[별소리 다 듣겠네!] '3차원 우주 지도' 만든다!…'스피어 X' 망원경

[앵커]
밤하늘의 수많은 별을 관찰하는 우주망원경 하면 뭐가 떠오르시나요?

오랫동안 우주 망원경의 대명사처럼 불려 온 허블망원경과 그 뒤를 이어 초고화질 천체 사진을 선보이는 제임스 웹이 대표적일 텐데요.

우리나라가 공동 참여해 개발하는 새로운 차원의 우주망원경이 있습니다.

훨씬 넓은 우주를 담을 수 있는 망원경, '스피어X'인데요, 자세한 이야기를 오늘 '별소리 다 듣겠네!' 들어보실까요!

[정웅섭 / 천문연 우주천문그룹 그룹장]
안녕하세요. 스물일곱 번째 별소리를 전해드리게 된 정웅섭입니다. 최근 제임스 웹이 아주 멋진 사진을 공개하고 있죠! 이런 제임스 웹과 함께 활동할, 또 다른 우주 망원경이 있는데요, 오늘은 세계 최초로 3차원 우주 지도를 제작해줄 우주망원경! 스피어엑스와 관련된 별소리를 전해드리겠습니다.

Q.SPHEREx 망원경이란?!

[정웅섭 / 천문연 우주천문그룹 그룹장]
네, 스피어엑스는 주관기관인 캘리포니아 공과대학과 천문연이 국제 공동으로 기획하여 2019년 NASA의 중형 미션으로 선정돼 진행 중인 ‘최첨단 우주 망원경 프로젝트’인데요, 스피어엑스는 세계 최초로 전 하늘에 대한 적외선 영상과 분광 정보를 동시에 얻고자 하는 ‘전천 적외선 영상 분광탐사 우주망원경’입니다. 2년 반 동안 전 하늘을 6개월에 한 번씩 총 4번 정도 관측할 계획이며, 이로부터 10억여 개의 천체들에 대한 분광 정보를 제공할 예정입니다.

잘 알려진 허블 우주망원경이나 제임스웹 우주망원경은 모두 높은 해상도와 감도로 깊게 관측하는데 특화된 우주망원경입니다. 그렇기 때문에 아주 어두운 천체를 관측하는 것은 유리하지만, 좁은 관측 시야를 가져 넓은 지역을 탐사하는 것에는 적절하지 않는 거죠. 이런 점을 보완해줄 망원경이 바로 스피어엑스입니다.

Q. 계속 언급된 영상 분광 기술이란?!

[정웅섭 / 천문연 우주천문그룹 그룹장]
네, 먼저 우주를 관측하는 방법에는 크게 영상과 분광으로 나눌 수 있는데, 영상은 가시광, 적외선과 같이 넓은 파장대를 포함하는 천체의 형상을 관측하는 기법이고, 분광은 빛을 파장에 따라 좀 더 세분하여 밝기를 측정하는 관측 기법을 의미합니다.

빛을 세분화하여 관측하게 되면 천체들의 특성에 따라 방출선, 흡수선 등을 얻을 수 있어 천체에 대한 물리적인 특성을 쉽게 파악할 수 있죠. 일반적인 필터는 일정 파장 대역 전체를 투과하는데 여기에 사용된 특별한 선형분광 필터는 필터의 위치에 따른 다른 파장 투과율을 보이며 영상 분광 기술이 가능하게 해줍니다.

앞서 설명드렸듯, 분광이라는 정보는 천체들의 특징을 보다 쉽게 판별할 수 있게 해주는데요, 스피어엑스가 관측할 수 있는 파장 범위는 0.75㎛ 근적외선 영역에서부터 5㎛ 중적외선 영역까지로 매우 넓습니다. 이를 더 세분화하면 할수록 관측 시간이 오래 걸리기 때문에, 전 하늘을 모두 관측하면서도 각 파장영역에서 관측 가능한 천체들의 특징을 어느 정도 파악할 수 있게 세분화한 개수가 102개 인 거죠. 예를 들면, 3~5㎛ 영역에서는 물, 이산화탄소와 같은 성분을 검출하여 생명체가 존재 가능한 행성계를 탐색하는 데 활용되는데, 이 파장 영역에서는 좀 더 빛을 세분화하여 관측하는 방식으로 채택된 것입니다.

Q. SPHEREx 개발에 한국이 유일한 국제기관으로 뽑힌 이유는?!

[정웅섭 / 천문연 우주천문그룹 그룹장]
네, 우선 앞서 설명드린 적외선 영상 분광 관측기법은 저희가 과거에 개발했던 차세대 소형위성 1호 NISS에 적용된 적이 있습니다. 적외선에서 영상 분광을 구현하기 위해 위치마가 다른 파장의 투과율을 가진 선형 분광필터를 활용한 넓은 지역 탐사를 구현하고 싶었고, 이때 망원경, 광학 및 광기계부, 전자부 등 각 컴포넌트를 비롯해 성능시험 장비까지 개발을 완료하였습니다.

저희의 이런 개발이 진행되고 있을 때, 전천 관측으로 확장한 미션을 기획 중인 캘리포니아 공과대학팀의 제이미 복 교수가 저희 개발 사실을 알고 공동 기획을 제안하게 된 거죠. 최종적으로 저희가 모든 컴포넌트에 대한 개발 경험이 있긴 했지만, 요구하는 사양들이 높고 개발비도 많이 들기 때문에 저희 개발에 적절한 스피어엑스 시험 장비를 맡기로 하였습니다.

Q. SPHEREx 개발에서 한국이 참여한 연구 부분은?!

[정웅섭 / 천문연 우주천문그룹 그룹장]
네, 저희가 맡은 지상 시험 장비는 스피어엑스의 광학 및 분광 성능 시험을 하는 챔버를 비롯한 부대 장비입니다. 일반적인 우주 망원경은 우주로 올라가 초점을 조절하기 어렵기 때문에 같은 동작 온도에서 초점을 조정하는데요, 즉 –193도 이하로 냉각한 극저온/진공 환경에서 초점을 확인합니다.

아울러, 분광 측면에서도 극저온 환경에서 각 세분화된 빛의 파장들이 센서 면의 어디에 떨어지는지 정밀하게 측정하게 되는데, 이를 위해서는 챔버 뿐만이 아니고, 소중한 망원경을 정밀하게 챔버 안으로 조립하기 위한 망원경 로딩 장비, 분광 시험을 위해 챔버 안에서 빛을 평탄하게 만들어 주는 거대한 콘과 둥근 적분구, 무거운 챔버 도어를 다루고 조립하기 위한 지그 장비 등을 국내 기술로 설계, 해석 및 제작하였습니다.

스피어엑스를 통해 약 10억 개 천체들의 개별적인 분광 정보를 획득할 수 있게 될 텐데요, 이를 재구성하면 3차원 공간 정보를 얻을 수 있고 이는 잘 알려진 백뱅 직후 우주 급팽창에 의한 우주생성 이론과 은하 형성과 진화의 정보를 담은 적외선 외부 은하 배경원의 기원을 풀 수 있는 단서를 제공하게 됩니다.

향후 스피어엑스가 만든 우주 지도와 분광 관측 자료들을 통해 한국뿐만이 아닌 전 세계의 천문학자들이 다양한 우주의 수수께끼를 풀 수 있길 바라면서 이상 오늘의 별소리를 마치겠습니다.

YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)