우주 신비를 탐구하려는 인간의 노력이 최첨단 우주망원경이 개발로 이어지고 있다. 미국항공우주국(NASA)와 프랑스우주천문연구소(LAS), 연세대 자외선우주망원경 연구단(단장 이영욱 천문우주학과 교수) 등이 개발한 자외선 우주망원경 갤렉스(GALAX)가 28일 오후 9시(한국시간) 미국 플로리다주 케네디우주센터에서 페가수스 XL로켓에 실려 발사된다. 갤렉스는 발사 후 3년 간 상공 690㎞ 궤도를 돌면서 별 표면에서 방출되는 자외선을 측정해 우주의 나이를 측정한다. 우주를 관측하는 또 하나의 눈을 가지게 된 것이다.우주 관측의 꽃
17세기 초 갈릴레이가 망원경을 만들어 천체 관측을 시작한 이래 인류는 더 크고 멀리 볼 수 있는 망원경 개발에 주력해왔다. 지상에서 이루어졌던 관측 장소도 지구 궤도로 옮겨졌다. 대기권이 별빛을 흐리게 만들거나 아지랑이처럼 뿌옇고 희미하게 만들어 해상도를 떨어뜨리기 때문이다.
최초의 우주망원경은 1962년에 발사된 영국의 아리엘1호에 탑재됐다. 하지만 본격적인 지구 궤도에서의 우주 관측은 1966년 시작된 NASA의 궤도천문대(OAO) 계획에 따라 진행됐고 85년 허블우주망원경의 개발로 우주관측의 획기적 진전을 이루게됐다.
90년 NASA와 유럽우주국(ESA)은 허블망원경을 우주왕복선 디스커버리호에 실어 지구 상공 610㎞ 궤도에 쏘아올렸다. 지름 2.4m, 무게 12.5톤으로 대형버스 크기인 허블은 지난 13년 동안 97분에 한 번씩 지구를 돌며 우주를 관측하고 있다. 허블은 지구 대기권 밖에 위치하기 때문에 지구상에 설치된 망원경보다 50배 이상 세밀한 부분까지 관찰할 수 있다. 슈메이커 레비 혜성의 목성 충돌 장면을 생생히 관측했고, 4억2,000만 광년이나 떨어진 올챙이 성운의 충돌 광경을 찍었다.
다양한 관측의 눈
'광학 우주망원경'인 허블은 지구상의 어떤 망원경보다 더 자세히 우주를 관찰할 수 있어 지구에서 볼 수 없었던 별들을 정확하게 찍었다. 하지만 가시광선(visual light)을 이용한 허블로는 우주를 완전히 관측할 수 없다. 그래서 X선, 적외선, 자외선, 감마선, 원적외선 등을 이용한 다양한 우주망원경이 개발됐다.
X선은 별의 죽음과 관계가 많다. 별이 죽으면서 만들어지는 블랙홀과 중성자별 주변의 가스들은 서로 마찰하면서 강력한 에너지를 지닌 X선을 발생한다. 초신성(supernova) 폭발 때도 X선이 많이 나온다. 블랙홀은 빛도 내지 않기 때문에 주변에서 발생하는 강력한 X선을 통해서만 관측할 수 있다. 97년 7월 발사된 '챈드라'가 대표적인 'X선 우주망원경'이다.
X선 우주망원경은 지난해 노벨 물리학상을 받은 리카르도 지아코니 박사가 개발했다. 그는 62년 태양의 X선 관찰을 위해 X선 우주망원경을 개발해 쏘아 올렸는데 뜻하지 않게 전갈자리에서 나온 강한 X선을 포착하는 성과를 거뒀다.
'적외선 우주망원경'은 온도가 낮은 별, 특히 새로 태어난 별에서 많이 나오는 적외선(infrared rays)을 관측하기 위해 개발됐다. 중력의 압력이 너무 작아 빛을 발하지 못하는 작은 별을 찾아내고 가스와 먼지 구름 속에서 폭발한 별의 탄생과 죽음도 관측할 수 있다. 83년 발사된 IRAS를 시작으로 85년 우주왕복선 챌린저호에 탑재된 IRT, 1999년 발사된 ISO 등이 있다. 조만간 SIRTF, Astro-F(서울대 천문학과 이형목 교수팀 참여), SPICA 등이 발사된다.
'자외선 우주망원경'은 태어난 지 수백만 년 밖에 안된 '어린 별'이나 120억년이 넘은 '늙은 별'에서 많이 나오는 자외선(ultraviolet rays)을 관측한다. 자외선 우주망원경은 대기의 전리층 때문에 지상에서 관측하기 어려운 자외선의 차이를 우주에서 관측해 우주의 나이를 알아내려는 데 목적이 있다.
자외선 우주망원경 원리는 90년 연세대 이영욱 교수가 발표한 '헬륨연소단계 항성의 진화모델'을 기초로 한다. 일반적으로 별은 99% 이상이 수소와 헬륨으로 구성돼 있다. 이 중 수소가 일찍 연소되고 하나의 별이 자기 나이의 90% 정도 살고 나면 헬륨이 타기 시작하면서 죽음을 맞게 된다. 이 때 헬륨이 타는 과정에서 자외선이 방출되는데 이 자외선의 세기를 측정하면 전체적인 나이를 알 수 있다는 것이다.
28일 발사되는 갤렉스가 '천문학에서 성배(聖杯)를 찾아내는 것'으로 비유되는 우주 나이를 정확히 알아낼 수 있을지 주목된다.
/권대익기자 dkwon@hk.co.kr
<도움말=한국천문연구원 선광일·한원용 박사>
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