1살 된 제임스 웹 망원경 … 그 성과는?

근적외선 카메라로 과학사진 발전

분광장치로 적색편 10 넘는 은하 관측

태양계 목성형 행성 관측

[객원 에디터 5기 / 황시후 기자] 1993년 임무에 들어간 허블 우주망원경을 필두로, 미국 항공 우주국(NASA)은 우주의 모습을 담기 위해 노력을 해왔다. 대표적인 예시는 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로, 2021년에 발사되어 허블 망원경으로는 볼 수 없던 더 깊은 우주를 관찰 및 촬영, 새로운 우주영상 시대를 알렸다. 

먼저, 제임스 웹 우주망원경의 가장 큰 특징은 적외선을 집중적으로 감지해 천체를 관측한다는 점이다. 5㎛를 잡아내는 강력한 성능의 근적외선 카메라, 28㎛의 적외선 파장까지 잡아낼 수 있는 중적외선기기는 제임스웹을 이제까지 볼 수 없거나 아주 희미하게 보였던 우주먼지 너머의 영역도 선명하게 보여주도록 했다. 멀리서 지구에 날아드는 빛일수록 가시광선보다 파장이 긴 적외선으로 변하기 때문에 장거리 천체 관측에 불리한 가시광선을 잡아내는 허블 우주망원경에 반대로, 웹 망원경은 이 점을 이용해 더 많은 은하 및 행성들을 관측했다. 

두 번째 큰 특징은 분광장비이다. 분광장비들은 파장과 세기를 측정할 때 사용하는데, 분광계는 감마선, 엑스선에서 시작해 원적외선까지의 넓은 파장에서 작동되는 기구를 가리키며, 가시광선 근처에 영역이 한정된 경우에는 분광 광도계를 사용한다. 천문학자들은 이를 통해 망원경 관측 데이터에 나타난 적색편이 값을 통해 은하나 별과의 거리를 측정한다. 적색편이란 빛을 내는 물체가 멀어질수록 파장이 길어지는 현상을 말하며, 적색편이 값이 클수록 더 멀리, 더 오래전에 생겨난 은하다. 적색편이 값이 10이라는 건 맨 처음 별에서 나온 빛의 파장이 10배 길어졌다는 것을 뜻한다. 네이처에 따르면 웹 망원경 이전에는 적색편이 값이 8보다 큰 은하가 수십 개에 불과했으나 웹 망원경은 이런 은하를 벌써 700개가 넘게 발견했다.

창조의 기둥(Pillars of Creation), SMACS 0723 은하단을 비롯해, 남쪽 고리성운, 용골자리 대성운, 슈테판 오중주 은하군등의 사진을 발사 6개월 후에 보내왔다. 이 다섯 이미지는 지금까지 인류가 본 것 중 가장 먼 우주의 풍경이 선명하게 담겨 있는 것으로, 허블 우주망원경과는 차원이 다른 해상력을 보여주었다. 또한 웹 망원경은 태양계의 목성형 행성 4개의 1차 관측을 모두 마쳤다. 목성형 행성이란 지구처럼 암석으로 이뤄진 행성과 달리 수소나 헬륨 같은 가스를 주성분으로 한 행성을 말하며, 태양계에서는 목성을 비롯해 토성, 천왕성, 해왕성이 목성형 행성에 속한다. 웹 망원경은 목성의 오로라 (우주에서 날아온 고에너지 입자가 천체의 자기장을 따라 흐르다 대기권의 입자와 충돌하면서 빛을 내는 현상), 얼음행성 해왕성과 천왕성의 고리들, 토성의 위성과 고리를 역사상 가장 선명하게 포착했다.

2023년 7월 12일 NASA는 제임스 웹 망원경의 1주년을 맞아 기념사진을 공개했다. 이 사진은 지구에서 390광년 떨어진 곳에 있는 로 오피우치(Rho Ophiuchi) 구름 복합체(cloud complex)를 촬영한 것이다. 오피우치 성운은 지구로부터 390광년 떨어져 있는 성운으로, 지구에서 가장 가까운 별 형성 지역이다. 현재 제임스 웹 우주 망원경은 지구로부터 150만 km 떨어진 라그랑주 2 포인트에서 135억 년 전 초기 우주의 풍경을 열심히 들여다보고 있으며, 앞으로의 성과가 기대되는 점이다.