우주의 신비를 풀고있는 제임스웹 망원경의 원리는 무엇인가요?

Question

제임스웹은 적외선 관측용 우주망원경으로 우주 생성 초기 상태를 연구하는 게 목적 입니다. 지상에 있는 망원경이나 허블 우주 망원경이 관측하지 못했던 먼 곳에 있는 천체들도 관측해 행성의 대기, 별 형성 과정, 빅뱅 후 2억 년이 지난 초기 우주의 모습 연구에 활용합니다. 제임스웹 망원경의 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 방민기 과학전문가입니다.

제임스 웹의 설계와 개발은 미국항공우주국(NASA)이 유럽우주국(ESA)과 캐나다우주국(CSA)과 협력하여 이끌었다. 망원경의 개발은 메릴랜드에 소재하는 NASA의 고더드우주비행센터(GSFC)가 맡았으며, 망원경의 운용은 볼티모어 존스홉킨스대학교 홈우드캠퍼스에 소재하는 우주망원경과학연구소가 하고 있다. 사업에 참여한 주요 기업으로는 노스롭 그루먼이 있다. 망원경의 명칭은 1961년부터 1968년까지 NASA 국장을 역임하며 머큐리, 제미니, 아폴로 계획을 추진한 제임스 에드윈 웨브의 이름에서 따온 것이다.

제임스 웹 우주 망원경은 2021년 12월 25일 프랑스령 기아나 쿠루에서 아리안 5 로켓에 실려 발사된 후, 2022년 1월에 태양-지구 L2 라그랑주점에 안착하였다. 2022년 7월 11일에는 조 바이든 미국 대통령이 참석한 기자 회견에서 제임스 웹의 최초 공식 이미지가 공개되었다.[10]

제임스 웹 망원경의 주거울은 열여덟 장의 작은 거울 세그먼트로 구성되어 있으며, 거울 세그먼트는 금으로 코팅된 베릴륨 재질이다. 세그먼트가 하나로 모인 주거울은 직경이 6.5미터에 달하여 2.4미터의 허블 주거울보다도 크다. 이러한 주거울의 집광 면적은 25제곱미터로, 허블의 집광 면적의 여섯 배에 달한다. 그러나 근자외선과 가시광선(0.1~0.8 μm), 근적외선(0.8~2.5 μm)[11] 스펙트럼을 관측하는 허블과는 달리, 제임스 웹은 파장이 긴 가시광선(적색)에서 중적외선(0.6~28.3 μm)까지를 관측한다. 제임스 웹은 망원경 자체가 발산하는 적외선이 외부의 빛을 받아들이는 데 방해가 되지 않도록 50 K (−223.2 °C; −369.7 °F)보다 낮은 극저온 상태를 유지해야 한다. 지구 근처에서 제임스 웹을 가열할 수 있는 열원으로는 태양과 지구와 달이 있는데, 제임스 웹은 차양막이 이 셋을 동시에 가릴 수 있도록 지구에서 150만 킬로미터가량 떨어진 태양-지구 L2 라그랑주점 근처에서 태양을 도는 궤도에 위치한다.

1996년, 최초 구상 단계에서 제임스 웹 우주 망원경은 차세대 우주 망원경(영어: Next Generation Space Telescope, NGST)이라는 명칭이 주어졌었다. 1999년에는 10억 달러의 예산과 2007년 발사를 목표로 두 가지 컨셉의 연구가 진행되었다. 하지만 초창기 사업은 막대한 비용 증가와 개발 지연으로 난항을 겪었고, 2005년에 이르러서 지금 형식의 대대적인 재설계를 거친 후 2016년에야 100억 달러에 이르는 총비용으로 망원경을 완성하였다. 이 때문에 언론과 과학자와 공학자들은 망원경의 복잡성과 발사의 큰 위험 부담에 관해서 주목하고 우려한 바 있었다.