히 552km 상공에서 지구를 돌며 관측하던 허블과 달리 지구에서 150만km 떨어진 곳에서 우주 관측을 할 예정이다. 먼 우주를 관측하기에 더 좋은 지점인 것은 분명하지만, 고장이 나면 수리할 수가 없는 것이 단점이다.

한편 허블 망원경은 지구 주위를 돌다 대기권으로 진입해 타버리는 방식으로 사라질 전망이다. 인공위성이나 망원경 등은 중력 등의 복합적인 영향으로 고도가 점점 낮아진다. 허블이 당초 610km 지점에 놓였지만, 현재 552km 지점에서 지구를 도는 것도 같은 이치다. 학술지 네이처는 15일(현지시각) 과학자들이 뽑은 허블의 명장면 10선을 선보이기도 했다. 성운과 은하 등의 환상적인 모습을 포착한 사진들이 실려있다.

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