기획·칼럼

제임스 웹 우주 망원경은 현재 무엇을 하고 있을까? (4)

[4월 과학의 달 특집] 제임스 웹 우주 망원경의 3월 그리고 4월

인류의 새로운 눈이 되어 줄 제임스 웹 우주 망원경은 현재 무엇을 하고 있을까? 이르면 올 5~6월 정도부터 첫 관측을 시작하게 될 제임스 웹 우주 망원경은 벌써 발사된 지도 3개월이 넘었다. 과학의 달을 맞이하여 제임스 웹 우주망원경의 발사부터 현재까지 진행된 사항들을 종합하고 앞으로 예정된 계획을 정리해본다.

JWST 거울 및 미세 정렬 작업이 진행되다

JWST 거울 및 미세 정렬 작업 4번째 단계 – 1차 위상 조정 (Coarse Phasing)

이미지 스태킹을 성공적으로 마친 후 이제 모든 빛이 감지기의 공통된 장소에 모이며 단일점 형태를 띄게 되었지만, 세그먼트는 여전히 18개의 작은 개별 망원경으로 작동하고 있다. 하나의 큰 망원경으로 작동하려면 개별 망원경들이 빛의 파장보다 작은 정확도로 서로 정렬되어야 한다.

1차 위상 조정을 위해서 얻어진 스펙트럼의 모습. 스펙트럼의 기울기가 독특한 모양을 띄고 있다. ⓒ JWST/NASA

이를 위해서 동부 표준시 기준 2월 말 JWST팀은 1차 위상 조정 (Coarse Phasing) 과정으로 알려진 거울 정렬의 네 번째 단계를 시작하고 있다. 관측팀은 NIRCam기기를 이용하여 Dispersed Fringe Sensing 기법을 적용하며 20개의 개별 거울 세그먼트 쌍에서 빛 스펙트럼을 얻게 된다. 여기서 얻어지는 스펙트럼의 기울기는 마치 이발소를 나타내는 심볼 (“Barber pole”) 패턴과 유사한 모양을 띄고 있다. 시험운전 준비 과정에서 총 세 번 수행되는 거친 위상 조정과정에서는 개별 세그먼트의 수직 변위(피스톤 차이)를 측정하고 수정하게 된다. 이를 통하여 별빛의 단일 점이 점차 더 집중되며 선명해질 것이다.

JWST 거울 및 미세 정렬 작업 5번째 단계 – 미세 위상 조정 (Fine Phasing)

미세 위상 조정은 세그먼트 정렬 (Segment Alignment) 동안 적용되었던 디 포커싱 방법을 사용하여 동일하게 나머지 정렬 오류를 측정하고 수정하게 된다. 미세 위상 조정 과정에서는 부경을 사용하지 않고 과학 기기 내부의 특수 광학 요소를 사용하여 각 이미지에 대해 다양한 양의 초점 흐림 정도(-8, -4, +4 및 +8 초점 흐림 파동)를 파악하게 된다. 미세 위상 조정은 1차 위상 조정 직후에 총 세 번 수행되며, JWST의 전체 수명 동안 계속해서 꾸준히 진행 될 예정이다.

미세 위상 조정에 관한 시뮬레이션 결과 ⓒ JWST/NASA

동부 표준시 기준 3월 말 JWST팀은 미세 위상 조정 이후 NIRCam 시야를 통해서 한 위치에 성공적으로 잘 정렬됨을 확인했다. 이제 위 정렬이 나머지 기기들에도 적용되어야 한다.

미세 위상 조정 이후 한 위치에 성공적으로 잘 정렬됨을 확인했다.ⓒ JWST/NASA

JWST 거울 및 미세 정렬 작업 6번째 단계 – 기기 시야에 대한 망원경 정렬 (Telescope Alignment Over Instrument Fields of View)

동부 표준시 기준 3월 24일 JWST 팀은 가이더 역할을 하는 FGS (Fine Guidance Sensor) 및 기타 세 가지 과학 기기들(NIRSpec, NIRISS 및 MIRI)에 대해서도 망원경 정렬이 시작되었다고 밝혔다. 위 과정은 총 6주 정도로 계획되어 있으며 MIMF(Multi-Instrument Alignment) 정렬이라고도 부른다. 중적외선 기기인 MIRI는  최종 작동 온도(7 K 미만)로 냉각된 후 정렬되어야 하기때문에 기기들 중 가장 마지막으로 정렬될 것이다.

기기 시야에 대한 망원경 정렬에 관한 시뮬레이션 결과 ⓒ JWST/NASA

위 단계에서는 먼저 과학 기기들의 정확한 위치와 시야 등을 측정하게 된다. 이후 이미 설계된 알고리즘을 통하여 모든 기기에 걸쳐서 정렬을 완료하게 되며 필요한 최종 보정 값을 계산하게 된다.

기기 시야에 대한 망원경 정렬이 성공적으로 진행되고 있다. ⓒ JWST/NASA

동부 표준시 기준 4월 1일 JWST 팀은 처음으로 MIMF과정이 성공적으로 수행되었음을 밝혔다. 또한 Ball Aerospace의 파면 감지 및 제어 과학자인 찬나 워커 박사(Dr. Chanda Walker)에 따르면 위 정렬 과정의 결과가 충분히 정확하기에 마지막 단계인 부경에 대한 추가 조정 단계 (7단계: 최종 수정을 위한 반복 정렬 – Iterate Alignment for Final Correction)가 필요하지 않다고 밝혔다.

JWST 거울 및 미세 정렬 작업 7번째 단계 – 최종 수정을 위한 반복 정렬 (Iterate Alignment for Final Correction)

동부 표준시 기준 4월 20일 현재 추가 조정 단계는 불필요할 것으로 예측되고 있지만, 위 작업은 주경 세그먼트들의 잔여 위치 오류를 제거하는 매우 중요한 일이다. 위 작업은 미세 위상 조정 프로세스를 이용하여 진행되며 완료된 후 파면 감지 및 제어 (the wavefront sensing and controls process) 작업이 이어서 진행된다.

최종 수정을 위한 반복 정렬을 진행하고 있는 JWST 상상도 ⓒ JWST/NASA

동부 표준시 기준 4월 20일 현재 MIRI는 여전히 냉각 중이며 6단계와 7단계 과정들이 부분적으로만 진행 중이다. MIRI의 최종 냉각과 미세 정렬마저 완료되면 JWST는 개별 장비의 본격적인 시험운전 단계로 전환하게 된다.

JWST는 최종 목표 온도에 매우 근접했다

한편 JWST의 냉각도 꾸준히 진행되고 있다.동부 표준시 기준 4월 21일 미항공우주국의 전략 소통 담당자 타데우스 케사리(Dr. Thaddeus Cesari)에 따르면 JWST는 최종 목표 온도에 매우 근접했다고 한다.

JWST는 최종 목표 온도에 매우 근접하고 있다. ⓒ JWST/NASA

동부 표준시 기준 4월 20일 현재, 18개의 기본 미러 세그먼트의 온도 범위는 34.4 ~ 54.5 K(섭씨 -239 ~ -219도 혹은 화씨 -398 ~ -361도)의 온도를 보여주고 있으며 다소 천천히 냉각되고 있다. 주경과 부경은 베릴륨(금 코팅)으로 만들어지는데, 극저온에서의 베릴륨은 긴 열 시간 상수를 가지기 때문에 냉각 또는 가열에 오랜 시간이 걸리기 때문이다. 다행인점은 온도에 따라 모양이 변하지 않는 베릴륨 거울은 망원경 정렬 프로세스에 영향을 미치지 않는다는 점이다. 물론 정식으로 시험운전이 시작되면 거울의 열 의존성 역시 자세히 측정 될 예정이다.

현재 18개의 거울 세그먼트 중 4개의 거울 세그먼트는 MIRI 감지기에 도달하는 일부 중적외선을 방출하고 있으며 모두 계획대로 55 K (섭씨 -218도 혹은 화씨 -360도) 미만의 온도를 유지하고 있다. 하지만 JWST 팀은 추가로 0.5~2도 정도 더 냉각되길 기대하고 있다.

한편, 열원으로부터 멀리 떨어져 있으며 지지 구조의 끝에 매달려 있는 보조 거울(부경)은 현재 29.4 K(섭씨 -243도 혹은 화씨 -407도)로 가장 차가운 거울 중 하나이다.

 

 

* 모든 시간은 동부 표준시를 기준으로 작성되었음을 알려 드립니다.

[이전 편 : 제임스 웹 우주 망원경은 현재 무엇을 하고 있을까? (1) 보러가기]

[이전 편 : 제임스 웹 우주 망원경은 현재 무엇을 하고 있을까? (2) 보러가기]

[이전 편 : 제임스 웹 우주 망원경은 현재 무엇을 하고 있을까? (3) 보러가기]

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전체 댓글 (7)

  • 박동환 2022년 5월 3일9:03 오후

    좋은 기사를 올린 것에는 감사합니다만, 단위 표시 문제에 대해서 무신경에 가까운 태도로 작성된 것은 많이 아쉽네요.

    1편에서는 내가 지금 미국 기사 번역한 것을 읽고 있나 생각이 들 지경으로 영미 단위를 마구 사용했구요. 그 다음 편에서는 다른 분의 건의를 받은 것까지는 좋았는데, 온도 표시에 화씨까지 포함해서 복잡하게 표시하니, 보기에 별로네요.

    기준 시간대도 동부 표준시? 러시아나 브라질 동부 표준시 아니고 미국 동부 표준시라는 거죠? 이거 참…

    예를 들어 보면, 아래 잉글랜드 프리미어리그 페이지에 들어가보면, 자동으로 한국 표준시로 변환해서 경기 시간 같은 것을 보여줍니다. 왜 한국 기사를 읽고 있는 내가 어느 나라 동부 표준시인지도 모호한 기사를 읽어야 하는지 모르겠네요.

    https://www.premierleague.com/fixtures

    물론 미국 기사의 시각을 한국 표준시로 변환하기에는 약간의 어려움이 있긴 하죠. 몇시인지까지 표시되어 있으면 한국 표준시로 변환하기에 어려움이 없을텐데요. 날짜만 표시되어 있는 경우에는, 한국 날짜로 변환하기에 애매함과 어려움이 있긴 합니다. 그런 경우가 많기 때문에 “미국 동부 시간으로 4월 20일” 이런 식으로 표기하는 방법을 많이 사용합니다.

    일반 뉴스 기사라도 단위 표시에 소홀하면 보기 나쁘잖아요. 과학 뉴스 기사는 단위 표시에 더욱 신경 써야 하겠죠. 한국 독자들을 기준으로 하는 만큼 한국 표준 단위를 우선으로 해서 단위 표시를 명확하게 하면 좋겠습니다.

    • 김민재 2022년 5월 4일12:49 오전

      안녕하세요 박동환 님, 먼저 글이 읽기 불편하셨다니 진심으로 사과 말씀드립니다. 말씀해주신 사항들에 관해서는 모든 독자분의 입맛에 맞출 수 없기에 가능한 여러 가지를 생각하다 보니 불가피하게 여러 가지로 혼란을 느꼈다 드린 것 같습니다.
      먼저 화씨를 포함한 것은 보통 과학에서는 켈빈만 쓰지만, 섭씨가 익숙한 우리나라 사람들을 위해서 섭씨를 포함했고 이에 따라서 화씨만 빠지는 상황을 대비해서 모든 온도를 포함하게 되었습니다. 예를 들어서 미국에서는 뉴스 일기예보에서 모두 화씨온도로 나오는데 혹시라도 화씨가 익숙하신 분들께 적당한 온도를 파악하시는 데 도움이 될까 포함하게 되었습니다.
      다음으로 기준 시간대는 대략 201가지의 표준 시간대가 존재하지만 (여러 나라가 같은 시간대를 공유하고 있음을 생각하면 총 39가지 다른 시간대: 우리나라는 KST 한국 표준시 UTC 09 사용), ‘동부 표준시 (EST: Eastern Standard Time)’는 UTC 기준 -05시를 나타내며 하나뿐인 정식 명칭입니다. 예를 들어서 말씀해주셨던 브라질 같은 경우는 AMT (아마존 시간) 등 총 4가지 다른 시간대(써머타이 포함)를 사용하게 됩니다. 참고로 동부 표준시는 NASA의 고다드 우주 비행 센터가 메릴랜드주에 위치해있기에 사용하게 되었으며 JWST 팀에서도 이 때문에 동부 표준시를 사용하는데, 제 부족함과 불찰로 한국 시간대로 바꾸지 못한 점 진심으로 사과 말씀드립니다.
      말씀해주신 사항들과 피드백들에 관해서 감사하다는 말씀드리며 다음부터 적극적으로 고려해보도록 하겠습니다. 감사합니다. 좋은 하루 보내십시오.

      • 박동환 2022년 5월 4일12:29 오후

        EST를 그냥 동부 표준시라고 적었던 것은 알고 있습니다. 한글 기사를 읽는 사람들 중에 동부 표준시라고 적으면 EST를 의미한다, EST가 미국 동부 표준시를 의미한다, 이런 사실을 이해하는 사람이 얼마나 있다고 생각하세요? 온도에서 화씨 표기를 병기한 사유로, 소수 독자라도 화씨가 익숙한 사람을 위해서 병기했다고 하셨죠. 그런데 다수 독자가 어떻게 읽을지는 생각 않으시나요? 소수 다수 배려의 문제가 아니라 본인 익숙한대로 적으신 거잖아요. 왜 변명을 하세요. 변명이 더 나빠 보여요.

        과학에서 단위가 얼마나 중요한지는 다시 말할 필요가 없을 겁니다. 이번 연재 기사의 내용은 좋아요. 하지만 그 좋은 기사가 무슨 연예인 기사 아니고 과학 기사라는 것을 생각하셔서, 단위 표기 문제도 신경 쓰시면 좋겠습니다.

        (그리고 답글 수정이 잘 안돼서 수정할 때마다 삭제하고 다시 적어올려야 하네요. 개선을 건의해주시기 바랍니다,.)

      • 박동환 2022년 5월 4일1:02 오후

        여담이라고 할 수 있겠습니다만, 단위 이야기하는 것에 신경 써야겠다고 생각하게 된 계기가 있습니다. 일전에 어느 병원에서 진료 받는데요. 의사가 파운드 단위로 무게를 이야기하는 겁니다. 의사끼리 그렇게 대화하는 것도 그다지 보기 좋은 장면은 아닐텐데요. 심지어 환자한테 파운드 단위로 이야기하더군요. 제가 파운드 단위로 이야기해도 알아 들을 것 같아서 그랬는지는 모르겠는데요. 어이 없어서 “한국은 kg 단위”라고 이야기해야 했고, 나가면서 의사 약력도 보게 되었습니다. 대부분 한국에서 공부했고, 미국은 연수 수준으로 갔다왔더군요.

        한국에서 왜 국제 표준인 SI단위를 한국 표준으로 삼았는지, 영미권에서 독자 단위를 쓰면서 국제 표준을 따르는 사람들을 얼마나 불편하게 하는지, 더 이상 설명할 필요 없을텐데요. 알만큼 알고 배울 만큼 배운 사람들이 아는 만큼 배운 만큼 했으면 좋겠습니다.

        • 김민재 2022년 5월 4일6:08 오후

          안녕하세요 박동환 님, 자세한 댓글 감사드립니다. 저는 사이언스타임즈 리포터임과 동시에 유럽우주국에서 근무하고 있는 천문학자입니다. 따라서 단위의 중요성이 수십번 강조해도 지나치지 않다는 점에 깊이 공감하며, 과학을 대중화 시키기 위해서 먼저 한국 독자분들께 조금 더 친숙해지며 친절한 설명이 부가되었어야 했다고 생각합니다. 제가 이 점에서 다소 미흡했습니다. 다음 기사부터 위 사항을 잘 고려하여 한국 독자분들이 읽으실때 불편함이 없도록 그리고 더 좋은 양질의 글로 찾아 뵙겠습니다. 감사합니다.
          한가지 더 변명을 드리자면, 이곳에서도 한국처럼 섭씨를 사용하고 있으며 저에게도 화씨가 절대로 익숙하지는 않습니다 🙂

          • 박동환 2022년 5월 4일9:12 오후

            기사 내용이 다양한 부분을 심도 있게 다뤘다고 했더니 역시 전문 연구자셨군요. 말씀 드렸듯이 기사 내용은 좋고, 저한테도 도움이 많이 되고 있습니다. 여기 기사를 읽는 사람들은 김민재님이 그 동안 주로 대화하셨던 주변분들과는 상당히 다르다는 점을 감안하시면, 더 좋은 기사를 올리실 수 있을 거라고 생각합니다.

          • 김민재 2022년 5월 4일10:49 오후

            앞으로 더 좋은 글 그리고 대중에 조금 더 친숙한 글로 찾아 뵙겠습니다. 댓글과 조언 진심으로 감사드리며 앞으로도 많은 관심 부탁드립니다 🙂

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