인류가 지구를 떠나 새로운 안식처를 찾는 과정을 그린 공상과학 영화 ‘인터스텔라’가 인기를 끌고 있다. 그런 일이 실제로 일어나서는 안 되겠지만, 미래에 어떤 일이 벌어질지는 아무도 알 수 없다. 따라서 만일을 위한 대비책으로 새로운 지구를 찾는 작업은 지금도 계속되고 있다.

이 같은 작업의 선두주자는 바로 천체망원경이다. 인터스텔라에 등장하는 우주선처럼 직접 별을 방문하는 것이 가장 확실한 방법이기는 하지만, 지금의 과학 수준으로는 불가능하다. 따라서 멀리서나마 별을 상태를 관측할 수 있는 천체망원경이 그 역할을 대신하고 있다.

이처럼 허블이나 케플러 같은 천체망원경들에 대해 그 어느 때 보다도 사람들의 관심이 높아지고 있는 상황에서, 최근 미 항공우주국 나사(NASA)가 외계 행성 관측의 새로운 주역으로 기대를 모으고 있는 테스(TESS, Transiting Exoplanet Survey Satellite) 개발 프로젝트를 공식적으로 승인하여 주목을 끌고 있다.

외계 행성 관측의 새로운 주역인 테스

과학기술 전문 매체인 피스오알지(phys.org)는 케플러 망원경의 임무를 이어갈 테스 망원경 프로젝트가 공식 승인됨에 따라 개발 계획이 본궤도에 오르게 되었다고 보도하면서, 앞으로 모든 과정이 순조롭게 진행된다면 오는 2017년부터 테스 망원경이 보내주는 외계 행성의 모습을 볼 수 있을 것이라고 전망했다. (관련 링크)

현재 나사에서 테스 개발 프로젝트를 담당하고 있는 제프 볼로신(Jeff Volosin) 매니저는 프로젝트의 공식 승인에 맞춰 “이제 행성 탐사에서 가장 흥미로운 부분이 시작되었다”고 자축하며 “우리가 원하는 목표는 바로 암석과 물은 물론 대기와 온도 등이 ‘지구와 같은(earthlike)’ 행성을 발견하는 것”이라고 언급했다.

나사가 이처럼 테스 프로젝트의 공식 승인에 흥분하고 있는 이유는 전임자 격인 케플러(Kepler) 망원경과 비교해 볼 때 훨씬 더 넓은 공간의 별을 관측할 수 있기 때문이다. 천문학계는 테스가 단순히 외계 행성을 발견하는 차원을 넘어서, 지구와 비슷한 여러 행성들을 발견할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

테스는 앞으로 주어질 2년간의 임무에서 50만개 이상의 별을 관측하면서, 대략 3000여개 정도의 외계 행성을 찾아낼 계획이다. 그리고 그 중에서도 약 200여개가 지구형 외계 행성이 될 것으로 나사는 예측하고 있다.

이와 관련하여 볼로신 매니저는 “아마도 200여개 행성 중에서 10~20개 정도의 외계 행성은 지구와 상당히 유사한 환경을 지니고 있을 것으로 보인다”라고 전망하며 “테스가 그 유력한 후보들을 검증하는 역할을 맡을 것”이라고 밝혔다.

나사는 테스 망원경이 케플러보다 더 많은 외계 행성을 찾아낼 수 있을 것으로 기대하고 있는 이유 중 하나로 고해상도의 이미지 센서(CCD)를 탑재하고 있다는 점을 들었다. 망원경에 장착된 4개 와이드 앵글 카메라의 CCD가 1억 9200만의 강력한 고화소를 자랑하기 때문이다.

나사는 이런 고해상도 성능을 활용하여 겉보기 등급 12이상의 분광형 행성들을 집중적으로 관측할 계획이라고 밝혔다. 이 외에도 지구와 근접한 1000여개 정도의 적색 왜성도 함께 관측할 계획인 것으로 알려졌다.

테스 망원경이 케플러보다 더 많은 외계 행성을 찾아낼 수 있을 것으로 기대되는 또 하나의 이유는 바로 테스만이 가진 독특한 탐사방식 때문이다. 우선 케플러 망원경의 관측 방식은 특정한 위치에 있는 별들을 탐사 대상으로 삼는 형태다.

반면에 테스 망원경은 관측이 가능한 우주 공간을 먼저 파악한 다음, 지구 주변에 있는 외계 행성부터 탐사하는 방식을 취하고 있다. 따라서 보다 많이, 그리고 보다 정확하게 관측할 수 있다는 것이 나사 연구진의 견해다.

탐사 방식과 관련하여 나사의 관계자는 “일단 테스 망원경을 통해 외계 행성이 있는 것으로 의심되는 구역에서 지구와 유사한 후보들을 고를 것”이라고 전하며 “이후 다시 허블을 대체할 제임스웹 망원경 등으로 정밀하게 관찰하여, 최종적으로 외계 행성의 존재와 환경 등을 확인하는 작업을 거칠 것”이라고 밝혔다.

제임스웹(James Webb) 망원경은 몇 년 안에 수명이 다할 것으로 예측되고 있는 허블 망원경을 대체하기 위해 개발 중인 천체 망원경이다. 허블 우주 망원경을 뛰어넘는 성능으로 또 하나의 차세대 우주 망원경으로 불리고 있다. 이 망원경은 오는 2018년에 발사될 예정이다.

케플러를 통해 지구와 유사한 행성들의 존재 밝혀

테스가 현존하는 망원경 중 최고의 성능을 갖고 있지만, 그렇다고 케플러 망원경의 업적이 과소평가되는 것은 아니다. 예상치 못한 고장으로 현재는 멈춰 선 상태지만, 최근까지만 해도 수많은 행성들을 렌즈에 담는데 성공했다. 케플러를 통해 확인된 외계 행성만 해도 130여개에 달하고, 아직 확인되지 않은 후보 행성까지 포함하면 대략 3300개 정도인 것으로 알려져 있다.

이런 결과도 놀랍지만 무엇보다 케플러가 찬사를 받는 이유는 지구와 비슷한 환경의 행성이 우주에 흔하다는 사실을 알게 해 준 점이다. 케플러가 활약하기 이전의 천문학계는 지구와 같은 외계 행성이 흔하지 않을 것이라는 주장이 힘을 얻고 있었다.

하지만 케플러 등장 이후 지구와 비슷한 환경의 행성이 우주에 흔하다는 것을 깨닫게 되었다. 또한 케플러가 관측하지 못한 행성까지 합치면, 지구와 유사한 외계 행성은 대단히 흔할 것이라는 점도 유추할 수 있도록 만들었다.

현재 케플러 망원경은 여러개의 리액션휠(reaction wheel) 중 하나가 고장이 나서 제 기능을 못하고 있는 상황이다. 그렇다고 고철덩어리로 변한 것은 아니다. 남아있는 기능을 활용하여 나사가 부여한 연장 미션을 수행하고 있는 중이다.

물론 예전처럼 많은 별을 관측하고 있지는 못하지만, 관측 범위를 줄인 대신에 관찰 대상인 행성들을 집중적으로 관측하고 있다. 어쩔 수 없는 선택이기는 하지만 변경된 관측 방식으로 나름대로의 성과도 거두고 있다. 얼마 전에는 12개 행성의 데이터를 성공적으로 수집하는데 성공했다.

한편 나사는 프로젝트의 공식 승인에 맞춰 아직까지 확정되지 않은 테스 망원경의 디자인을 내년도인 2015년에 확정할 예정인 것으로 알려졌다. 나사는 보도자료를 통해 오는 2015년 상반기에 진행될 핵심 디자인 회의를 통해 구체적인 하드웨어 디자인을 결정한 후, 제작 및 발사를 위한 준비 작업에 들어갈 것이라고 밝힌 바 있다.

‘인터스텔라처럼 실제로 인류가 외계 행성으로 이주할 날이 오게 될까?’라는 세인들의 의문에 대해 나사의 관계자는 “테스가 아무리 뛰어난 관측 능력을 보유하고 있다 하더라도, 광대한 우주에 비하면 사실 극히 일부 공간만을 관측할 수 있는 수준”이라고 설명하며 “따라서 만약 지구와 유사한 환경의 행성을 발견한다면, 이는 지구에서 비교적 가까운 곳에 위치한 행성일 가능성이 높을 것이기 때문에 실제 이주까지는 아니더라도 활용방안은 매우 클 것”이라고 예측했다.