우리는 아직도 허블이 필요하다 (1)

과학기술

우리는 아직도 허블이 필요하다 (1)
[별들의 후손이 들려주는 천문학 이야기] Non-programme missions (17) HST

2021.12.02 09:00 김민재 칼럼니스트

Z세대보다도 나이가 많은 허블 우주망원경

1990년 미항공우주국 (NASA), 유럽 우주국 (ESA), 그리고 우주망원경 과학연구소 (Space Telescope Science Institute)의 협력으로 시작된 허블 망원경(HST: Hubble Space Telescope)은 이미 30년 넘게 지구를 저궤도로 돌면서 우주를 관측하고 있다. 따라서 허블 우주망원경은 1990년대 중반~2000년대 중반에 태어난 Z세대보다도 나이가 많다.

Hubble Space Telescope의 모습 © Hubble Space Telescope/NASA/ESA

허블 우주망원경은 인류 역사상 가장 다재다능하며 과학적인 결과를 많이 내놓은 망원경 중 하나이다. 천문학자라면 한 번쯤은 허블 우주망원경의 데이터를 연구에 이용 보았을 가능성이 클 것이고, 우주를 사랑하는 사람들이라면 최소한 한 번쯤 허블 우주망원경이 촬영한 우주에 감탄해 보았을 것이다.

독수리 성운에서의 별들의 탄생을 보여주고 있는 “창조의 기둥”. © Hubble Space Telescope/NASA/ESA

최근 성공적인 수리를 마친 허블 우주망원경

허블 우주망원경은 예정된 수명이었던 15년을 이미 훌쩍 넘겼으며 현재도 정상적으로 작동 중이다. 사실 허블 망원경은 미항공우주국의 권유로 2000년대 초반에 은퇴할 예정이었다. 하지만 몇차례 간헐적인 중단에도 항상 성공적인 수리를 마쳤고 여전히 정상적인 작동을 확인한 미항공우주국과 유럽 우주국은 허블 망원경의 은퇴를 미루었다.

허블 우주망원경은 때로는 지상에서도 관측이 가능하다 (39초 노출 촬영). 겉보기 밝기는 대략 1 정도이다. © Jud McCranie

허블 망원경이 순탄한 길만 걸어온 것만은 아니다. 1990년 발사 뒤 우주 왕복선을 이용한 직접적인 수리를 다섯 차례나 받았으며 우주 왕복선이 예산등의 문제로 퇴역하고 난 뒤에는 여러 차례 원격 수리를 받곤 했다. 위기는 올해 초인 2021년 3월에도 발생했다. 내장된 소프트웨어와 자이로스코프의 고장으로 며칠 만에 수리가 완료된 후 다시금 정상 작동했지만, 같은 해 6월 허블 우주망원경에 탑재된 컴퓨터의 중단 문제로 카메라를 포함한 여러 장비는 다시 한번 더 안전모드에 돌입하게 되었다.

허블 우주망원경의 원격 수리를 진행하고 있는 NASA의 엔지니어 Nzinga Tull. 그녀는 은퇴했지만 2021년 6월 수리를 위해서 다시 NASA에 복귀하게 되었다. © NASA/ESA

원격 수리를 담당한 미항공우주국은 은퇴한 엔지니어들까지 복귀시키며 허블 망원경의 고장 원인을 파악하기 시작했다. 그들은 고장의 원인이 데이터 전송 장치이자 제어 장치인 Control Unit/Science Data Formatter의 문제임을 확인했으며, 이를 원격으로 수리한 결과 허블 우주망원경이 다시 한번 정상적으로 작동할 수 있음을 확인했다. 곧이어 미항공우주국은 백업 페이로드 컴퓨터 전원을 켜며 백업 하드웨어로의 전환에 성공하였으며 관측 장비의 안정적인 구동을 확인했다.

허블 우주망원경의 원격 수리를 진행하고 있는 NASA의 엔지니어들 © NASA/ESA

미항공우주국은 위 수리에 관해서 미항공우주국의 수많은 우주망원경 수리 중 하나일 뿐이며 큰 의미가 있는 수리는 아니라고 밝혔다. 또한, 허블 망원경이 이번 고비를 넘김에 따라 앞으로 수년은 더 활동할 수 있을 것으로 기대하고 있다고 전한 바 있다.

허블 우주망원경의 수리 완료를 알리는 트윗 © Hubble Space Telescope/NASA/ESA

우리는 아직도 허블이 필요하다

각 대역의 전자기파는 생성 방식, 물질 및 천체와 상호 작용하는 방식 등의 서로 다른 특성을 가지고 있다. 따라서, 허블 우주망원경 처럼 한 번에 한 대역씩 서로 다른 파장 대역에서 관측을 한다면 망원경이 무엇을 관측하느냐에 따라서 각각 다른 정보를 제공해준다. 또한, 다른 파장으로 관측한 이미지들을 비교하여 모든 파장의 기여도를 분석할 수 있다. 예를 들어서 적외선 복사는 우주 먼지를 더 자유롭게 통과하여 더 푸른 가시광선을 산란시키기 때문에, 일반적으로 가시광선으로 촬영한 이미지보다 더 많은 별을 볼 수 있다. 이를 통해서 천문학자들은 일반적으로 우주 먼지와 가스로 가려진 공간 영역을 볼 수 있게 된다.

제임스 웹 망원경의 우주 관측 상상도 © Hubble Space Telescope/NASA/ESA

사실 허블 우주망원경이 갑자기 퇴역하게 된다면 문제는 생각보다 심각해질 수 있다. 미항공우주국, 유럽 우주국, 그리고 캐나다 우주국은 허블 망원경의 노후화를 대비하여 2004년부터 차세대 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경(JWST: James Webb Space Telescope)의 개발을 시작했는데, 제임스 웹 우주망원경은 육각형 형태의 거울 18개를 벌집의 형태로 이어 붙여 주경의 지름이 6.5m에 달하며 허블 우주망원경의 그것(2.4m)보다 최소 두 배는 큰 망원경이다. 제임스 웹 우주망원경은 태양계에서부터 초기 우주의 가장 먼 관측 가능한 은하수 등 우주 역사를 자세히 탐험할 예정이지만 허블 우주망원경의 자리를 완벽히 대체하긴 어렵다. 이는 바로 근자외선과 가시광선, 근적외선까지 감지하는 허블 우주망원경 (관측 파장: 0.1 – 2.5μm)에 비해서, 제임스 웹 망원경은 주로 적외선 관측 (관측 파장: 0.6 – 28.3μm)에 특화되어 있기 때문이다.

허블 우주망원경과 제임스 웹 우주망원경의 본체 크기 및 주경 크기 비교 © ESA/M. Kornmesser

허블 우주망원경을 완벽히 대체할 수 없는 제임스 웹 우주망원경의 상황때문에 미항공우주국과 유럽 우주국은 본래 제임스 웹 우주망원경을 발사한 이후에도 허블 우주망원경을 함께 운영할 계획이었다. 문제는, 각종 예산 문제 등으로 2011년부터 여러차례 개발 취소 위기를 맞게 된 제임스 웹 우주망원경은 코로나19 바이러스의 상황까지 겹쳐서 발사가 점점 연기되고 있다는 점이다.

NASA의 조사 결과 JWST 망원경의 손상은 없었다고 밝혀졌다. © JWST/NASA/ESA

11월 9일 프랑스령 기아나 쿠오루 우주센터에서 발사를 준비하고 있던 제임스 웹 우주망원경은 또 한차례 작은 위기를 맞게 되었다. 11월 22일 미항공우주국은, 엔지니어들이 망원경을 발사체 상단에 올려놓는 과정에서 고정 밴드가 갑자기 해체되었고 그 과정에서 망원경이 손상을 입었을 가능성이 있다고 밝히며 또 한 번 연기될 수 있다고 밝힌 바 있다. 11월 25일 미항공우주국은 불행 중 다행으로 망원경에 손상이 없음을 밝히며 예정보다 4일 늦어진 2021년 12월 22일 발사된다고 밝혔다.

(1161)