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2년 반 기다림 끝에 다가온 누리호 4차 발사, 무엇이 달라졌나?[코스모스토리] 2023년 5월 25일 오후 6시 24분. 5…4…3…2…1…발사! 고흥우주발사전망대에서 카운트다운을 외치던 사람들은 카운트다운이 0이 되자 천지를 흔드는 소리와 함께 외나로도에서 불을 뿜으며 날아오르는 누리호(KSLV-Ⅱ)를 환호와 함께 지켜봤습니다. 그로부터 약 2년 반이 지난 2025년 11월 27일 새벽, 누리호가 다시 한번 우주로 날아오릅니다. 우주강국이라는 목표를 가진 우리나라가 세계를 상대로 우주 수송능력을 입증하는 시험대가 될 이번 발사는 지난 3차 발사 대비 많은 점이 보완되고 바뀌었습니다. 누리호는 어떤 로켓일까? 누리호의 의미는 '세상 혹은 우주'를 뜻하는 순우리말 '누리'에서 따왔습니다. 누리호의 길이는 무려 47.2m나 됩니다. 15층 아파트 높이와 비슷합니다. 무게는 200톤. 큰 공룡 40마리를 합친 무게와 맞먹습니다. 누리호는 3단으로 이루어져 있습니다. 1단에는 75톤의 힘을 내는 엔진이 4개 달려있습니다. 이 4개 엔진이 합쳐지면 300톤의 힘을 냅니다. 300톤이면 큰 트럭 20대를 한 번에 들어 올릴 수 있는 힘입니다. 로켓은 어떻게 날아갈까요? 누리호는 케로신이라는 연료와 액체산소를 사용합니다. 케로신은 비행기에 쓰는 기름과 비슷합니다. 누리호에는 연료 56.5톤과 산소 126톤이 들어갑니다. 이 연료와 산소가 만나 폭발하면서 생기는 힘으로 로켓이 위로 솟구칩니다. 엔진 안의 온도는 무려 3300도까지 올라갑니다. 철이 녹아내리는 온도보다 2배나 높은 열입니다. 이런 뜨거운 열을 견디기 위해 특별한 냉각 장치가 필요합니다. 터보펌프라는 장치는 1분에 1만 번 회전하며 연료를 공급합니다. 1초에 167번 도는 엄청난 속도입니다. 우리나라는 2010년부터 12년 동안 약 2조 원을 투자해 누리호를 만들었습니다. 수많은 과학자와 엔지니어들의 땀과 노력이 담긴 결과물입니다. 2년 반 만에 발사하게 된 누리호, 이번엔 민간이 주도한다 누리호 4차 발사에는 특별한 의미가 있습니다. 바로 민간 기업이 처음으로 누리호 제작을 주도했다는 점입니다. 한화에어로스페이스라는 방위산업 회사가 로켓을 만드는 일을 총괄했습니다. 이전까지는 한국항공우주연구원에서 주도했는데, 이제는 민간 기업이 그 바통을 이어받기 시작한 것입니다. 마치 처음에는 부모님이 자전거 타는 법을 가르쳐주다가, 이제는 혼자서도 탈 수 있게 된 것과 비슷합니다. 이번 4차 발사에는 한화에어로스페이스 직원 32명이 참여합니다. 발사지휘센터(MDC)에 4명, 발사관제센터(LCC)에 16명, 발사대에 10명이 투입됩니다. 이는 지난 3차 발사 때보다 21명이나 늘어난 숫자입니다. 이번 4차 발사는 '한국형발사체 고도화 사업'의 첫 번째 임무이기도 합니다. 2022년부터 2027년까지 총 6863억 원을 투입해 누리호를 4번 더 발사하며 신뢰성을 높이고, 민간 기업에 기술을 넘겨주는 중요한 프로젝트입니다. 이번엔 왜 한밤중에 발사할까? 여기서 재미있는 점이 있습니다. 이번 누리호는 새벽 0시에서 1시 쯤 발사될 예정입니다. 이 시간은 다들 잠든 한밤중이죠. 지난번엔 저녁 6시 24분, 노을이 지는 시간에 발사했는데 왜 이번엔 한밤중일까요? 답은 '태양동기궤도'라는 특별한 길 때문입니다. 위성이 지구를 돌 때 매일 같은 시간에 같은 곳을 지나가는 특별한 궤도입니다. 마치 매일 아침 8시에 학교 가는 것처럼, 위성도 정해진 시간에 정해진 곳을 지나가야 합니다. 이번에 탑재되는 차세대중형위성 3호가 바로 이 특별한 길로 가야 합니다. 이 위성은 600km 높이의 하늘에서 지구를 돌며 우주 자기장 및 플라즈마를 측정하고, 지구 오로라와 대기광 관측 임무를 수행해야 합니다. 그리고 이 임무를 수행하기 위해서는 이 궤도에 정확히 안착해야합니다. 해당 궤도에 정확히 수송하기 위해서는 새벽 시간에 발사해야 합니다. 또한 지난번 3차 발사 때는 550km 높이에 도달했지만, 이번엔 더 높은 600km에 도달해야 합니다. 새벽에 로켓을 발사하는 것은 쉽지 않습니다. 캄캄한 밤에 작업하는 것도 어렵고, 연구원들도 밤을 새워야 합니다. 낮보다 새벽에는 온도차이, 바람의 변화 등 고려해야할 것이 한 두가지가 아닙니다. 그럼에도 불구하고 이 시간대로 발사시각을 정했다는 것은 이제 우리나라도 원하는 시간에, 원하는 궤도로 위성을 보낼 수 있는 기술을 갖게 된 것입니다. 어떤 위성들이 우주로 갈까? 이번 누리호에는 정말 많은 위성이 실립니다. 가장 큰 주인공은 차세대중형위성 3호입니다. 무게가 516kg으로 큰 소 한 마리 정도 됩니다. 한국항공우주산업(KAI)이 만들었습니다. 이 위성에는 놀라운 장비 3가지가 실려 있습니다. 첫 번째는 '바이오 캐비닛'입니다. 우주에서 3D 프린터로 생체 조직을 만들고 줄기세포를 키우는 실험을 합니다. 지구에서는 중력 때문에 세포가 아래로 가라앉지만, 우주에서는 둥둥 떠다니며 고르게 자랍니다. 이를 연구하면 미래에 우주에서 다친 사람을 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다. 두 번째는 '우주플라즈마·자기장 측정기기(IAMMAP)'입니다. 우주의 자기장과 플라즈마를 측정합니다. 우주에도 날씨가 있다는 거 아시나요? 태양에서 날아오는 입자들이 지구 주변을 지나가면서 만드는 우주 날씨를 예측하는 데 중요한 역할을 합니다. 세 번째는 '우주용 광시야 대기광 관측카메라(ROKITS)'입니다. 지구의 오로라를 관측합니다. 북극이나 남극에서 볼 수 있는 아름다운 빛의 커튼, 오로라를 우주에서 연구합니다. 또 밤하늘에서 희미하게 빛나는 대기광도 관찰합니다. 차세대중형위성 3호와 함께 작은 큐브 위성 12개도 함께 갑니다. 지난번 3차 발사 때는 7개가 탑재됐지만, 이번에는 거의 2배로 늘었습니다. 큐브위성은 정말 작습니다. 가장 기본 크기가 10cm×10cm×10cm, 무게는 1.33kg입니다. 우유팩 하나 크기에 노트북 정도 무게라고 생각하면 됩니다. 하지만 이 위성들이 하는 일은 결코 작지 않습니다. 한국항공우주연구원의 'E3_TESTER_KARI-1'은 가장 큰 12U 크기입니다. 우리나라가 만든 우주 부품들이 우주의 혹독한 환경에서 잘 작동하는지 확인합니다. 스페이스린텍의 'BEE-1000'은 우주에서 단백질 결정을 키웁니다. 무중력 상태에서는 지구보다 더 완벽한 결정을 만들 수 있어 새로운 약을 개발하는 데 도움이 됩니다. 서울대학교 학생들이 만든 'SNUGLITE' 2개는 함께 날면서 지구 대기를 3D로 관측합니다. 두 위성이 손잡고 우주를 여행하며 지구를 입체적으로 바라봅니다. KAIST의 'K-HERO'는 아주 작은 로켓 엔진을 달았습니다. 큐브위성도 이제 스스로 움직일 수 있게 됐습니다. 인하대학교의 'INHA-RoSAT'은 돌돌 말아서 보관했다가 우주에서 펼치는 태양전지판을 시험합니다. 마치 두루마리 휴지를 풀듯이 우주에서 태양전지판을 펼칩니다. 세종대학교의 'SPIRONE'은 바다의 플라스틱 쓰레기를 찾습니다. 우주에서 적외선 카메라로 바다를 관찰하며 쓰레기가 어디로 흘러가는지 추적합니다. 코스모웍스의 'JACK-003, 004', 우주로테크의 'COSMIC', 쿼터니언의 'PERSAT01', 한컴인스페이스의 'SEJONG-4', 한국전자통신연구원의 'ETRISat' 등 민간 기업과 연구소들도 각자의 기술을 시험합니다. 이렇게 많은 위성들은 어떻게 한 번에 실을 수 있을까요? 그 비밀은 '다중 위성 어댑터(MPA)'라는 특별한 장치에 있습니다. 예전엔 큰 위성 하나만 실을 수 있었습니다. 하지만 이번엔 새로운 어댑터를 만들어 큰 위성 1개와 작은 위성 12개를 효율적으로 배치했습니다. 중요한 점은 이렇게 탑재된 큐브 위성들이 사출돼 미션을 수행해야 하는데요. 지난 3차 발사에서는 도요샛 3호기가 제대로 사출되지 않았습니다. 하지만 내장된 카메라가 이를 발견하지 못해 확인이 늦었습니다. 이에 따라 내부에는 카메라가 2개 더 달렸습니다. 이번에는 모든 위성이 우주로 나가는 순간을 정확히 촬영할 수 있습니다. 발사 순간, 무엇을 봐야 할까? 연구진들은 새벽에 누리호가 발사될때 로켓의 동체를 보기 어려울 수 있다고 말합니다. 엔진에서 내뿜는 불꽃때문에 누리호는 안보이고 불꽃만 보일 가능성이 높기 때문입니다. 그러면 우리는 어떻게 해야할까요? 누리호가 발사되는 순간부터 시간을 재보는 방법이 있습니다. 누리호는 정해신 시간에 따라 여러 단계가 진행됩니다. 우선 발사 본부에서 진행 버튼을 누르면 자동 시스템의 진행에 따라 카운트다운이 0이 되면 1단 엔진 4개가 불을 뿜습니다. 300톤의 힘으로 200톤의 거대한 로켓이 하늘로 솟구칩니다. 굉음이 온 세상을 뒤흔듭니다. 이어 125초(2분 5초)에는 고도 63.4km에서 1단이 떨어집니다. 1단은 임무를 마치고 고흥 남쪽 430km 바다에 떨어집니다. 234초(3분 54초)에는 고도 201.9km에서 위성을 보호하던 덮개(페어링)가 열립니다. 이제 우주에 도착했으니 보호막이 필요 없어진 것입니다. 페어링은 필리핀 동쪽 1,585km 바다로 떨어집니다. 272초(4분 32초)에는 고도 257.8km에서 2단도 분리됩니다. 2단은 호주 북쪽 2,800km 바다에 떨어집니다. 이제 3단만 남아 목표 지점까지 날아갑니다. 807초(13분 27초)에는 드디어 고도 600km에서 차세대중형위성 3호가 우주로 나갑니다. 이어서 827초부터 927초까지, 큐브위성들이 2개씩 짝을 지어 우주로 흩어집니다. 18~23초 간격으로 총 6번에 걸쳐 사출됩니다. 마치 민들레 씨앗이 바람에 날리듯, 작은 위성들이 우주로 퍼져나가는 것입니다. 그리고 1284초(21분 24초)에는 모든 임무가 끝나고 비행이 종료됩니다. 앞으로는 어떻게 될까? 누리호는 앞으로도 계속 발사됩니다. 5차 발사는 2026년, 6차 발사는 2027년에 예정되어 있습니다. 점점 더 많은 우리나라 위성들이 누리호를 타고 우주로 갈 것입니다. 더 먼 미래에는 더 강력한 로켓도 만들 계획입니다. 현 시점에서는 2032년까지 달에 갈 수 있는 차세대발사체를 개발할 계획이 수립돼 있습니다. 더 강력한 엔진으로 더 많고 무거운 물건을 우주에 수송할 수 있는 강력한 로켓이 될 것입니다. 심지어 재사용도 가능해진다면 더 저렴하게 우주로 갈 수 있습니다. 국내 민간 기업들도 로켓 개발에 뛰어들었습니다. 이노스페이스, 페리지에어로스페이스 같은 스타트업들이 작은 로켓을 만들고 있습니다. 머지않아 우리나라 기업들이 만든 로켓으로 전 세계 위성을 우주로 보내는 날이 올 것입니다. 27일 새벽, 전남 고흥 나로우주센터에서는 역사적인 순간이 펼쳐집니다. 캄캄한 밤하늘을 밝히며 우주로 향하는 누리호의 불꽃. 그 장엄한 순간이 우리나라가 진정한 우주강국으로 도약하는 신호탄이 될 것입니다. 2년 반 전 그날의 감동을 다시 한번 느껴보시겠습니까? 이번엔 새벽의 고요를 깨우며 더욱 특별한 모습으로 찾아올 것 입니다. 2025.11.26 05:00

'크기에 위치까지 비슷하다?'…골디락스 존 속 지구 닮은꼴 행성 숨바꼭질[코스모스토리] ▶ 글 싣는 순서 ①지구 밖 인류의 목적지는 여기?…트라피스트-1 적색왜성계 속 포스트 지구를 찾아서[코스모스토리] ②'크기에 위치까지 비슷하다?'…골디락스 존 속 지구 닮은꼴 행성 숨바꼭질[코스모스토리] 태양보다 작고 차가운 별 적색왜성, 지구에서 약 40광년 거리 떨어진 '트라피스트-1'에는 암석으로 구성돼 딱딱한 표면으로 이뤄진 지구형 행성 7개가 다양한 위치에서 공전하고 있습니다. 물이 액체상태로 존재할 수 있는 골디락스 존에 위치한 행성도 4개나 있습니다. 앞서 중심별에 가까운 b행성과 c행성에서는 대기가 없거나 거의 없는 상태라는 것을 확인했습니다. 이들 행성은 태양계에서 수성과 금성 포지션인 만큼 기대치도 이와 비슷했습니다. 하지만 지금부터는 분위기가 사뭇 다릅니다. 지구와 같은 골디락스 존에서 공전하는 행성을 관측할 차례이기 때문입니다. 골디락스 존이라는 희망과 트라피스트-1 d행성 너무 뜨겁지도, 너무 차갑지도 않아 물분자가 액체상태로 존재할 수 있는 곳을 의미해 행성에서 생명체가 존재할 수 있다고 알려진 골디락스 존은 어느 항성에서든 존재합니다. 이 구간을 공전하는 행성은 적당한 온도와 에너지를 중심별에서 제공받아 적당한 표면온도를 가지게 되고 액체상태의 물과 대기의 형성으로 행성 전반적인 대류현상과 함께 상시적으로 따뜻한 기후를 형성하게 됩니다. 우리의 터전 지구가 이에 해당합니다. 과학자들은 우주에 수를 헤아릴 수 없을 정도로 많은 항성이 존재하고 이 항성들마다 골디락스 존을 형성하고 있다고 가정하고 있습니다. 또한 이 곳을 공전하는 행성을 조사하다보면 지구처럼 물이 풍부하고 따뜻해 인류가 거주할 수 있고 지구밖 외계 생명체를 찾을 수 있을 것이라고 확신하고 있습니다. 우주에 존재하는 항성 중 태양보다 작고 질량과 온도가 작은 이른바 적색왜성은 그 분포가 태양보다 훨씬 많다고 알려져 있습니다. 그래서 이번 트라피스트-1의 골디락스 존 내부 행성 관측은 적색왜성계의 생명체 존재 가능성이 있는 행성을 선별하는 데 큰 가늠좌가 될 수 있습니다. 앞서 관측한 b행성과 c행성은 상대적으로 중심별에 너무 붙어 있어서 너무 뜨겁고 항성풍의 영향을 너무 받아 대기가 거의 존재하지 않는 척박한 환경이라는 것을 확인했습니다. 과학자들은 이들 행성보다 멀리 떨어져 있어 중심별에서 적당히 떨어진 가장 안쪽 궤도이지만 골디락스 존 내부에 안착한 d행성에 이목을 집중했습니다. 천체물리학 저널 레터스에 지난 8월 공개된 '온대 암석 외계행성 TRAPPIST-1 d의 잠재적 2차 대기층에 대한 엄격한 제한(Strict Limits on Potential Secondary Atmospheres on the Temperate Rocky Exo-Earth TRAPPIST-1 d)' 논문에 따르면 연구진은 트라피스트-1 적색왜성과 d행성, 그리고 지구까지 일직선이 됐을 때 발생하는 빛의 변화를 포착하는 트랜짓 관측법을 사용해 d행성의 대기가 어떤 성분으로 구성됐는지 분석했습니다. 중심별에서 방출된 빛이 행성에 근접해 지나갈 때 대기가 존재한다면 구성성분에 따라 빛의 일부가 흡수되는데요. 이러한 성질 때문에 빛의 파장에 변화가 생깁니다. 제임스웹에 내장된 근적외선 분광기(NIRSpec)는 다양한 필터를 활용해 이러한 빛의 미세한 변화를 포착해 행성의 대기 성분을 측정할 수 있습니다. 결과는 어떠했을까요? 논문에서 공개된 빛의 변화 스펙트럼을 살펴보면 빛의 변화가 매우 평탄하게 구성돼 있습니다. 만약 d행성의 대기에 짙은 여러 화학성분이 존재한다면 그래프의 경사면은 더 기울어야 했을 것 입니다. 이는 대기에 뚜렷한 화학성분이 많지 않다는 것을 의미합니다. 통계적 데이터에는 과학적으로 유의미한 정도를 5시그마(σ)로 표현하는데요. 이 수치는 우연히 발생할 확률이 약 350만분의 1 이하임을 의미하며 과학계에서 새로운 발견이라는 것을 공식으로 인정하는 수치입니다. 논문에서 공개된 그래프에는 5시그마보다 낮은 1~3시그마 영역으로 표시돼 있습니다. 그만큼 데이터가 부족하다는 의미가 됩니다. 연구진들은 메탄(CH₄), 일산화탄소(CO), 물(H2O), 암모니아(NH3), 이산화탄소(CO2), 아황산가스(SO2) 등의 화학성분을 가정하고 관측된 데이터와 비교 분석을 진행했지만 그래프에는 어떤 성분도 뚜렷한 신호를 보이지 못했습니다. 연구진은 의미 있는 대기구성 성분량을 검출하지 못했지만 대기 존재 가능성을 완전히 배제하진 않았습니다. 아주 얇은 대기가 있거나 고고도에 에어로졸(대기 중 떠다니는 미세 입자)을 포함할 가능성이 있다고 밝혔습니다. 만약 이러한 조건의 대기를 가지고 있다면 물의 존재가능성은 존재합니다. 이러한 시나리오라면 안개 없는 타이탄, 구름 없는 금성, 초기 화성, 그리고 고대 지구와 구름 없는 현대 지구와 같은 환경을 가지고 있을 수 있습니다. 하지만 이러한 조건은 인류가 거주하기엔 매우 어려운 조건입니다. 예상과는 달리 대기 화학성분이 발견되지 않은 d행성이었지만 이보다 중심별에서 더 떨어진 e, f, g, h 행성에 대한 대기 존재 가능성은 여전히 유효했습니다. 논문의 공동저자인 몬트리올 대학교의 트로티에 외계행성 연구소(IRex)의 비욘 베네케(Björn Benneke)는 "중심별에서 더 떨어져 있는 e, f, g, h 행성에는 대기가 존재할 가능성이 더 높을 수 있다"고 강조했습니다. 과학자들의 초미의 관심이 집중된 트라피스트-1의 첫번째 골디락스 존 내부의 생명체 거주 가능한 행성 대기 관측은 아쉽게도 불발로 끝났습니다. 이는 여러가지 의미를 내포합니다. 우주에 분포하는 수많은 적색왜성계 행성에서는 생명체가 존재할 수 있는 환경이 더 제한적일 수 있다는 점, 그리고 적색왜성계의 골디락스 존에 위치한 행성이라도 보다 범위를 좁혀서 확인해야 한다는 점입니다. 적색왜성이라서 그만큼 중심별에 가깝게 형성돼 있는 골디락스 존, 어쩌면 우리가 생각했던 것처럼 존 내부에 있으면 생명체가 존재할 수 있는 환경이 된다는 의미를 여기에서는 수정해서 생각해야할지도 모르겠습니다. 골디락스 존 가운데 위치한 '포스트 지구' 트라피스트-1 e행성 트라피스트-1 적색왜성계의 골디락스 존 관측이 본격화 되고 있습니다. 8월에 공개된 d행성에 대한 열악한 대기존재 가능성은 자연스럽게 e행성에 대한 기대로 이어졌습니다. e행성은 다른 행성들과는 다르게 지구와 조건이 매우 닮아 있습니다. 행성의 반지름은 지구의 91%, 질량은 약 77% 수준이고 항성계 내 골디락스 존의 한가운데 위치하고 있습니다. 만약 지구 수준의 대기가 형성돼 있다면 행성내 액체상태의 물이 존재할 수 있고 이는 생명체 존재 가능성 또는 인류의 거주 가능성이 열리게 됩니다. 지난 9월 8일 천체물리학 저널 레터스에 e행성에 대한 초기 관측 결과를 분석한 논문 '해비터블존에 위치한 트라피스트-1 e행성에 대한 제임스웹 근적외선분광기 프리즘 전송 스펙트럼(JWST-TST DREAMS: NIRSpec/PRISM Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e)'과 '해비터블존에 위치한 트라피스트-1 e행성의 2차 대기 제약조건(JWST-TST DREAMS: Secondary Atmosphere Constraints for the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e) 2건이 게재됐습니다. 이 논문들은 제임스웹 과학연구진들의 다중 기기 분광법을 통한 외계 행성 대기 심층 정찰(Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy, DREAMS)프로젝트의 일환으로 진행됐습니다. 이 프로젝트는 여러가지 우주망원경으로 외계행성을 관측해 다양한 파장으로 입체적인 데이터를 얻어 외계행성에 대기가 정말 존재하는지 확인하는 프로젝트입니다. 논문에 따르면 연구진은 2023년 6월부터 10월까지 네 차례에 걸쳐 트랜짓 관측을 진행했고 이때 얻은 근적외선 분광 데이터를 기반으로 행성내 대기 유무 및 구성 성분을 분석했습니다. 결과는 어떻게 나왔을까요? 연구진은 우선 e행성에 1차 대기 존재가능성은 0에 수렴한다고 밝혔습니다. 원시 대기라고도 불리는 1차 대기는 행성이 형성될 무렵 암석과 가스가 모여 형성되는 대기입니다. 관측 데이터를 대기가 없는 천체와 고고도에만 구름이 존재할 때 발생하는 그래프와 비교했는데 이와 매우 적합했기 때문입니다. 1차 대기는 행성의 형성 후 중심별의 플레어 영향을 받아 벗겨질 수 있는데요. 우리 지구도 이와 비슷한 과정을 겪었습니다. 이후 화산과 같은 행성 내부 활동이나 행성간 충돌 등 외부 충격으로 인한 대기가 형성될 수 있는데요. 이것을 2차 대기라고 합니다. 대표적으로 금성의 경우 활발한 화산활동으로 수소보다 더 무거운 원소와 화합물로 2차 대기가 두드러지게 형성됐습니다. 트라피스트-1은 적색왜성으로 태양보다 더 활동적으로 플레어를 방출하기 때문에 e행성의 1차 대기가 벗겨진 점은 놀라운 일이 아닙니다. 다만 e행성의 경우 1차 대기가 벗겨진 후 2차 대기를 형성할 만한 특별한 요소가 확인되지 않은 만큼 대기가 전혀 없을 가능성과 짙은 대기가 있을 가능성 두가지가 반반으로 공존하고 있습니다. 연구진은 대기의 구성성분에서 질소가 풍부한 환경일 가능성을 제시했습니다. 제임스웹의 분광 스펙트럼 데이터에서 대기의 배경가스를 수소와 질소분자, 빛 흡수체를 이산화탄소와 메탄으로 설정하고 비교한 결과 질소의 경우 일관적인 데이터를 보이지만 수소의 경우 음영지역(검정색 부분)이 두드러져 대기상 풍부하게 존재할 가능성은 적다고 판단했습니다. 또한 금성과 화성의 대기 주성분인 이산화탄소가 풍부하지 않은 것으로 나타났습니다. 하지만 연구진은 메탄의 존재 가능성을 열어뒀습니다. 질소와 메탄이 혼합된 모델이 관측 데이터와의 여러 예측 모델과 특성이 유사하기 때문입니다. 이어 연구진은 만약 질소와 메탄 대기의 존재가 후속 관측으로 입증된다면 e행성의 대기는 짙은 질소 대기와 메탄 호수를 가진 토성의 위성 타이탄과 유사한 행성일 가능성이 있다고 강조했습니다. 대기 조건이 갖춰질 경우 연구진은 e행성에 제한적인 바다 존재 가능성도 전망했습니다. 효과적인 온실 효과가 진행됐을 경우 지구처럼 전방위 액체 바다가 존재할 수 있고 온난화가 약하더라도 조석고정으로 별을 바라보는 부분은 액체, 반대쪽은 얼음으로 된 행성의 형태를 하고 있을 수 있다고 전망했습니다. 행성간 비교관측도 진행한다 수차례에 걸친 트라피스트-1 행성들에 대한 관측에서 드디어 대기 존재 가능성이 있는 행성이 나타남에 따라 후속 연구도 진행됩니다. 연구진은 e행성에 대해 앞으로 15번의 추가적인 관측을 진행할 계획입니다. 초기 관측으로 대기 존재의 작은 가능성을 확인했지만 이는 어디까지나 추가 관측을 할 조건을 충족한 수준에 불과합니다. 더 확실한 대기 존재 및 액체상태의 물 존재를 확인하기 위해 연구진은 b행성과 e행성이 중심별을 순차적으로 지날 때 '버티컬 관측'을 진행합니다. '버티컬 관측'은 두 행성이 연속적으로 중심별을 가리는 순간을 관측하는 방법입니다. 두 행성이 비슷하게 지나는 타이밍에 관측한다면 중심별의 변동성에 의한 빛의 변화를 최소화하면서 암석행성으로 확신하는 b행성과 e행성의 데이터 변화를 비교할 수 있습니다. 이때 e행성의 분광 스펙트럼 데이터에만 나타나는 화학 물질 데이터는 강력한 증거가 됩니다. 과연 40광년 건너편에 있는 이웃 행성에는 대기와 물이 존재할까요? 그리고 그곳에는 생명체의 존재 가능성이 있을까요? 관측이 진행되고 그 연구결과가 발표되는 순간이 기다려집니다. 2025.11.02 07:00

지구 밖 인류의 목적지는 여기?…트라피스트-1 적색왜성계 속 포스트 지구를 찾아서[코스모스토리] ▶ 글 싣는 순서 ①지구 밖 인류의 목적지는 여기?…트라피스트-1 적색왜성계 속 포스트 지구를 찾아서[코스모스토리] ②'크기에 위치까지 비슷하다?'…골디락스 존 속 지구 닮은꼴 행성 숨바꼭질[코스모스토리] 우주에서 생명체가 거주하고 있는 행성은 지구뿐일까? 이 철학적인 질문에 대한 답을 얻기 위해 과학자들은 수십 년 동안 우주 속 생명체 존재 증거와 숨바꼭질을 하고 있습니다. 지난 1999년 인류는 한가지 신기한 천체를 발견합니다. 지구에서 물병자리 방향으로 약 40광년 거리에 떨어져 있는 트라피스트-1(TRAPPIST-1) 적색왜성계가 그 주인공입니다. 우리가 살고 있는 지구는 거대한 태양을 중심으로 다른 7개의 행성과 일정 거리를 두고 태양을 공전하고 있죠. 즉 타오르는 항성을 중심에 두고 공전하는 행성들의 모습을 하고 있습니다. 그런데 트라피스트-1은 태양처럼 타오르는 천체지만 표면온도가 훨씬 차가운 천체인 적색왜성으로 질량은 태양의 9% 정도에 불과합니다. 그리고 이 천체를 중심에 두고 행성들이 공전을 하고 있습니다. 행성은 발견한 순서에 따라 명칭을 부여받는데요. 트라피스트-1의 행성들은 공전주기가 작은 행성부터 발견돼 차례대로 기호를 받았습니다. 중심별을 두고 7개의 행성이 공전하는 모습은 태양계와 비슷하지만 중심의 적색왜성은 태양보다 매우 차갑기 때문에 주변에 공전을 하는 행성들이 그만큼 열을 받지 못합니다. 하지만 행성들이 중심별에 붙어 있다면 어떨까요? '트라피스트-1' 적색왜성계는 7개의 행성들 모두가 수성궤도보다 좁은 공간안에 배치돼 있습니다. 이 때문에 태양보다 차가운 적색왜성의 열기로도 행성의 표면에 에너지를 일정량 이상 받을 수 있게 됐습니다. 또한 7개의 행성 모두가 지표면이 딱딱한 암석으로 이루어진 지구형 행성 입니다. 이는 태양보다 약한 만큼 행성이 가깝게 배치돼 있고 궤도에 따라 적절한 에너지를 중심별에서 받을 수 있다는 말이 됩니다. 여기에 모든 행성이 공전과 자전이 같아 달처럼 같은 면으로만 중심별을 바라보는 '조석고정' 상태에 있습니다. 놀라운 점은 계속됩니다. 생명체가 존재하거나 인류가 이주를 하기 위한 조건에는 중심별과 너무 가깝지도, 너무 멀지도 않은 곳으로 물이 액체상태로 존재할 수 있는 '골디락스 존(=해비터블 존, Goldilocks Zone)'에 행성이 위치해 있어야 합니다. 태양계에서는 유일하게 지구가 이 위치에서 공전을 하고 있습니다. 그런데 트라피스트-1 적색왜성계에서는 무려 4개의 행성이 골디락스 존에 포함돼 있죠. 이 천체를 발견했을 당시 과학자들은 드디어 외계생명체가 있을 가능성이 높은 곳을 찾았다는 느낌을 받았다고 합니다. 우리는 왜 적색왜성계 행성을 측정하는가? 이 놀라운 천체를 자세히 보기 위해 과학자들은 발견 당시 활약하던 최고의 광학장비인 허블 우주망원경(HST)과 스피처 우주망원경으로 관측했습니다. 하지만 행성들의 존재 여부는 알 수 있어도 이들 행성에 대기와 물이 존재하는지 여부를 알기엔 데이터가 너무 부족했죠. 이후 2022년 강력한 성능을 지닌 제임스웹 우주 망원경(James Webb Space Telescope)이 본격적인 관측활동을 시작하면서 과학자들의 관심은 다시 트라피스트-1으로 쏠렸습니다. 제임스웹은 트라피스트-1에서 가까운 b행성을 시작으로 순차적으로 모든 행성을 관측합니다. 그런데 여기서 한 가지 의문점이 발생합니다. 행성은 스스로 빛을 내지 못하죠. 망원경이 천체를 관측하려면 어떠한 형태로든 빛을 수신해야 관측할 수 있습니다. 그러면 과학자들은 어떻게 멀리 떨어져 있는 행성을 관측할 수 있을까요? 중심별을 공전하는 행성이 지구와 일직선이 되는 순간 빛은 미세하게 약해지는데요. 이 미세한 변화를 관측하는 트랜짓 관측 방법을 이용해 우리는 행성의 존재를 인식합니다. 또한 행성을 지나는 빛은 대기의 구성성분에 따라 일부가 흡수되는데요. 이 차이를 계산해 우리는 행성의 대기 구성성분을 알 수 있습니다. 하지만 적색왜성은 태양보다 약하고 크기도 작아 아주 민감한 성능의 망원경만 분석할 수 있습니다. 또한 행성의 공전궤도 속도도 제각각이라서 행성의 변화를 분별하기 매우 어렵습니다. 그러면 과학자들이 이렇게 어려운 과정을 거쳐가면서 적색왜성계의 행성을 관측하는 이유는 무엇일까요? 우주에는 태양같은 항성보다 트라피스트-1과 같은 적색왜성의 숫자가 훨씬 많다고 알려져 있습니다. 그만큼 적색왜성을 공전하는 행성의 수 또한 매우 많습니다. 우리가 이 행성들에서 생명체가 존재할 수 있는 대기가 있는지를 파악하는 건 미래의 인류가 우주로 진출하거나 생명체를 찾는데 있어 중요한 기준이 됩니다. 또한 이번 관측으로 골디락스 존과 그 안팎을 공전하는 다양한 지구형 행성의 공전궤도에 따라 얼마만큼 환경이 달라지는지, 그리고 생명체가 존재할 수 있는 환경이 얼마만큼 구성될 수 있는지를 알 수 있게 될 것 입니다. 다양한 환경의 지구형 행성을 거느린 트라피스트-1 적색왜성계 관측이 특별하고 중요한 이유가 여기에 있습니다. 수성과 닮은 트라피스트-1 b행성 첫 관측 행성인 트라피스트-1 b행성은 태양과 지구 거리의 100분의 1도 안되는 매우 좁은 궤도로 공전하고 있으며 공전주기는 약 1.51일에 불과합니다. 과학자들은 이 행성에 대기가 있는지 여부에 큰 관심을 가졌습니다. 대기가 있다는 것은 다양한 증거가 될 수 있는데요. 우선 행성표면에 물이 존재할 수 있고 이를 기반으로 생명체의 존재 가능성이 생깁니다. 또한 이 행성은 중심별에 가장 붙어 있는 별로, 행성에 대기가 있다는 말은 중심별 플레어의 활동 여부와 강도까지도 유추할 수 있게 됩니다. 트라피스트-1은 초저온 적색왜성인 'M형 왜성'으로 구분되어 있는데요. M형 왜성은 성장기에 과도하게 수소융합을 하면 우주 멀리까지 플레어와 X선 등 무작위로 에너지를 발산하기도 합니다. 공전궤도가 가까운 상태에서 행성이 이러한 영향을 받는다면 어떻게 될까요? 각 행성은 저마다 자기장을 가지고 있어 이를 방어하겠지만 자기장이 충분히 강하지 않다면 대기가 대부분 벗겨지게 되고 결국 삭막한 암석행성이 됩니다. 태양계의 수성과 화성의 경우가 이와 비슷합니다. 아직 M형 왜성에 대한 연구가 충분하지 못한 현 시점에서 행성의 대기 유무 파악은 매우 중요합니다. 미국항공우주국(NASA)에 따르면 천체물리학자 '토머스 그린' 박사가 이끄는 국제 연구팀은 제임스웹의 중적외선 관측을 통해 트라피스트-1 b의 표면온도 관측 연구 결과를 네이처지를 통해 발표했습니다. 연구팀은 트라피스트-1 b의 조석고정 특성을 감안해 행성 표면 온도를 측정했는데요. 이때 독특한 측정방식을 사용했습니다.  '이차 식 광도측정(secondary eclipse photometry)' 이라는 관측기술인데요. 이는 행성이 중심별을 가리는 일식이 아닌 행성이 중심별의 뒤를 돌때 중적외선 빛의 변화를 측정하는 기술입니다. 이 방법은 행성이 가시광은 발산하지 못하지만 적외선은 방출한다는 원리를 이용했습니다. 연구진은 제임스웹의 중적외선기기(MIRI)를 활용해 중심별의 뒤를 돌기 전 빛과 중심별 뒤에 있을 때의 빛, 그리고 돌아 나왔을 때의 행성의 빛을 관측했습니다. 중심별 주변에 있을때 b행성에서 방출하는 적외선 빛과 중심별 뒤에 있을때 합쳐진 적외선 빛을 비교하고 중심별의 본래 빛을 차감해 온도 값의 변화를 산출합니다. b행성은 공전을 하면서 자전을 한번하는 조석고정이 되어있기 때문에 중심별을 바라보는 면은 온도가 매우 높지만 만약 대기가 존재해 열의 대류현상이 있다면 예측치보다 표면온도는 더 낮을 것입니다. 결과는 어떻게 나왔을까요? 트라피스트-1 b의 표면 온도는 약 500캘빈(화씨 약 450도)으로 측정됐습니다. 대류현상이 있을때의 시뮬레이션 약 400캘빈보다 뜨겁고 트라피스트-1 b보다 약 1.6배 더 많은 에너지를 받는 수성의 표면온도 약 700캘빈보다는 낮습니다. 이 수치는 결국 b행성에서는 대기가 희박하거나 거의 없다는 결론에 도달하게 합니다. 이렇게 M형 왜성계의 첫 행성에서는 대기가 없다는 것이 확실해졌습니다. 하지만 우리는 아쉬워할 필요가 없습니다. 아직 트라피스트-1 적색왜성계에는 공전하는 행성이 6개나 더 있고 이번에 관측한 b행성은 중심별과 가장 가까운 곳에서 공전하는 가장 가혹한 환경에 있는 행성이기 때문입니다. 포스트 금성으로 바라본 트라피스트-1 c행성 중심별과 가장 가까운 행성의 관측을 마친 과학자들은 바로 b행성 보다 중심별에서 조금 더 떨어져 공전하고 있는 트라피스트-1 c행성에 초점을 맞췄습니다. 태양계에서도 수성 다음의 행성인 금성은 두꺼운 이산화탄소 대기를 두르고 있죠. c행성은 금성과 비슷한점이 많습니다. 우선 중심별을 공전하는 순서도 2번째로 같죠. 게다가 같은 암석형 행성이면서 질량 또한 비슷합니다. 트라피스트-1이 태양보다 약한 적색왜성인만큼 c행성은 금성과 태양거리의 약 1/50정도로 중심별에 가까이 붙어서 공전을 하고 있죠. 그만큼 중심별에서 방사선 영향을 받는 정도 또한 금성과 c행성은 비슷하다고 볼 수 있습니다. 그렇다면 c행성은 금성처럼 두꺼운 대기를 가지고 있을까요? 이에 대한 답을 얻기 위해 독일 막스 플랑크 천문연구소 연구진은 c행성에 대한 대기 존재 여부를 관측한 연구 결과를 지난 2023년 6월 네이처지에 발표했습니다. 연구진은 앞서 b행성에 대한 연구 방법을 차용해 '이차 식 광도측정' 관측법으로 행성의 적외선 변화를 측정했습니다. 연구진은 제임스웹의 중적외선기기(MIRI)를 활용해 c행성의 중적외선 빛을 관측했습니다. 행성이 방출하는 적외선 빛의 양은 온도와 직접적으로 관련이 있으며, 이는 대기의 영향을 받습니다. c행성이 금성과 비슷한 조건을 가지고 있는 만큼 만약 두꺼운 이산화탄소 대기가 있다면 측정했을 때 c행성의 적외선은 구름층에 흡수돼 변화가 없을 것입니다. 반대로 대기가 희박하거나 없다면 적외선은 더 많게 보일 것입니다. 결과는 어떻게 됐을까요? 논문의 1저자 세바스찬 지바(Sebastian Zieba)는 "행성이 대기가 없는 맨 암석이거나, 지구나 화성보다 얇은 CO2(이산화탄소) 대기를 가진 구름이 없는 것과 일치합니다."라며 "만약 행성에 두꺼운 CO2 대기가 있었다면, 우리는 정말 얕은 2차 일식을 관측했거나 전혀 관측하지 못했을 것입니다. 이는 CO2가 15마이크론(1마이크론=1/1000mm) 빛을 모두 흡수하기 때문에 행성에서 오는 빛을 감지할 수 없기 때문입니다."라고 밝혔습니다. NASA에서 공개한 c행성에 대한 적외선 방출 스펙트럼 데이터에 따르면 세가지 시나리오에 따른 그래프가 측정값(빨간 다이아몬드)이 대기가 없는 맨 바위 표면(녹색 선) 또는 구름이 없는 매우 얇은 이산화탄소 대기(파란색 선)와 일치하고 있습니다. 아쉽게도 이러한 수치는 c행성도 b행성처럼 대기가 거의 없고 삭막한 암석으로만 이뤄진 돌덩어리 행성이라는 것을 의미하며 생명체 존재 조건을 갖추지 못했다는 것을 의미합니다. 하지만 절망하기엔 아직 이릅니다. 현대과학이 예측한 생명체가 존재하기 가장 좋은 조건은 골디락스 존 안에서 대부분 형성되기 때문이고 지금까지 관측한 b, c행성은 이에 해당되지 않은 곳이기 때문입니다. 이에 과학자들의 시선은 골디락스 존의 가장 안쪽 궤도에 위치한 d 행성으로 향합니다. 2025.11.02 07:00

고양이가 '꾹' 남긴 우주 속 '냥발' 천체…적외선 관측으로 더 선명해졌다[코스모스토리] 고양이가 '꾹' 남긴 우주 속 '냥발' 천체…적외선 관측으로 더 선명해졌다 제임스웹 우주망원경은 2022년 7월부터 과학 관측 활동을 시작한 이래로 매년 활동 기념 관측 이미지를 공개했습니다. 첫 활동 1주년에는 별의 탄생을 보여주는 구름 복합체 '로 오피우치', 2주년에는 알과 펭귄모양을 하고 있는 듯한 '근접은하 ARP 142'를 관측했습니다. 이번 3주년에는 어떤 천체를 관측했을까요? 웹은 관측 3주년을 기념해 어느때보다 귀여움이 가득한 특별한 선물을 준비했습니다. 바로 NGC 6334 고양이 발 성운(Cat's Paw Nebula)의 상세한 모습입니다. 이 성운은 '냥발성운'이라는 귀여운 별명을 가지고 있는 천체입니다. 마치 고양이 발자국처럼 생겼다고 해서 붙여진 이름입니다. 전갈자리 방향으로 약 4천 광년 떨어진 곳에 위치한 고양이 발 성운은 과학자들이 격동적인 구름에서 별로 변화하는 과정을 자세히 연구할 수 있는 기회를 제공합니다. 웹의 선명한 해상도 덕분에 이번 관측으로 이전에는 볼 수 없었던 구조적 세부사항과 특징들이 드러났습니다. 이미지의 중앙에는 갈색 먼지 사이에 작고 불타는 붉은 덩어리들이 흩어져 있습니다. 이 빛나는 붉은 천체들은 비록 두꺼운 먼지에 가려져 있지만, 대규모 별 형성이 진행 중인 지역입니다. 중앙 상단의 발가락 모양을 천문학자들은 '오페라 하우스'라고 별명을 지었는데요. 이 부분의 주황색과 갈색 먼지층 바로 아래 회절 스파이크가 있는 밝은 노란색 별이 있습니다. 이 별은 주변의 가스와 먼지를 깍아 내렸지만 더 먼 거리로 밀어내지 못해 별 주변 물질로 이뤄진 조밀한 껍질 형태의 먼지층을 만들어냈습니다. 왼쪽 아래의 발가락을 보면 청백색의 별들이 밝게 빛나고 있고 주변 공동 내 작은 밀도의 가스 먼지들이 필라멘트 형태를 이루고 있습니다. 근적외선과 중적외선으로 드러난 행성상 성운의 선명한 속살 제임스웹 우주망원경이 포착한 NGC 6072 행성상 성운은 별의 생애 마지막 장면을 보여주는 우주의 경이로운 예술작품입니다. 1700년대 후반 발견된 이후로 천문학자들은 행성상 성운이 다양한 모양과 크기로 나타날 수 있다는 것을 알게 됐죠. 대부분의 행성상 성운은 원형, 타원형, 또는 쌍극형으로 나타나지만, NGC 6072는 정말 특별한 모습을 보여줍니다. 중심 영역은 뜨거운 항성 핵에서 나오는 빛으로 빛나며, 근적외선에서 연한 파란색으로 보입니다. 흥미롭게도 가스와 먼지로 이루어진 어두운 주황색 물질이 어둡게 보이는 영역의 주머니나 빈 공간을 따라 분포해 있습니다. 이러한 모습은 중심별의 뜨거운 방사선으로부터 보호받으면서 조밀한 분자 구름이 형성될 때 만들어질 수 있습니다. 중적외선 관측에서는 더욱 놀라운 세부사항들이 드러납니다. 근적외선보다 더 긴 파장을 포착하는 중적외선기기(MIRI)는 주변에 분포한 먼지를 강조하면서, 연구자들이 이 천체의 중심에 있을 것으로 추정하는 별의 모습을 깔끔하게 핀포인트로 보여줍니다. 중적외선 관측 이미지에서 별은 분홍빛이 도는 흰색 점으로 관측됩니다. 근적외선의 빨간 영역과 중적외선의 파란 영역 모두 차가운 분자 가스를 나타내는 반면, 중심 영역은 뜨거운 이온화된 가스를 보여줍니다. 이런 다파장 관측을 통해 우리는 성운의 물리적 조건과 구조를 더 잘 이해할 수 있게 됐습니다. '같지만 다른 느낌' 두 성단의 가시광선과 적외선 듀오 허블 우주망원경과 제임스웹 우주망원경이 함께 관측한 NGC 460과 NGC 456 성단은 우주 속 동일 천체를 다른 파장으로 다양하게 관측하는 것이 얼마나 중요한지 보여주는 좋은 사례입니다. 개방성단 NGC 460과 NGC 456은 우리 은하 주위를 도는 왜소은하인 소마젤란 성운에 위치해있습니다. 개방성단은 중력으로 느슨하게 결합된 수십 개에서 수천 개의 젊은 별들로 구성되어 있는데요. 이 성단들은 서로 연결되어 있는 광범위한 성단과 성운 복합체의 일부입니다. 허블의 가시광선 관측에서는 별빛이 가스와 먼지 구름에서 '거품'을 일으키면서 파란색으로 빛나는 이온화된 가스가 보입니다. 반면 웹의 적외선 관측은 먼지의 덩어리와 섬세한 필라멘트 구조를 강조하면서 보여줍니다. 정말 흥미로운 점은 허블 관측에서 먼지는 종종 빛을 가리고 차단하는 실루엣으로 보이지만, 웹의 관점에서는 별빛에 의해 뜨거워진 먼지가 자체적인 적외선 빛으로 빛납니다. 이 천체가 특별한 이유는 N83-84-85 복합체로 알려진 이 성단에 희귀한 O형 별들이 모여있기 때문입니다. O형 별은 우리 태양처럼 수소를 연소하는 매우 뜨겁고 극도로 무거운 별입니다. 천문학자들은 우리 은하의 약 4천억 개 별 중에서 O형 별은 약 2만 개 정도만 있다고 추정합니다. 소마젤란 성운은 우리 은하보다 금속 함량이 낮기 때문에 연구자들에게 큰 관심을 받고 있습니다. 천문학자들은 수소와 헬륨보다 무거운 모든 원소, 즉 원자핵에 두 개 이상의 양성자를 가진 원소들을 '금속'이라고 부릅니다. 이런 상태는 초기 우주의 조건을 모방하기 때문에, 우주 초기 단계에서 별 형성과 성간 매질에 대한 이론을 탐구할 수 있는 최적의 실험실 역할을 하게 될 것입니다. NGC 460과 NGC 456 관측을 통해 천문학자들은 이 지역에서 가스의 흐름이 어떻게 모이고 분할되는지 연구하고, 소마젤란 성운과 주변 왜소은하 사이의 충돌 흔적을 탐구할 것입니다. 텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2025.08.10 06:00

우주 타임랩스 찍는다…베라루빈천문대 첫 관측물 공개[코스모스토리] 칠레 엘 페뇬(El Penón)산 정상(해발 2647미터)에서 10년간 건설 끝에 완공된 차세대 천문대 베라루빈천문대(Vera C. Rubin Observatory). 미국 천문학자이자 암흑물질 연구의 선구자로 알려진 베라 루빈(Vera Rubin)이 예측보다 빠르게 회전하는 은하들을 발견하고, 암흑물질의 존재를 증명하는 데 큰 공헌을 한 그녀의 공적을 기려 명명됐습니다. 허블우주망원경(HST)과 제임스웹우주망원경(JWST) 등 지구를 벗어난 우주 공간에서 관측하는 스페이스 관측이 활발히 진행되는 가운데 지상 천문대의 새로운 관측 소식은 다소 감흥이 덜할 수 있습니다. 하지만 천문학계에서는 가동 소식에 박수를 보내고 있습니다. 이 천문대의 등장은 왜 그렇게 중요할까요? 기존과는 격이 다른 관측 범위 최근 트럼프 행정부의 예산 삭감으로 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 뒤를 이을 차세대 우주망원경인 '낸시 그레이스 로만 우주망원경' 프로젝트에 차질이 빚어지면서, 천문학계에서는 아쉬움의 목소리가 나오고 있습니다. 이 차세대 우주망원경은 제임스 웹보다 훨씬 넓은 영역을 다양한 파장에서 관측할 수 있어, 기존의 우주 관측 범위를 획기적으로 확장시켜 줄 것으로 기대를 모았습니다. 이러한 상황에서 루빈천문대의 가동소식은 가뭄 속 단비처럼 천문학자들의 갈증을 채워줄 주자로 부상했습니다. 이 천문대의 특징은 넓은 영역의 우주를 한번에 관측한다는 데 있습니다. '시모니 서베이 망원경'이라고 불리는 이 장비에는 중심부에 관측영역을 담아내는 거대규모의 이미징처리장치(CCD)가 자리잡고 있습니다. 마치 세계에서 가장 큰 디지털 카메라를 사용하는 것과 같은 느낌입니다. 그 규모는 무려 3200메가 픽셀(32억 화소)에 달합니다. 수천만화소의 개인 카메라를 사용하는 시대에서 단순히 픽셀을 이야기 하는 것은 피부에 와닿지 않을 수 있습니다. 하지만 이 규모는 보름달 40개를 동시에 촬영할 수 있는 엄청난 크기입니다. 게다가 카메라 본체만 2.8톤, 냉각장치만 3톤에 달합니다. 진정한 의미의 '우주 관측전용 초고화질 사진관'인 셈입니다. 여기서 한가지 의문이 생깁니다. 왜 넓은 관측범위를 확보하기 위해 거대한 관측 기구를 구축할 필요가 왜 있는가 입니다. 좁은 범위의 관측으로 밤하늘을 모두 관측하려면 너무 많은 시간이 소요됩니다. 시간이 지나면 처음 관측했던 곳은 기존과 다른 모습을 할 수 있죠. 즉 천체들의 단편적인 모습만 알 수 있습니다. 하지만 넓은 영역의 관측을 진행한다면 밤하늘을 담아내는 시간이 짧아집니다. 실제로 루빈 천문대는 밤하늘 전체를 3일 간격으로 촬영하고 이를 10년간 계속 진행할 계획입니다. 같은 화각의 장면을 장시간 수백, 수천장 촬영하고 그 사진들을 이어 붙이는 '타임랩스' 기법은 멈춰있는 사진들이 시간순서대로 촬영돼 그 변하는 모습을 보여줍니다. 이 기법의 특징은 기존 영상촬영장비로는 담기 어려운 희미한 빛을 카메라의 다양한 세팅값 조정으로 담아내고 그 변화를 담아낼 수 있다는 점입니다. 루빈천문대도 느리게 변하는 밤하늘을 72시간 간격으로 촬영해 마치 밤하늘의 타임랩스를 만들 계획입니다. 우주의 변화를 실시간으로 기록하는 이 프로젝트를 '시공간 기록 탐사(Legacy Survey of Space and Time, LSST)라고 부릅니다. LSST가 중요한 이유는 무엇일까요? 천문학자들은 별들의 탄생과 죽음, 은하의 충돌, 지구로 접근하는 소행성 등을 실시간으로 관찰하며 그동안 풀지 못했던 우주의 비밀들을 밝혀낼 수 있기 때문입니다. 게다가 이런 데이터를 통해 천문학뿐 아니라 물리학, 수학, 데이터 과학 등 다양한 분야의 연구도 함께 발전할 수 있습니다. 이 천문대는 단순히 크기만 큰 게 아닙니다. 거대한 판형에서 나오는 관측 데이터는 매일 밤 20테라바이트(TB) 이상의 규모로 출력됩니다. 이렇게 막대한 데이터가 매일 출력된다면 그에 따른 데이터 처리 장치가 필요합니다. 너무 많은 데이터의 변화가 있다면 놓치는 데이터가 발생할 수 있습니다. 그리고 그 중 하나에 인류가 찾고 있는 어떤 증거가 있을지도 모르는 일이죠. 루빈천문대에는 이 거대규모 데이터를 관리하기 위해서 '데이터 집사(Data Butler)'라는 시스템까지 도입했습니다. 이 시스템은 매일같이 쏟아지는 데이터를 자동으로 정리하고 분류해 천문학자들이 연구할때 효율적인 정보 접근을 도와주는 역할을 합니다. 여기서 놀라운 점은 국내 한국천문연구원도 루빈천문대의 관측 데이터 접근권을 가지고 있다는 점입니다. 천문원은 루빈 천문대 건설 과정에서 현물 기여(In-kind Contribution) 형식으로 역할을 분담했는데요. 그 덕분에 권한을 얻었습니다. 이를 기반으로 천문연은 국내 연구자들에게 LSST자료를 활용할 수 있는 기회를 제공할 방침입니다. 우주의 보물상자를 공개합니다 그러면 루빈천문대의 첫 관측물은 어떤 것들이 있을까요. 미국국립과학재단(NSF)와 광적외선천문학연구소(NOIRLab)는 지난 23일(현지시간) 루빈천문대의 망원경으로 관측한 4가지의 관측물을 공객했습니다. 처음으로는 처녀자리 성단의 남쪽 지역과 우리 은하수에서 가장 가까운 대규모 은하 집단에 초점을 맞춘 거대 이미지 입니다. 지구에서 약 5500만 광년 떨어진 이 성단의 주변에는 파란색에서 빨간색에 이르는 밝은 별부터 우리에게 상대적으로 가까워지는 파란색 파장의 나선 은하, 멀리 있는 늘어진 빨간색 파장의 은하군에 이르기까지 다양한 천체가 담겨있습니다. 이 이미지는 200만배 확대가 가능할 정도로 초고해상도로 촬영됐으며 이 안에는 약 천만개의 은하가 담겨있습니다. 이번 촬영에서 공개된 화각은 총 25제곱도로 한 번 10제곱도로 촬영하고 같은 장소를 다른색생의 필터와 다른 노출로 여러번 촬영한 후 데이터를 합쳐 한 번의 노출로는 포착할 수 없는 매우 희미한 천체의 디테일을 모두 포착해냈습니다. 이번 이미지를 만들기위해 천문대는 1185개의 노출과 7박 동안의 관측시간이 걸렸습니다. 새로운 천체 무리를 포착하다 다음으로 공개된 관측물은 새로운 천체를 포착하는 모습입니다. 루빈 천문대는 10제곱도의 넓은 영역을 한번에 관측할 수 있습니다. 이는 태양계에 넓게 퍼져 있는 비교적 가까운 거리에 있는 천체들의 움직임 또한 모니터링 할 수 있다는 의미가 됩니다. 이번 첫 관측에서 루빈 천문대는 소행성을 포함한 태양계의 새로운 천체를 2104개 발견했습니다. 여기에 과거에 알려진 1800여개의 천체를 추가로 감지해 총 4000개 미만의 천체를 탐지했습니다. 타임랩스를 통해 데이터를 만든다면 이 엄청난 수의 천체들이 움직이는 모습을 동시에 연구할 수 있고 과거 오우무아무아처럼 외계 천체의 태양계 방문도 보다 더 빠르고 정확하게 포착할 수 있습니다. 향후 완전히 가동된 루빈천문대는 첫 1~2년 동안 수백만개의 천체를 발견할 것으로 전망되고 있습니다. 반짝반짝 빛나는 변광성을 모니터링 우주는 그 넓이 때문에 다중촬영을 한다는 것은 그만큼 중요성이 검증된 천체에 한정해서 제한적으로 반복 관측을 진행합니다. 그렇기때문에 우리는 우주의 신비로운 현상들을 놓치고 있었는지도 모르겠습니다. 하지만 루빈천문대의 이번 공개로 그 범위가 상당수 줄어들 것임이 확실해보입니다. 세번째로 공개된 루빈천문대의 관측물은 바로 맥동형 변광성의 모니터링입니다. 루빈천문대는 이번 관측에서 46개의 미묘하게 반짝거리며 밝기가 변하는 별들 즉 맥동형 변광성들을 포착했습니다. 이들 별의 반짝거림을 포착하는 것은 매우 중요합니다. 이 관측 데이터를 통해 우리는 별의 절대등급을 구할 수 있습니다. 이 절대등급과 겉보기 등급과의 차이를 바탕으로 별 사이의 거리를 계산할 수 있어 그 사이의 거리를 측정할 수 있습니다. 이러한 거리는 우리가 우주 지도를 구축하는데 매우 중요한 자료가 됩니다. 다른 망원경들은 하나의 천체의 밝기변화를 측정할 수 있지만 루빈천문대는 범위안의 별들의 변화를 동시에 포착할 수 있습니다. 몽환적인 코스믹 파노라마…삼엽성운과 라군성운 우리는 아직 우주의 10%도 관측하지 못했습니다. 인류가 우주에 대한 관측을 계속한다면 우리는 우리가 기존에는 알 수 없었던 현상을 하고 있는 천체를 발견할지도 모릅니다. 그 모습은 성운의 구름처럼 뿌옇게 보일 수도 있고 우리은하의 검은 부분처럼 음영지역처럼 보일수도 있습니다. 루빈천문대의 마지막 네번째 공개 이미지는 삼엽성운(Trifid Nebula, 오른쪽 위)과 라군 성운(Lagoon Nebula, 아래)의 몽환적인 모습입니다. 먼저 궁수자리에서 약 5000광년 떨어져 있는 다채로운 가스먼지구름인 삼원소 성운은 눈에 띄게 빛나는 분홍색 방출성운, 파란색 반사 성운 그리고 이들을 구분하는 어두운 먼지들이 한곳에 모여 있는 모습을 하고 있습니다. 이미지상 아래 위치한 라군성운은 중심에 젊고 거대한 별이 모여있고 강력한 방사선이 뿜어져 주변 가스 구름을 밝혀 소용돌이치는 모습으로 만들었습니다. 천문학자들은 라순 성운의 구름 모습을 통해 성단의 형성과정과 거대한 가스 구름의 붕괴 과정, 아기별들의 환경 구성 등 별 형성의 초기 단계를 연구하고 있습니다. 이들 성운의 모습은 별의 형성과 성간물질의 변형 및 순환, 빛의 음영지역 등 우주 관측을 하면서 필요한 다양한 요소들이 세트 꾸러미처럼 보입니다. 새로운 우주를 맞이할 준비는 되었나요? 루빈천문대의 세밀한 표현력은 새로운 시각으로 우주를 바라보는 우리가 앞으로 전혀 예측할 수 없었던 새로운 천체를 발견하게 될 때, 그것을 정확하게 인식하고 올바르게 이해하는데 도움을 줄 것입니다. 새로운 데이터가 공개될 때마다 작은 소행성과 성간 이동 물질, 기존에는 미처 알지 못했던 새로운 천체 등 우리는 새로운 발견을 할 가능성이 높아지고 있고 그 발견을 통해 우리는 우주를 이해하는데 한 걸음 더 나아갈 것입니다. 새로운 우주를 맞이할 준비는 되었나요? 텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2025.06.29 07:00

목성에도 지구같은 오로라가?…제임스 웹으로 관측한 목성의 극지방[코스모스토리] 목성에도 지구같은 오로라가?…제임스 웹으로 관측한 역동적인 목성의 극지방 지상 천문대부터 허블 우주망원경(HST), 그리고 달 뒷편 라그랑주 2점에서 우주 관측을 진행중인 제임스 웹 우주망원경(JWST)까지…천문 관측 기술이 발전하면서 천문학자들은 기존에 관측했던 천체를 새로운 기술로 더 정밀하게 관측하면서 이전에는 알 수 없었던 다양한 현상을 발견하고 있습니다. 태양계에서 제일 큰 행성 목성. 맑은날 밤하늘을 관측하면 일반인도 거대한 줄무늬를 한 모습을 발견할 수 있는 이 천체를 최근 제임스 웹이 다시 한 번 관측했습니다. 미국항공우주국(NASA)은 지난 12일 목성의 북반구에 발생한 거대한 오로라를 집중 관측한 결과물을 공개했습니다. 목성의 엄청난 자기장으로 인해 지구에서 발생하는 오로라보다 훨씬 더 크고 선명합니다. 이번 관측에서 주목할 점은, 목성의 북극 지역에 뚜렷하게 형성된 오로라입니다. 이는 태양풍을 포함한 고에너지 입자들이 목성의 자기장을 따라 내려오면서 상층 대기와 충돌해 만들어진 현상입니다. 제임스 웹은 이 현상을 통해 목성의 자기권(Magnetosphere), 대기 상층의 열층, 그리고 극지의 복잡한 대기 순환 구조까지 입체적으로 관측했습니다. 나사는 이 오로라가 목성의 위성 중 화산활동으로 유명한 이오(Io)에서 방출되는 입자와도 깊은 관련이 있다고 밝혔습니다. 이오의 지각 활동으로 우주공간으로 분출된 물질은 목성의 강력한 자기장에 포획돼 고속으로 이동하다 목성의 극지방으로 낙하하면서 오로라가 형성에 기여한 것으로 분석됩니다. 프로젝트를 이끈 영국 레스터 대학교의 조나단 니콜스는 "고해상도 적외선 이미지와 스펙트럼 분석은 JWST가 아니면 구현할 수 없던 정밀 관측이었고, 그 결과 목성의 내부 에너지 구조와 대기 역학을 파악하는 데 결정적인 단서를 제공하게 됐다"고 말했습니다. 연구팀은 자료를 분석하면서 새로운 현상을 또 발견했습니다. 허블우주망원경이 관측한 자료와 비교해보니 오로라 내부 극지방에 제임스 웹에서 밝게 보이는 부분이 허블에서는 보이지 않았습니다. 보통 자외선과 가시광선으로 보이지 않는 부분이 적외선으로 관측되는 경우가 있는데요. 이 현상을 연구진도 정확히 설명하지 못하고 있습니다. 두꺼운 목성 극지방 대기 안에 어떤 현상이 진행되고 있을지 모르겠습니다. 이 자료는 앞으로 목성의 대기 및 우주환경에 대한 연구 데이터로 활용될 전망입니다. 천문학자와 은하 사이의 숨바꼭질…M83 중심에서 포착된 숨어있는 블랙홀의 흔적 우주의 곳곳에 숨어있는 크고 작은 블랙홀, 이 천체가 가진 중력의 크기는 측정이 불가능할 정도로 강력해 시공간을 휘게 만들고 주변 천체를 잡아먹기까지 합니다. 인류는 우주 속 이 강력한 천체를 연구하기 위해 여러 은하의 중심에 분포하는 블랙홀을 연구하고 있습니다. 남쪽 바람개비 은하라고 불리는 M83(Messier 83)은하는 바다뱀자리 방향으로 약 1500만 광년 떨어진 막대나선은하 입니다. 나선팔이 감긴 모습이 매우 역동적인데요. 그 주변에는 아기별들이 탄생하고 있어 자주 관측되는 천체이기도 합니다. 최근 천문학자들은 제임스 웹을 사용해 이 은하의 복잡한 모습을 중적외선 기기(MIRI)로 관측했고 이곳에서 발견한 놀라운 관측 결과를 공개했습니다. 겉보기엔 아름다운 나선 팔을 가진 고요한 은하처럼 보이지만, 그 중심부에서 기존에는 보이지 않았던 이온화된 네온가스를 발견됐습니다. 연구진의 분석결과 이 네온가스는 별의 광도로 설명될 수 없는 고에너지 방사선의 흔적으로, 초대질량 블랙홀에 대한 강력한 증거가 됩니다. 과거 M83은 활동성 은하핵(AGN)이 없다고 여겨졌습니다. 이는 X선이나 가시광선 관측에서 뚜렷한 신호가 확인되지 않았기 때문입니다. 그러나 제임스 웹의 중적외선 관측을 통해 네온가스를 발견했고 이는 숨어있는 블랙홀의 강력한 증거가 됩니다. 유럽우주국 AURA와 수석 연구원 스베아 에르난데스는 "M83의 핵에서 고도로 이온화된 네온 방출을 발견한 것은 예상치 못한 일"이라며 "이러한 신호는 일반적인 별의 방사로는 설명할 수 없을 만큼 고에너지 특성을 띱니다"라고 설명했습니다. 연구팀은 M83 중심부에 태양질량의 수천만배 규모의 초대질량 블랙홀이 서서히 물질을 흡수하며 성장하고 있을 것이라고 추정하고 있습니다. 이 발견은 우리와 비교적 가까운 은하에서도 숨어있는 블랙홀이 존재할 수 있음을 알려주며, 은하 진화와 블랙홀 성장 간의 관계를 재해석하게 만드는 계기가 될 것입니다. 우주에 떠 있는 모래시계?…NGC 1514가 보여준 별의 마지막 퍼포먼스 지구에서 황소자리로 약 1500광년 떨어진 NGC 1514는 '수정구 성운(Crystal Ball Nebula)'이라는 별명을 가지고 있습니다. 이는 이 성운이 마치 투명한 유리 구슬처럼 보이기 때문인데요, 그 아름다움 뒤에는 별의 생애 마지막 장면이 담겨 있습니다. 이 천체는 쌍성계에 속하는 중심별이 진화하면서 겉껍질을 벗어내고 주변 우주로 물질을 방출하여 형성된 행성상 성운(Planetary Nebula)입니다. 지금까지 이 성운은 일반적인 타원형 구조로 관측됐지만, 제임스 웹의 적외선 관측으로 우리는 이 천체의 새로운 모습을 알 수 있게 됐습니다. 연구팀은 제임스 웹의 중적외선 기기(MIRI)를 사용해 이 성운의 외곽에 형성된 정교한 고리형 구조를 포착했습니다. 이는 중심별의 극 방향으로 빠르게 방출된 가스가 주변 성운 물질과 상호작용하며 형성된 것입니다. 또한, 천체의 중심에는 두 개의 별이 서로 물질을 교환하는 장면이 포착됐는데요. 이 형태는 두개의 원뿔이 맞닿은 중심에서 물질이 이동하는 마치 모래시계처럼 보이기도 합니다. 이 신비로운 구조는 성운의 복잡한 대칭성이 어떻게 형성되었는지 설명할 수 있는 중요한 단서가 됩니다. 특히 제임스 웹은 이전 망원경들이 포착하지 못했던 다양한 먼지의 성분, 예를 들어 탄소, 실리콘, 산화물 등이 분포된 양상도 분석했습니다. 이 정보는 항성 진화 모델을 검증하고, 항성이 죽음에 다다를 때 어떤 식으로 물질을 우주에 되돌려줄지를 이해하는 데 도움을 줄 것입니다. 텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2025.05.25 05:00

천문학계 골드러시 시작?…유클리드 첫 과학 데이터 꾸러미 공개[코스모스토리] 천문학계 골드러시 시작되나…유클리드 첫 과학 데이터 꾸러미 공개 지난해 2월부터 암흑물질의 비밀을 밝혀내기 위해 관측 임무를 진행 중인 유클리드 우주망원경. 제임스 웹 우주망원경과 허블 우주망원경 대비 넓은 시야각으로 밤하늘의 약 1/3에 해당하는 영역을 관측해 우주 3D 지도를 만들겠다는 목표를 가지고 있습니다. 그로부터 약 1년이 지난 지난달 19일. 전 세계 천문학자들은 모두 숨죽이며 유클리드의 과학 데이터 발표를 기다렸습니다. 지금까지 수차례의 관측 이미지 공개는 있었지만 이번에는 그 성격이 조금 다릅니다. 유클리드 임무의 본질인 딥필드 관측 데이터 꾸러미를 공개하기 때문입니다. 유클리드는 다른 우주망원경에 비해 관측 화각이 압도적으로 넓어 목표 천체를 포함한 주변의 영역까지 한 번에 담아냅니다. 근적외선 촬영을 하는 덕분에 우주의 끝을 관측한다는 제임스 웹만큼은 아니지만 약 100억 광년 거리의 빛까지 담아낼 수 있습니다. 딥필드 관측은 일정 지역을 오랫동안 관측하면서 수십~100억 광년까지 떨어진 희미한 빛을 담아내는 작업입니다. 일반적인 관측보다 더 많은 빛을 담아 깜깜한 우주 속에 숨어있는 더 많은 천체의 모습이 보입니다. 특히 이번 과학 데이터는 유클리드가 관측임무를 시작하고 처음 공개하는 첫 딥필드 관측 데이터입니다. 공개된 딥필드의 영역은 전체 하늘의 1/3인 1만 4천 제곱도의 하늘 중 0.4%에 해당하는 63.1 제곱도의 영역에 해당합니다. 매우 작은 숫자로 보이지만, 이는 실제로 보름달의 300배가 넘는 넓이입니다. 이 영역의 위치는 어느 곳일까요? 지구에서 보이는 하늘을 2차원으로 펼쳐 놓은 '가이아&플랑크(Gaia&Planck) 하늘 지도'에서 바라볼 때, 이번에 관측한 부분은 총 세 곳입니다. 우리은하를 기준으로 서북쪽의 '딥필드 북부',  동남쪽의 '딥 필드 포낙스', 그리고 포낙스보다 조금 더 동남쪽에 '딥필드 남부'입니다. 유클리드는 이 영역에서 38만 개 이상의 은하와 약 500개의 중력렌즈 후보군을 담아냈습니다. 관측 영역의 거리는 약 100억 광년에 달하죠. 어떤 우주망원경도 이 정도의 넓이와 거리로 담아내지 못했습니다. 과거 관측 결과 발표에서는 이들 영역에서 주요 천체를 설명하곤 했지만 이번에는 데이터 꾸러미로서 필드 속 수많은 천체의 모습을 여과 없이 보여줍니다. 희귀하다고 알려진 중력렌즈 효과로 발생하는 아인슈타인 링도 여러 개 발견됐습니다. 중력 현상은 암흑물질의 분포와 성질을 이해하는 데 중요한 요소로 3D 우주 지도를 구축하는데 핵심자료가 됩니다. 이어 자료 속에는 다양한 각도에서 보이는 나선은하들의 모습도 관측됐습니다. 우리가 흔히 알고 있는 은하의 모습은 중앙의 은하핵을 두고 회오리치는 정면의 모습이지만 이 자료를 통해 은하의 형태와 진화 과정을 연구하는 데 유용할 것으로 보입니다. 북쪽 딥필드 관측 데이터에는 얇게 실눈을 뜨고 바라보는 듯한 고양이 눈 성운(NGC6543)도 관측됐습니다. 이 성운은 별이 생애 마지막 단계에 이르면 외곽층이 탈락해 주변에 가스 고리를 만들어내는데요. 행성이 죽어가는 모습과 후기 진화 과정을 살펴볼 수 있어 연구 가치가 있는 천체입니다. 한편, 유클리드의 관측 데이터는 유럽우주국 홈페이지에서 접근할 수 있습니다. 원시별의 소용돌이 인가…우주 토네이도의 베일을 벗긴 제임스 웹 카멜레온 자리 방면 625광년 거리. 거대한 블랙홀에서 방출되는 제트를 연상시키는 '허빅-아로 49/50(Herbig-Haro 49/50)'. 지난 2006년 스피처 우주망원경이 관측했을 때 천문학자들은 나선형 모양으로 회전하며 무언가를 방출하는 모습을 한 이 천체를 '우주 토네이도'라고 불렀습니다. 마치 제트보트에서 발생하는 물거품 모양과 흡사합니다. 수면 밑에서 모터 팬이 회전하고 이에 물보라가 발생하며 길게 꼬리를 문 물거품이 발생하는데 일정거리가 되면 다시 흩어지며 사라집니다. 허빅-아로 천체는 원시별에서 분출되는 제트가 주변의 기체구름과 충돌할 때 만들어지는 성운 모양의 천체를 말합니다. 우주에는 수많은 원시별이 제트를 뿜어내고 있고 그 모양은 각양각색이기 때문에 발견한 순서에 따라 숫자를 부여하며 구분합니다. 우리가 알고있는 우주 속 천체들을 적외선 관측으로 보다 자세하고 선명하게 재조명하고 있는 제임스 웹 우주망원경은 이 신비로운 모양의 '허빅-아로 49/50' 천체를 2024년 8월 다시 바라봅니다. 근적외선·중적외선 두 가지 모드의 관측 능력을 지닌 제임스 웹은 가시광선의 빛으로 볼 수 없었던 천체들의 진짜 모습을 보여줬습니다. 이미지의 상단에서 동그랗게 빛나는 원시별은 허빅-아로 천체에서 약 1.5광년 떨어진 곳에 위치한 원시별 'Cederblad 110 IRS4'로 생성된 지 수천만 년에서 백만 년밖에 안된 어린별입니다. 황금기에 해당하는 이 별은 시간이 지날수록 점점 질량이 증가하고 더 밝아질 예정입니다. 그리고 이번 관측에서 선명하게 보이는 나선팔 안에 위치한 붉은 덩어리는, 뜨거운 먼지와 함께 별이 형성되는 위치를 보여줍니다. 원시별은 행성 활동으로 제트를 뿜어내는데 이는 허빅-아로가 있는 기체 구름과 충돌하면서 압축돼 가열되다가, 적외선 파장의 빛을 방출하며 냉각됩니다. 웹이 관측한 적외선 모양은 수소 분자와 일산화탄소 분자로 구성돼 있습니다. 허빅-아로 천체들은 제트의 세기, 먼지입자의 종류, 분포에 따라 다르게 보이는데 이곳에서는 마치 회오리치는 기둥인 토네이도 모양처럼 보입니다. 마침내 발견한 푸른행성 상공의 녹색띠…사상 첫 해왕성 오로라를 관측한 제임스 웹 대기가 있는 태양계 행성은 태양에서 뿜어내는 태양풍이 행성의 자기장에 갇혀 상층 대기와 충돌하는 현상이 발생합니다. 이때 충돌한 에너지는 빛을 만듭니다. 이 빛이 바로 오로라입니다. 충돌하는 태양풍의 세기에 따라서 오로라의 규모도 커지는데요. 지상에서는 하늘에 빛의 커튼이 달린 것처럼 아름답게만 보입니다. 미국항공우주국(NASA)은 지난 1989년 보이저 2호의 해왕성 근접비행에서 오로라 활동에 대한 아주 약간의 힌트만 포착했고 이후 해왕성 오로라 관측을 시도했지만 매번 실패했습니다. 목성, 토성, 천왕성 등 태양계의 다른 목성형 행성도 오로라 관측에 성공했지만 유독 해왕성에서만큼은 관측할 때마다 오로라는 그 모습을 보여주지 않았습니다. 그 이유는 해왕성의 오로라는 근적외선의 아주 민감한 감도로만 관측 가능했기 때문입니다. 가시광선으로 관측하는 보이저 2호와 허블 우주망원경은 해왕성 오로라의 빛을 포착하기 어려웠습니다. 연구진은 기존의 관측 방식을 변경해 제임스 웹의 근적외선 분광기(NIRSpec) 관측을 지난 2023년 6월에 진행했고 해왕성 상층 대기에서 오로라 생성의 열쇠인 삼중수소 양이온(H)의 존재를 나타내는 방출선을 발견했습니다. 하지만 해왕성에서 발견된 오로라는 지구를 포함한 다른 태양계 행성에서 발견되는 모습과 조금 다릅니다. 바로 발견된 위치인데요. 북극과 남극, 극지방에 근접한 곳이 아닌 중위도에서 관측됐습니다. 이 위치를 지구에 대입한다면 남미 상공에서 오로라가 보입니다. 연구진은 이러한 현상을 해왕성의 기울어진 자기장 때문이라고 판단했습니다. 해왕성은 자기장이 행성의 자전축에서 약 47도 기울어져있고, 오로라가 자전축 극점에서 멀리 떨어져 있게 됐습니다. 오로라는 자기장이 대기로 수렴하는 위치에서 발생하기 때문입니다. 연구진은 수십 년 동안 해왕성 오로라 관측을 성공하지 못한 실마리를 온도 때문으로 바라보고 있습니다. 보이저 2호가 플라이바이로 해왕성에 근접했을 당시 최상단 대기의 온도를 측정할 수 있었습니다. 이 온도 데이터를 기반으로 해왕성 오로라에 대한 예측을 하고 관측을 진행해왔습니다. 얼음 행성으로 알려진 해왕성은 다른 행성 대비 태양에서 가장 멀리 떨어져 있어 그만큼 행성이 냉각될 것으로 감안했지만 관측이 매우 어려웠습니다. 이번 제임스 웹의 관측으로 측정한 해왕성 상층 대기는 수백 도 냉각돼 있었습니다. 이는 행성 대기의 온도가 낮을수록 오로라의 세기도 약해진다는 특성 때문에 지금까지 해왕성의 오로라가 잘 발견되지 않은 이유일 가능성이 큽니다. 연구 논문의 공동저자인 레스터 대학교의 리 플레처는 "오로라를 계속 연구하기 위해 적외선 파장에 맞춰 기기를 조정하는 것이 얼마나 중요한지 알게 됐다"며 "마침내 이전에 숨겨져 있던 거대 행성의 마지막 전리층에 대한 창을 열었다"고 강조했습니다. 텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2025.04.12 05:00

"기존에는 보이지 않았는데"…완벽한 아인슈타인 링 포착한 유클리드[코스모스토리] "기존에는 보이지 않았는데"…완벽한 아인슈타인 링 포착한 유클리드 중력렌즈를 최초로 연구한 물리학자 중 한 사람으로 불리는 오레스트 다닐로비치 흐볼손(Орест Данилович Хвольсон, ~1934.5.11)은 지난 1924년 과학 학술지 '아스트로노미셰 나흐리히텐(Astronomische Nachrichten)'에서 중력렌즈와 관련한 논문을 발표했습니다. 중력렌즈는 질량을 가지고 있는 물체는 그 크기에 따라 시공간을 왜곡해 마치 돋보기처럼 빛을 증폭·회절시키는 현상입니다. 그의 논문은 빛을 내는 광원과 빛을 왜곡시키는 렌즈, 그리고 관찰자가 완벽한 일직선에 정렬했을 때 중력에 의한 '후광 효과'가 나타난다고 설명했습니다. 이 현상은 12년 뒤 앨버트 아인슈타인의 '중력장에서 빛의 편차에 의한 별의 렌즈와도 같은 작용(Lens-Like Action of a Star by the Deviation of Light in the Gravitational Field)' 논문이 발표되면서 '아인슈타인 링'으로 불리기 시작했습니다. 아인슈타인 링은 은하 A와 배경은하 B, 지구가 완벽한 일직선이 될 때입니다. 은하 A의 중력으로 뒤에 존재하는 은하 B의 빛이 휘어져 지구에서는 은하 A를 가운데 두고 고리처럼 휘감기는 모양으로 관측됩니다. 지구와 은하의 각도가 조금만 어긋나도 고리의 모습이 바뀌기 때문에 완전한 고리의 모습을 한 천체는 희귀합니다. 논문 발표 당시 아인슈타인은 매우 희귀한 현상이기 때문에 사실상 관측이 불가능할 것이라고 생각했습니다. 하지만 천문 관측 기술이 발달하면서 이론상으로만 존재한다고 믿어온 이 신비로운 우주 현상이 발견되기 시작했습니다. 최근 달 뒤편 라그랑주 2점에서 관측을 진행 중인 유클리드 우주망원경은 지구에서 5억 9천만 광년 떨어진 NGC 6505에서 기존에는 보이지 않던 천체 주변을 동그랗게 원을 그리며 빛나는 아인슈타인 링 현상을 새롭게 발견했습니다. NGC 6505는 지난 1884년에 확인했지만 아인슈타인 링은 이번에 처음 발견했습니다. 유럽우주국(ESA)은 배경 은하가 지구에서 약 44억 2천만 광년 떨어져 있고 NGC 6505의 중력에 의해 왜곡된 빛이 지구에 도달한 것이라고 전했습니다. 지금까지 발견된 아인슈타인 링 현상은 백여 건에 달하지만, 이번 발견이 특별한 이유는 지구에서 가장 가까운 곳에서 발견된 천체라는 점입니다. 유클리드는 우주의 암흑물질과 암흑에너지의 분포를 측정하기 위해 지난 2023년 우주로 발사했고 지구권에서 바라본 우주의 1/3을 수년 내 관측한다는 미션을 가지고 있습니다. 기존에 보이지 않았던 아인슈타인 링이 이번에 관측된 건, 가시광선과 근적외선으로 관측하는 유클리드의 놀라운 해상력 덕분입니다. 약 6억 화소의 가시광선 카메라는 허블보다 200배 넓은 시야각을 가지고 있고 지상의 천체망원경 대비 약 4배 이상의 선명합니다. 현재 10% 미만의 진행률을 보이는바, 앞으로 관측이 계속될수록 놀라운 발견 또한 계속될 것으로 전망합니다. 우주에 꼬치가?…측면에서 바라본 행성계 원반 매달 천문 관측 이미지 중 하나를 선정하는 ESA에서는 지난달 4일 지구에서 약 476광년 거리의 황소자리 분자 구름 속 암흑 구름 LDN-1551에 위치한 허빅-아로 천체 30(Herbig-Haro object 30, HH-30) 이미지를 이달의 사진으로 선정했습니다. 허빅-아로 천체는 아기별에서 분출된 '제트'가 주변 가스 구름에 충돌해 생성된 빛을 방출하는 작은 성운 모양의 천체를 말합니다. 제트는 천체의 회전축을 따라 물질이 방출되는 현상으로 보통 천체 주변에 형성된 강착원반과 동역학적 상호작용에 의해 발생합니다. 1940년대 이 천체들을 분석했던 천문학자 조지 허빅(George Herbig)과 길레르모 아로(Guillermo Haro)의 이름을 따서 허빅-아로 천체라고 부릅니다. 이 유형의 천체는 지금까지 500개 이상 알려져 있습니다. 하지만 우주에선 아주 일부분일 뿐, 천문학자들은 우리은하 내에서만 HH천체가 약 15만 개가량 존재할 것으로 예상합니다. HH-30은 비교적 생성초기에 발견된 천체로 납작한 형태의 원반으로 보이는 '측면형 원시 행성계 원반(edge-on protoplanetary disk)' 형태입니다. 원반을 구성하는 먼지는 가시광선에 불투명하기 때문에 별의 실제 모습은 볼 수 없지만, 이 형태의 천체는 먼지 입자의 움직임을 파악하는 데 유리해 천문학자들의 관심을 받고 있습니다. 국제 천문학자 팀은 제임스웹 우주망원경으로 HH-30을 관측했고 그 데이터를 앞서 허블우주망원경과 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리비터 배열(The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) 전파망원경으로 관측한 데이터와 비교해 HH-30의 원반을 연구했습니다. 우선 ALMA의 장파장 데이터는 원반 중앙의 좁은 영역에 있는 밀리미터 크기의 먼지 입자의 분포를 보여줍니다. 이어 제임스웹의 적외선 데이터는 밀리미터보다 더 작은 100만 분의 1미터에 불과한 아주 작은 먼지 입자의 분포를 나타냅니다. 관측 이미지를 살펴보면 입자가 클수록 중앙부에 몰려있고 작을수록 주변부까지 퍼져 나간 것을 알 수 있습니다. 비교적 큰 입자를 관측한 ALMA의 경우 먼지가 가운데에 밀집한 것으로만 관측됐지만 제임스웹으로 관측한 결과물에선 작고 가벼운 입자들이 훨씬 넓은 지역에 고르게 분포하고 있는 것을 알 수 있습니다. 이 먼지들은 입자의 크기에 따라서 먼지층을 형성하게 됩니다. 좁고 밀도가 높은 먼지층에서는 먼지 입자들이 모여 자갈을 형성하고 이들이 모여 결국 행성을 형성하게 될 것입니다. 먼지 입자 외에도 이미지의 중간에는 원시별에서 초속 121km로 수직 방출하는 제트의 모습이 뚜렷하게 보이고 제트의 주변부에는 원뿔 모양의 유출물이 둘러싸는 모습을 하고 있습니다. 또한 천체의 왼쪽 아래로는 일부 먼지들이 독특하게 멀리 분포하고 있는 모습을 하고 있습니다. 왜 이 부분만 더 넓게 분포돼 있는지는 추가적인 연구가 필요하지만 원시 별빛에 반사된, 더 멀리 분포한 먼지이거나 또는 주변 성운의 가스와 먼지일 수도 있겠습니다. '성난 황소가 노려보는 것처럼'…9개의 고리를 가진 은하의 발견 빨간색만 보면 맹렬하게 달려드는 황소, 스페인 투우 경기를 보면 황소는 기세만큼 무서운 눈을 하고 달려듭니다. 그 황소의 맹렬한 눈처럼 우주에서 가장 사나운 은하의 모습을 하고 있는 황소 눈(Bullseye) 은하 'LEDA 1313424'는 바라보기만 해도 성난 황소가 매우 화 난 눈으로 쳐다보는 듯합니다. 황소 눈 은하는 우리은하의 2.5배에 달하는 규모의 대형 은하이자 다중 고리 은하의 일종으로 가운데 은하핵을 중심으로 동그란 고리가 은하핵을 감싸는 형태로 구성돼 있습니다. 일반적인 고리 은하는 은하핵 주변의 고리가 2~3개 존재하는 데 반해 황소 눈 은하는 주변에 9개의 고리가 존재하는 것이 특징입니다. 9개의 고리를 지닌 다중 고리 은하는 황소 눈 은하가 처음입니다. 황소 눈 은하를 발견한 예일 대학의 대학원생 이마드 파샤(Imad Pasha)는 망원경의 관측 이미지를 조사하던 도중 우연히 이 은하를 발견했다고 밝혔습니다. 황소 눈 은하의 고리는 양파처럼 계속 새로운 점이 발견됐습니다. 허블우주망원경으로 관측할 당시에는 8번째 고리까지 확인됐지만 하와이에 있는 'W.M. 켁 천문대(W. M. Keck)' 천문대의 데이터를 분석하면서 9번째 고리도 확인했습니다. 이것은 10번째 고리도 존재할 수 있음을 암시하기도 합니다. 황소 눈 은하에 9개의 고리가 형성된 원인으로는 은하 간 충돌로 인한 것으로 보입니다. 약 5천만 년 전, 황소 눈 은하의 중심을 청색 왜소은하가 관통했고 그 충격파가 주변에 퍼져나가면서 별과 가스로 구성된 고리가 형성됐습니다. 충격파로 생겨난 파동을 통해 안팎으로 이동한 물질들이 새로운 별을 형성하며 고리를 구성했고, 이는 물결의 파장처럼 오래됐을수록 더 멀고 크게 형성됐습니다. 공동 연구 저자인 예일대학교 피터 G 반 도쿰 교수는 "(황소의 눈 은하는 우연히 발견됐지만) 앞으로 차세대 우주망원경인 낸시 그레이스 로만 우주망원경이 활약을 시작한다면 흥미로운 천체의 발견이 더 쉬워질 것"이라고 설명했습니다. 텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2025.03.02 06:00

직녀성의 눈동자는 놀라울 정도로 부드러웠다[코스모스토리] 직녀성의 눈동자는 놀라울 정도로 부드러웠다 인류가 나침반을 사용하기 전, 우리의 선조는 어두운 밤 하늘의 무수한 별을 보며 방향을 찾았습니다. 그중 기준이 되는 북극성은 지구의 자전축과 비슷해 하늘에 고정된 것처럼 보입니다. 그런 이유에서일까요. 지금도 밤하늘의 길잡이는 북극성입니다. 1년 동안 태양을 한 바퀴 공전하면서 365바퀴를 자전하는 지구는 자전축이 23.5도 기울어 있습니다. 자전할수록 미세하게 회전축이 변하는 '세차 운동'을 하게 됩니다. 지구의 세차 운동은 2만 5800년 주기로 진행합니다. 따라서 밤하늘에 고정되는 북극성은 약 1만 2900년을 주기로 작은곰자리의 폴라리스와 거문고자리의 직녀성(VEGA)이 서로 바뀌게 됩니다. 과학이 발전하면서 지구와 수백억 광년 떨어진 곳까지 바라보는 지금, 인류는 향후 지구 밤하늘의  기준이 될 신비로운 천체 직녀성(VEGA)을 바라봤습니다. 허블 우주망원경과 제임스웹 우주망원경은 각각 가시광선과 적외선 파장으로 직녀성과 그 주변에 펼쳐진 먼지 원반을 관측했고 결과물이 지난 11월 대중에게 공개됐습니다. 먼저 허블의 관측 결과물은 직녀성이 내뿜는 빛에 반사된 먼지 원반이 마치 눈동자를 연상시키는 모습을 하고 있습니다. 이 먼지 원반의 너비는 무려 1천억 마일(약 1600억km)에 달하는데요. 직녀성에서 내뿜는 별빛의 압력으로 먼지 입자들의 크기에 따라 밀려나는 분포가 달라지면서 이러한 모양이 됐습니다. 직녀성의 원반이 상당수의 다른 성간 원반과 다른 점은 항성 주변에 이를 공전하는 행성이 관측되지 않았기 때문입니다. 만약 행성이 있다면 중력 작용으로 디스크가 이만큼 부드럽고 깔끔한 구조를 가지지 못했을 것입니다. 미국 애리조나 대학교의 천문연구팀은 "직녀성의 원반 디스크는 터무니없을 정도로 매끄럽다"고 전했습니다. 가시광선으로 바라본 이 우주 속의 눈동자는 적외선으로는 어떠한 모습을 하고 있을까요. 제임스웹의 중적외선기기(MIRI)를 활용해 바라본 직녀성의 모습은 허블의 결과물과는 전혀 다른 모습이었습니다. 가운데 검정색 원을 중심으로 매우 부드럽게 먼지가 분포해 있는 것을 확인할 수 있습니다. 작은 스크래치도 없는 완벽하게 매끄러운 원반을 하고 있는데요. 연구진은 이러한 특성은 항성 외곽 궤도 주변에 해왕성 질량 이하의 행성이 공전하고 있지 않다는 것을 암시합니다. 제임스웹은 밝게 빛나는 항성을 관측할 때, 강렬한 빛이 망원경 기기 내부에서 6갈래로 갈라지는 모습으로 관측되어 왔습니다. 그런데 밝게 빛나는 직녀성은 항성 주변을 지나는 행성을 관측한 것처럼 까만 점으로 보입니다. 이것은 데이터가 너무 많아 광점 포화로 이렇게 촬영됐습니다. 카시오페아 빛의 메아리를 관측한 제임스웹 옛날, 과거의 어떤 순간, 별의 중심부가 붕괴되면서 커다란 충격파가 발생했습니다. 시간이 지나 충격파가 표면에 도달하자 별은 강력한 X선과 자외선 펄스를 내뿜었고 이 파장은 별의 표면에서 주변 공간으로 퍼져 나갔습니다. 수백 년 후 이 빛의 파장은 주변 성간 물질에 도달했고 이들을 적외선으로 빛나게 했습니다. 우리에게 잘 알려진 카시오페아자리의 중심에서 보이는 초신성 폭발 잔해 '카시오페아A'. 우리은하 안에 있는 유명한 별자리의 주인공답게 우주에서 많이 연구된 초신성 잔해 중 하나입니다. 찬드라 X선 망원경을 비롯 허블우주망원경, 스피처우주망원경 등 굴지의 고성능 망원경들이 이 천체를 관측했고 여기에서 얻은 관측데이터를 기반으로 카시오페아A의 분포를 알 수 있었습니다. 제임스웹도 관측 대열에 합류해 지난 2023년 12월 카시오페아A 자리의 초고해상도 이미지를 공개했습니다. 초신성 잔해에서 발생하는 움직임을 잘 보여준 이 경이로운 관측 이미지는 백악관 행사에서 공개되기도 했습니다. 제임스웹은 카시오페아A에 이어 주변부 성간 물질에 반사된 빛의 메아리를 관측했습니다. 바다 위에 떠 있는 기름띠의 모습과 비슷한 모양의 이 성간 물질은 초신성의 폭발로 인해 가열된 성간 가스와 먼지입니다. 카시오페아A 주변부에는 광범위하게 빛의 반향(Light echo) 현상으로 성간 물질들이 우주로 퍼져나가는 모습이 관측됩니다. 빛의 반향은 광원에서 멀리 떨어진 표면에 반사된 빛이 관측지점에 지연 도달할 때 발생하는 물리적 현상입니다. 카시오페아A 주변부의 모습은 수년 동안 스피처우주망원경이 관측해 그 분포를 파악하고 연구할 수 있었습니다. 제임스웹은 이 성간 물질을 시간차를 두고 여러 번 관측해 성간 물질이 우주로 퍼져나가는 모습을 보다 자세히 보여줍니다. '수억 개의 별빛을 밝혀냈다' 10년 동안 안드로메다를 바라본 허블 밤하늘에 떠 있는 별빛은 하나씩 세어 본다면 몇 개나 될까요. 과거 우주에 수천만 개의 별이 있을 것이라고 예측했던 천문학자들은 까맣게 보이지 않는 우주공간을 장시간 관측하는 딥필드 관측에서 수천 개의 은하가 관측되자, 우주에 1조 개 이상의 은하가 있을 것이라고 정정했습니다. 그 은하에는 셀 수 없을 정도의 항성이 빛을 발하며 존재하고 있습니다. 우리가 탐사해야 할 은하는 저 멀리 우주공간에 한가득 존재하지만 자세한 관측을 시도한다면 가장 먼저 바라봐야 할 천체는 우리와 가장 가까운 천체여야 할 것입니다. 맑은 밤하늘에 육안으로 관측 가능하고 지구의 천문역사에서 자주 오르내린 이웃 은하, 안드로메다가 그 주인공입니다. 허블 우주망원경은 안드로메다에 대한 장기간 관측을 진행해 최근 역대급 해상도의 관측 결과물을 완성했습니다. 수십억 광년 떨어진 은하를 바라보기 위해 초망원으로 설계된 허블은 가까이 위치한 안드로메다를 관측하기엔 어려움이 많았습니다. 근거리에 위치한 안드로메다는 수백번에 걸쳐 관측을 해야할 정도로 화각이 좁기 때문입니다. 그래서 허블은 약 10년 동안 600번 이상의 모자이크 관측을 진행했고 그 결과물을 합쳐 안드로메다 은하 파노라마 이미지를 완성됐습니다. 우리 은하와 약 250만 광년 거리에서 점점 가까워지는 안드로메다 은하에는 약 1조 개의 항성이 있을 것으로 추정되는 가운데 이번 관측으로 태양보다 더 밝은 항성 약 2억 개를 새롭게 포착했습니다. 연구진은 이 파노라마 이미지에서 다섯 가지 흥미로운 영역을 다섯 군데를 선정했습니다. 우선 첫 번째 A영역은 안드로메다 은하 속 군집한 파란색 별들의 무리, 두 번째 B영역은 안드로메다의 밝은 별 구름, 세 번째 C영역은 파란색 신생 별 무리의 모습, 네 번째 D영역은 과거 안드로메다와 충돌했던 은하의 잔여 핵으로 의심되는 위성 은하 M32, 마지막 E영역은 무수히 많은 별들 사이에 분포한 어두운 먼지 영역으로 우리 은하에도 일부 존재하고 있습니다. 텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2025.02.01 07:00

1% 진짜 우주는 우리의 기대를 아득히 넘어섰다[코스모스토리] 1% 진짜 우주는 우리의 기대를 아득히 넘어섰다 가시광선과 근적외선을 통해 약 100억 광년까지의 우주를 관측할 수 있는 유클리드 우주망원경, 첫 풀컬러 사진이 공개된 지 약 1년이 지나면서 공식 결과물에 대한 기대가 커지고 있었는데요. 마침내 유럽우주국(ESA)이 공식 서베이 관측 결과물을 최근 공개했습니다. 지난달 15일(현지시간) 이탈리아 밀라노에서 열린 국제 우주대회에서 요제프 아슈바허 ESA 사무총장과 캐롤 먼델 과학국장은 208기가픽셀로 구성된 유클리드의 거대한 모자이크 우주 사진을 공개했습니다. 이번 사진은 올해 3월 25일부터 4월 8일까지 260회에 걸친 관측 결과를 합친 모자이크 사진으로 그 넓이는 남쪽 하늘의 132제곱도(보름달 면적의 약 8배), 보름달 면적의 500배가 넘는 규모입니다. 유클리드는 가시광선과 근적외선 관측을 통해 100억 광년에 이르는 거리에 위치한 은하들의 모양과 거리 및 움직임을 관찰해 우주 3D 지도를 만들고 있습니다. 이번 관측 사진은 600배까지 확대할 수 있고 최대 확대 사진에서도 나선은하의 복잡한 구조를 식별할 수 있습니다. 사진에서 푸른색 연기처럼 보이는 것은 우리 은하계 안에 있는 가스와 먼지의 혼합물입니다. 이 존재는 은하수의 빛을 반사하면서 카메라에 포착됩니다. ESA는 유클리드의 관측 목표를 발표할 때 일반적인 서베이 관측 외에도 세 군데 지역을 집중적으로 관측하는 딥필드 관측을 예고하기도 했었는데요. 딥필드 서베이 관측 지역을 포함한 지역의 관측 결과물은 내년 3월에 발표할 예정이라고 합니다. 제임스 웹과 중력렌즈로 바라본 la형 초신성 우주망원경과학연구소(STScI)는 지난달 1일 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 큰곰자리 방향에 위치한 은하단 PLCK G165.7+67.0(G165)를 근적외선 카메라(NIRCam)로 촬영한 사진을 공개했습니다. 은하단의 강력한 중력으로 인해 빛이 휘어 특이한 모양으로 보이는 이 천체에서 천문학자들은 이전에는 보지 못했던 특별한 점을 찾았습니다. 사진 가운데 세로로 늘어진 은하의 빛 안에 아주 작은 흰색 점이 보이는데요. 천문학자들의 분석 결과 별이 폭발하는 'Ia형 초신성'의 빛으로 판별됐습니다. Ia형 초신성은 핵융합이 끝나 생애 주기가 끝난 항성의 잔해인 백색왜성이 적색거성 등 외부 천체의 구성 물질을 흡수하면서 '찬드라세카르 한계(태양질량의 1.44배)'를 넘어서면 자신의 중력을 버티지 못해 붕괴하고 폭발하면서 발생합니다. 천문학자들은 지난해 3월 30일, 4월 22일, 5월 9일 세 번의 관측 데이터를 합쳐 넓은 적외선 파장 범위를 샘플링해 이번 사진을 얻었습니다. 이 세 번의 촬영을 통해 시간지연, 초신성의 거리 및 중력렌즈의 특성으로 허블 상수 값을 보다 정밀하게 산출하게 됐습니다. 이 데이터들로 천문학자들은 우주팽창에 대한 속도 변화를 보다 더 이해하기 위한 자료로 사용될 것입니다. 우리 은하 속 가장 사나운 별의 이중주 '물병자리 R' 물병자리 방향 약 700광년 거리에 떨어진 공생 쌍성 '물병자리 R(R Aquarii)'은 백색왜성과 적색거성 단계에 이른 '미라형 변광성'으로 구성된 쌍성계로 거대한 가스 필라멘트를 분출하는 격렬한 천체입니다. 이 천체는 44년의 궤도 주기를 따라 두 항성이 근접했을 때 백색왜성이 중력에 의해 수소 가스 등 물질을 빨아들입니다. 그 후 왜성 표면에서 핵융합을 일으켜 거대한 수소 폭탄처럼 폭발이 발생합니다. 그 후 폭발이 끝나면 다시 물질을 빨아들이는 연료 공급의 주기가 다시 시작됩니다. 이 현상은 별이 우주로 뿜어내는 핵에너지 구성 산물을 어떻게 재분배하는지 보여주는데요. 수소와 헬륨보다 무거운 탄소, 질소, 산소 등 무거운 성간 물질이 어떻게 우주로 방출되는지 알려줘 천문학자들에게 주요 연구 대상이 되고 있습니다. 허블 우주망원경(HST)은 이 천체를 지난 2014년부터 지난해까지 타임랩스로 관측하면서 쌍성계의 극적인 진화 과정을 담아내기도 했습니다. 이 천체는 대부분은 녹색으로 보이지만, 파란색 영역이 생기거나 사라지는데요. 이는 회전하는 쌍성에서 생성된 등대 같은 빛줄기가 성운을 휩쓸고 지나가면서 빛을 비추기 때문에 발생합니다. '우주 속 얼굴이 바라본다'…공포의 나선 은하 듀오 10월의 마지막 날, 핼러윈 데이 답게 공포스러운 모습의 IC 2163(왼쪽)과 NGC 2207 두 나선은하가 근접해 서로 상호작용을 하고 있는 현장이 공개됐습니다. 큰개자리 방향으로 약 8100만 광년 거리에 위치한 두 나선은하는 맞물려 회오리치는 듯한 모습인데요. 마치 유령의 얼굴을 한 것처럼 보이기도 합니다. 이 비슷한 모양의 두 은하는 과거 수백만 년 전에 서로 스치듯 충돌을 했고 다시 두번째 충돌을 하기 위한 단계로 접어들었습니다. 이 천체는 제임스 웹의 중적외선 기기(MIRI)로 관측한 적외선 사진과 허블이 관측한 가시광선 사진을 합친 결과물입니다. 푸른색을 띄고 있는 부분이 가시광선을 기반으로 한 부분이고 분홍색으로 보이는 부분이 중적외선으로 관측된 부분입니다. 두 은하의 나선팔 여러 곳에는 새로운 별들이 생겨나고 있는데요. 두 은하핵의 눈꺼풀처럼 보이는 주변부에 밝게 빛나는 부분은 별들이 폭발적으로 생겨나는 곳입니다. 향후 수백만 년 동안 두 은하는 서로 반복적으로 충돌을 진행하게 될 텐데요. 그 과정에서 완전히 다른 모양의 나선팔이 생기고 두 은하의 핵은 합쳐져 더 밝은 하나의 눈으로 형성될지도 모르겠습니다.   텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2024.11.03 07:00

美탐사선, 외계 생명체 찾아 '29억km' 여정…'노컷'도 함께 합니다[코스모스토리] 태양계에 지구의 인류와 각종 생명체 말고 다른 생명체는 없을까.  인류의 오랜 질문의 답을 찾는 여정이 마침내 시작됐습니다. 태양계 안에서 생명체 존재 가능성이 가장 높은 것으로 알려진 목성의 위성 유로파로 향하는 탐사에는 '노컷뉴스'도 함께 합니다. 미국 항공 우주국(NASA)은 14일(미 동부시간) 낮 12시 6분 플로리다 케네디 스페이스 센터 39A 발사장에서 탐사선 '유로파 클리퍼'를 스페이스X의 팔컨헤비 로켓에 탑재해 발사했습니다. 목성으로 향하는 최적 항로로 지난 11일에 발사할 예정이었으나 허리케인 '밀턴' 때문에 일정이 다소 밀렸습니다. 유로파는 목성의 궤도를 돌고 있는 95개의 위성 중 하나로 천문학자 갈릴레오 갈릴레이가 지난 1610년 발견한 목성의 위성 4개(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토) 중 하나입니다. 전체 지름은 약 3122km 정도로 약 3474km인 달보다 조금 작은 크기로, 태양계 전체로 치면 6번째로 큰 위성입니다.   왜 유로파인가? 수많은 천체 중에서 유로파가 주목을 받은 건 바로 물 때문입니다. 지구와 가까운 달과 화성 등은 물이 존재하는 것으로 추정되는 수준이지만 유로파는 표면이 얼음으로 돼있고, 그 얼음 밑에 있는 액체 상태 물의 존재까지 확인됐습니다. 그 양도 엄청납니다. 유로파에 존재하는 물의 양은 지구의 바다보다 더 많고, 그 깊이는 100km에 달할 것으로 추정되고 있습니다. 과학자들은 목성 궤도를 비행한 갈릴레오와 주노 탐사선으로 유로파를 관측하면서 얼음 표면이 일자 형태로 갈라진 흔적이 다수 존재하고 행성 충돌구가 별로 보이지 않는 점 등으로 지하에 거대 해수층 존재 가능성을 확인했습니다. 또한 허블 우주망원경으로 2014년과 2016년 100km 이상의 높이로 물줄기가 솟아오르는 듯한 모습을 포착했고, 심지어 2018년 갈릴레오 탐사선이 이 물줄기 영역을 통과했다는 사실도 확인했습니다. 아울러 제임스웹 우주망원경은 근적외선 분광기로 유로파 표면을 분석해 이산화탄소의 존재를 확인했습니다. 만약 이산화탄소가 지하 바다에서 나온 것이라면 이는 생명체 존재에 대한 강한 증거가 될 수 있습니다. 제임스웹 이후 가장 큰 우주 프로젝트 '유로파 클리퍼' 외우주가 아닌 태양계 안에서 생명체 존재 가능성이 커짐에 따라 NASA는 대규모 탐사 미션을 세웠습니다. 생명체 탐사를 화성에서 태양계로 확장해 목성 궤도의 유로파를 직접 탐사하는 '유로파 클리퍼' 미션을 진행합니다. 이 프로젝트에만 50억 달러(한화 약 6조5천억 원)가 투입된 걸로 추정되는데요. 화성 로버 탐사 프로젝트 소요 비용이 4조 원이라는 점에서 얼마나 거대한 규모인지 짐작됩니다. 유로파 클리퍼는 탐사선의 중량만 5~6톤에 달하는데요. 이 육중한 무게의 탐사선을 목성 궤도까지 날려 보내야 하기 때문에 강력한 추력이 필요합니다. 계획 초기에는 탐사선의 발사체를 아르테미스 프로젝트에 사용되는 SLS(Space Launch System) 로켓으로 준비할 정도였습니다. 하지만 비용 절감을 위해 발사체를 스페이스X의 팔컨 헤비로 수정했습니다. 추력 부분에서 차이가 있지만 탐사선의 항로를 지구와 화성의 행성 중력으로 가속하는 플라이바이(Fly-by) 항법을 사용해 목성까지 도달할 수 있습니다. 생명체 탐사를 위한 유로파 클리퍼에는 어떤 장비가 탑재됐을까요? NASA는 크게 5가지 분야로 10개의 장비가 탑재됐다고 설명했습니다. 우선 유로파를 관측하기 위한 이미징 시스템으로 '가시광선으로 촬영하는 이미징 모듈(EIS)'과 유로파의 열 방출 이미징 시스템(E-THEMIS)이 탑재됐습니다. 이 장비들은 유로파의 얼음 지각과 지하 화산활동 및 지각 활동으로 인한 열 방출 지역을 특정하는 역할을 지니고 있습니다. 다음으로는 분광기로 자외선 분광기(Europa-UVS)와 지도화 이미징 분광기(MISE)가 탑재됐습니다. 원자와 분자는 서로 다른 방식으로 여러가지 파장의 빛을 방출하거나 흡수 또는 반사를 합니다. 이러한 빛을 분석하면 유로파 표면과 근처에 분포한 입자의 구성을 밝혀내 보다 정확한 유로파의 구성 요소를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 앞서 망원경으로 관측된 유로파의 구성 요소가 정말로 존재하는지 여부를 확인하고 기존에는 발견하지 못한 생명활동 요소를 찾아낼 수도 있습니다. 세 번째는 플라즈마와 자기장 분야의 장비로 자력계(ECM)와 플라즈마 계측기(PIMS)가 실렸습니다. 유로파의 지각은 목성의 중력으로 지각 활동이 발생해 열이 분출되는 곳이 있고 중력과 조석 작용으로 얼음 지각에 변화가 생겨 두께가 서로 다를 것입니다. 자력계는 얼음 지각 깊이와 지하 바다의 수심을 측정하고 유로파의 물 속 염도를 분석합니다. 염도가 있는 바다는 행성에 자기장을 일으킬 수 있게 만들고 이 자기장이 목성의 자기장에 갇힌 플라즈마의 영향을 받아 왜곡됩니다. 플라즈마 계측기는 이 왜곡된 정도와 유로파의 자기장을 분석해 지하 바다에 대한 정보를 분석할 것입니다. 네 번째는 중력과 레이더 장비로 유로파가 목성 궤도상에서 받는 중력의 영향을 파악할 수 있습니다. 중력·라디오 장비로는 도플러 효과 등의 변화를 측정하고, 해양 수심 측정용 레이더 장비(REASON)는 유로파 얼음의 두께와 분포 등을 특정할 수 있습니다. 마지막으로는 화학 분석 장비입니다. 행성 물질 분광계(MASPEX)와 유로파 표면 먼지 분석기(SUDA)는 생명체의 존재를 증명할 다양한 유기 화합물의 존재 여부와 목성 방사선의 영향 등을 파악하게 됩니다. 목성-유로파 탐사 궤도의 속사정 유로파 클리퍼는 초기 계획 단계에서는 화성에 착륙한 로버처럼 얼음 지각에서 직접 탐사 활동을 할 예정이었습니다. 궤도 관측보다 실제 지각에서 얻을 수 있는 데이터가 많기에 당연해 보입니다. 그런데 점차 탐사 계획이 구체화 되면서 로버 탐사는 취소됐습니다. 정확한 이유가 공개되진 않았지만 탐사선의 궤도를 통해 그 속사정을 어느 정도는 유추할 수 있습니다. 유로파 클리퍼의 탐사 궤도는 목성의 방사선을 염두에 둔 타원궤도입니다. 유로파에 근접하는 시간이 짧아져 효율은 낮습니다. 다만 목성의 근지점과 원지점을 오가면서 다른 위성들인 이오와 가니메데, 또 칼리스토를 함께 탐사하고 분석할 수 있는 기회를 얻을 수 있습니다. 로버의 탐사 계획 중지는 목성의 방사선으로 인한 교신 불가와 로버의 오류 가능성 등을 고려한 조치라고 추측할 수 있습니다. 유로파 클리퍼 이후의 탐사 프로젝트에선 목성의 방사선의 영향에서 자유로운 기체의 신규 개발 등으로 유로파의 바다를 수중탐사하는 방안도 계획될 것으로 기대됩니다. 유로파에 보내는 펜팔 유로파 클리퍼는 우주를 항해하면서 실제 바다가 존재하는 행성으로 향합니다. 나사는 이런 점에 착안해 편지가 담긴 병을 바다에 띄우는 것처럼 별도의 행사도 진행했습니다. 탐사선 내부에 넣을 이름과 사연 등을 지난해 공모를 통해 접수한 것인데요. 미국 시인 에이다 리몬의 '미스터리를 찬양하며:유로파를 위한 시'가 새겨진 금속판이 탐사선에 탑재됐고, 캠페인에 참가한 사람들의 이름도 같이 새겨졌습니다. 전 세계에서 무려 262만 861명이 이 특별한 행사에 함께 했고, 한국에서도 1만 9076명이 참가했습니다. '노컷뉴스'(NOCUT NEWS)도 유로파 클리퍼와 함께 앞으로 29억km를 날아가게 됩니다. 5년 이후에나 당도할 유로파에서 인류는 무엇을 발견하게 될까요. 외계 생명체를 만날 수도 있고, 미처 알지 못했던 새로운 우주의 법칙을 발견할지도 모르겠습니다. 어떤 발견이든 인류에겐 큰 선물이자 더 넓은 우주로 나아갈 디딤돌이 될 것입니다. 2024.10.16 06:00

초거대 로켓의 '젓가락' 발사대 귀환 성공…모두가 놀랐다[코스모스토리] 테슬라 최고경영자(CEO) 일론 머스크가 이끄는 민간 우주개발 회사 스페이스X의 스타십 5차 시험발사(IFT-5)가 성공적으로 완료됐습니다. 인류의 우주 진출이 더 가까워졌다는 평가가 나옵니다. 13일(현지시간) 오전 7시 즈음 미국 텍사스 보카치카 스타베이스에서 스타십 우주선의 5번째 발사가 진행됐습니다. 스페이스X는 스타십의 발사 테스트 때마다 실험의 목표를 공개하는데요. 5차 발사에서는 성공적인 발사 이후 슈퍼헤비 부스터와 스타십이 분리되는 핫 스테이징 단계 이후 부스터가 발사대로 귀환에 성공해야 하고, 발사대에 설치된 젓가락처럼 생긴 메카질라(Mechazilla) 기계 팔이 캐치에 성공해야 합니다. 만약 슈퍼헤비의 제어가 실패하거나 복귀 궤도에 문제가 발생할 경우 멕시코만에 추락하거나 비상 자폭을 하게 됩니다. 또한 지구 반대편으로 날아간 스타십은 지구 재진입에 성공해 인도양 해수면 연착륙에 성공해야 합니다. 지난 4차 발사에서 슈퍼헤비는 멕시코만 연착륙에 성공한 바 있지만 발사대 귀환과 메카질라의 캐치가 첫 시도 만에 성공할 것이라고는 기대하기 어려웠습니다. 첫 시도기 때문에 시행착오가 발생할 가능성이 높아서입니다. 하지만 모두의 우려를 뒤로 하고 그 어려운 과정을 해냈습니다. 안정적인 미션 진행…놀라운 슈퍼헤비 캐치 T-00:00 발사 시간이 되자, 스타십은 슈퍼헤비의 랩터엔진 33개를 모두 점화하면서 굉음과 함께 날아올랐습니다. 4차 발사 시 1개의 엔진이 다운됐지만 문제없이 이륙에 성공한 것처럼 중계진은 일부 엔진이 꺼져도 문제없다고 설명했지만 모든 엔진은 정상적으로 작동했습니다. 힘차게 날아오르던 스타십은 발사 후 2분 35초, 고도 64km 지점에서 슈퍼헤비 엔진이 가운데 3개를 남기고 모두 스톱하는 핫 스테이지 분리 단계에 접어들었고 5초 뒤 스타십과 슈퍼헤비가 성공적으로 분리됐습니다. 스타십은 6개의 엔진을 점화하며 날아올랐고 슈퍼헤비는 13개의 엔진을 연소하는 부스트 백번(Boost Back Burn)으로 복귀 궤도를 따라 이동했습니다. 발사 3분 41초에는 모든 엔진을 정지했고 4분 30초가 되자 슈퍼헤비는 동체 상단의 연결부인 핫 스테이지 링 모듈을 분리하고 남아있는 연료를 분사하면서 동체 방향을 바꿔 발사대를 향해 낙하합니다. 모든 과정이 순조롭게 진행돼 자폭 또는 멕시코만으로 낙하하는 것이 아닌 발사대로의 귀환이 결정됐습니다. 고도 1km 지점에서 슈퍼헤비는 다시 13개의 엔진을 점화하며 랜딩번(Landing Burn)을 진행합니다. 발사대 근처에선 가운데 3개의 엔진만을 사용하면서 짐범 모듈을 이용해 동체의 방향을 조정했고 스타베이스의 메카질라에 거치될 수 있도록 동체를 미세조정했습니다. 이와 동시에 메카질라 기계 팔은 슈퍼헤비의 상단부를 마치 젓가락으로 물제를 짚어내듯이 잡아냈고 결국 71m 크기의 초거대 크기의 슈퍼헤비가 발사대에 고정되면서 착륙에 성공했습니다. 실시간으로 지켜보던 스페이스X 임직원들은 물론 이를 중계하는 유튜버들도 환호성을 지르며 성공을 축하했습니다. 날개가 일부 타올랐지만…안정적으로 재진입한 스타십 슈퍼헤비와 분리된 후 계속 가속하던 스타십은 발사 8분 30초 시점에 상공 150km, 시속 2만 6502km에서 엔진을 정지하고 궤도 비행을 진행합니다. 여러 개의 자세제어 추진기(Reaction Control System, RCS)를 사용하며 고도 212km에서 궤도 비행을 하던 스타십은 서서히 하강하다가 발사 후 35분쯤 우주선의 날개를 이동하는 '플립 기동'을 하면서 동체를 수평에서 약 60~70도 정도로 기울여 내열타일을 전면부로 하는 낙하 자세를 취합니다. 그 후 아프리카 대륙 동쪽에 위치한 마다가스카르 상공 고도 약 110km 지점을 지나면서 본격적으로 대기권의 마찰열을 받으며 플라즈마 불꽃이 발생합니다. 4차 발사에서는 우주선 윗부분의 날개 한쪽이 거의 불타 녹아내렸는데요. 스페이스X는 이 부분을 보완하고자 내열 타일을 대폭 보강했다고 설명했습니다. 또한 4차 발사 때와 달리 더 완만하게 하강했는데요. 시간이 더 오래 걸리지만 그만큼 대기권과의 마찰열이 줄어들어 우주선이 받는 열을 최소화할 수 있습니다. 그러면 스타십의 날개는 안전했을까요? 안타깝게도 고도 52km 지점에서 한쪽 날개의 연결부 가운데에 빛이 보이기 시작했고 조금씩 불꽃이 커졌습니다. 내열타일이 떨어져 나갔거나, 방열처리가 부족한 이유로 결국 플라즈마를 완벽하게 막아내는 데는 실패했습니다. 하지만 4차 발사 때만큼 기동이 어려울 정도로 파손된 것이 아닌 연결부 가운데 일부분만 손상돼 기체 제어는 문제없이 진행됐습니다. 고도 36km가 되자 낙하속도가 시속 5천km 이하가 되면서 날개를 녹이던 플라즈마가 사라졌고 고도 20km에서는 수평낙하로 더욱 감속합니다. 이윽고 고도 1km 이하가 되자 랜딩번을 진행하면서 플립기동으로 동체를 90도로 세웠고 수면 위에 일시적으로 떠 있는 호버링까지 성공적으로 진행한 후 해수면에 연착륙했습니다. 이번 스타십의 해수면 착륙에서 특히 놀라웠던 건 미리 착륙 목표지점에 배를 띄워 놓고 지구 반대편에서 출발한 스타십이 정확히 해당 지점에 착륙하면서 그 순간을 중계했다는 점입니다. 스타십의 항법 기술이 얼마나 정확하게 작동했는지를 알게 해주는 대목이었습니다. 내열타일의 방열 문제는 아직 해결과제로 남았지만 그 외 우주선의 출발과 착륙이 대부분 안정적으로 진행됐다는 점에서 5차 발사는 90% 이상 성공한 셈입니다. FAA와의 갈등에서 우위를 점한 스페이스X 스타십의 5차 발사가 성공을 거두면서 스페이스X는 앞으로 스타십 발사에 대한 안전성을 강조할 수 있게 됐습니다. 미국 연방항공청(FAA)은 최근까지 스타십 시험발사의 안전성을 문제삼아 스페이스X에 우주선 발사 라이센스를 발급해 주지 않고 있었습니다. 4차 발사 이후 수 개월 동안 라이센스를 미발급한 FAA에 일론 머스크는 "초대형 우주선을 건조하는 것보다 서류 승인이 더 오래 걸릴 수 있느냐"며 불만을 표출하기도 했습니다. 또한 우주정거장에 우주인을 보내는 크루9(CREW-9) 미션에서 팔컨9 발사체의 2단부가 오작동을 일으킨 것을 문제삼은 FAA는 수백 번 성공적으로 임무를 완료한 팔컨9 발사체에 대한 라이센스를 일시 중단시키기도 했습니다. 여기에서 지금까지 스타십의 발사가 오래 걸렸던 것은 기술력의 부재로 인한 지연이 아니라 행정적 절차와의 싸움으로 지연됐다는 것을 알 수 있습니다. 실제로 지난달 10일(현지시간) 미국 하원 과학위원회 우주 소위원회는 공청회에서 FAA의 우주 발사체 라이센스 허가 규정이 미국 우주 산업계 경쟁력을 떨어트린다고 비판하면서 8월에 준비 완료된 스타십 발사에 대한 라이센스가 9월을 넘어 11월로 연기된 것에 대해 따져 물었습니다. 당시 켈빈 콜먼 FAA 상업용 우주 운송 담당 부국장은 "스페이스X는 4개의 항공편을 보유하고 있고 이 중 3개의 항공편은 라이선스 수정 중에 있다. 미션마다 승인을 추진하는 회사가 바로 이곳이다"라고 답했다가 리치 맥코믹 하원 의원에게 "기술이 매일 변한다는 것을 알고 있나. 당신이 책임자고 당신이 차이를 만든다"고 지적을 받기도 했습니다. 그리고 일론 머스크는 이 장면을 자신의 X에 공유했고 FAA에 대한 비판 여론 조성에도 성공했습니다. 이후 스페이스X는 8일 스타십 발사를 FAA에 요청하면서 공식 X 계정에 13일 발사 준비 중이라고 공개하면서 FAA를 압박했습니다. 정치권과 여론의 압박으로 기울어진 운동장에서 FAA는 결국 발사 하루 전인 12일 급하게 발사 라이센스를 허가했습니다. 이러한 상황에서 FAA와 스페이스X는 5차 발사의 성공 여부에 따른 도박을 하게 된 셈이었습니다. 만약 슈퍼헤비가 발사대에서 폭발했다면 아마도 스타십의 6차 발사는 오랫동안 보기 어렵게 됐을지도 모르겠습니다. 하지만 5차 발사의 성공으로 스페이스X의 향후 우주 개발에 청신호가 켜졌습니다. 이번 발사에 시간이 오래 걸린 만큼 스페이스X는 이미 6차 발사를 준비하고 있는 것으로 전해졌는데요. 보완해야 할 부분이 적어진 만큼 더 빠른 준비와 진행으로 완벽한 6차 발사가 가까운 시일 내 진행될 수 있기를 기대해 봅니다. 2024.10.14 12:06

모두를 놀라게 했던 물음표 은하…그 비밀이 밝혀졌다[코스모스토리] 모두를 놀라게 했던 물음표 은하…그 비밀이 밝혀졌다 지난해 7월 미국항공우주국(NASA)은 제임스웹 우주망원경(JWST)으로 '허빅-아로(Herbig-Haro) 46/47'이라는 한 쌍의 아름다운 별을 관측했을 당시 우연히 이미지의 한 구석에 물음표 모양의 천체가 관측됐습니다. 특별한 모양을 한 이 천체는 '우주의 궁금증'이라는 별명도 붙으면서 천문학자들의 관심을 독차지 했습니다. 9월 5일 제임스웹은 이 신비로운 물음표 천체를 자세히 관찰했고 그 결과가 공개됐습니다. 에리다누스자리 46억 5천만 광년 거리에 위치한 은하단 'MACS J0417.5-1154'의 이미지에 포착된 이 물음표 모양의 천체는 크게 4개의 은하가 상호 작용을 하는 것처럼 보입니다. 하지만 이는 한 쌍의 은하가 중력렌즈 현상으로 빛이 왜곡돼 보이는 현상입니다. 빛은 직선운동을 하다 강력한 중력을 만나게 되면 굴절되는데요. 중력의 강도가 셀수록 더 크게 왜곡되고 심할 때는 같은 상이 여러 개가 보이기도 합니다. 이 물음표 천체가 바로 이러한 경우에 해당합니다. 우주망원경과학연구소(STScI)는 왜곡된 같은 천체를 A, B, C, D, E로 나눠 표시했는데요. 모두 같은 천체지만 시간이 조금씩 다른 상태입니다. 과학자들은 이러한 현상을 통해 은하의 진화에 대해 연구할 방침입니다. 물음표 천체는 중력렌즈 현장 외에도 끝에 점이 하나가 있어 물음표 형태를 완성했는데요. 아쉽지만 이 점은 앞선 곡선 형태의 은하와는 상관없이 떨어져 있는 별개의 은하입니다. 중력렌즈 현상과 별개 은하의 절묘한 위치로 비자연적인 형태의 물음표 은하가 완성됐습니다. 그런데 왜 물음표 은하가 이제서야 발견된 것일까요? 앞서 허블우주망원경은 이 천체를 관측한 적이 있습니다. 하지만 가시광선은 은하단 사이의 먼지를 뚫지 못해서 물음표 모양으로 관측하기 어려웠습니다. 제임스웹은 적외선을 통한 관측을 하기 때문에 먼지 뒤에 숨어있는 빛도 포착할 수 있었고 그 궤적이 물음표가 됐습니다. 관측 결과를 발표하는 팀 일원인 세인트 메리 대학교의 천문학자 기욤 데프레즈(Guillaume Desprez)는 "우리는 관측 가능한 우주에서 유사한 중력 렌즈 구성이 서너 개밖에 없는 것으로 알고 있는데, 이번 발견은 웹의 힘을 보여주고 더 많은 것을 발견할 수 있음을 시사하기 때문에 흥미롭다"고 전했습니다. 우주에 오작교가?…충돌한 두 은하를 연결하는 구름다리 우주 관측을 하다 보면 수많은 은하들이 움직이면서 충돌하는 모습을 자주 볼 수 있습니다. 충돌한 은하들은 중력의 상호작용으로 합쳐지거나 다른 곳으로 떨어져 멀어집니다. 그 과정에서 떨어져나온 가스와 먼지들이 다양한 모양을 하면서 새로운 별을 만들어내기도 합니다. 제임스웹은 레오 마이너 자리로 약 4억 5천만 광년 거리에 있는 Arp 107 천체를 적외선으로 자세히 바라봤습니다. 근적외선 카메라와 중적외선 기기로 관측된 이미지에는 다른 유형의 손상된 은하 두 개가 근거리에 붙어 있는 모습이 보입니다. 연구소는 수억 년 전 왼쪽의 나선은하와 타원은하가 충돌했는데 이 과정에서 떨어져 나온 가스와 먼지를 서로 끌어당기는 과정에서 두 은하 간 사이에 화이트 색을 띠는 연결 구조가 형성됐다고 설명했는데요. 마치 오작교처럼 두 은하를 연결하는 우주의 구름다리가 보입니다. 이 두 은하는 충돌한 지 얼마 안 된 초기 단계로 상호작용을 하면서 앞으로 수억 년에 걸쳐 합쳐질 것으로 보입니다. 앞서 제임스 웹은 수레바퀴 은하를 관측하면서 은하 간 충돌로 서로 상호작용하며 다양한 아기별을 만들어 내는 것을 확인한 바 있습니다. Arp 107은 수레바퀴 은하와 다르게 은하중심은 거의 건드리지 않고 나선팔만 교란시켰는데요. 이러한 충돌로 인해 가스와 먼지의 압축으로 별이 형성되는데 얼마만큼의 영향이 있을지 앞으로의 연구가 기대됩니다. 우리은하의 외곽에서 벌어진 별들 폭죽쇼 우주에서 별이 생기는데 환경은 얼마만큼 영향을 미칠까요? 은하를 바라보면 중심에서도 별이 생성되지만 유독 외곽에서 별들이 생겨나는 모습이 띠를 이루며 집중적으로 나타나기도 합니다. 별의 생성 과정에 대한 주제는 천문학에서 중요한 부분을 차지하고 있는 만큼 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 주제에 근거해 제임스웹은 우리은하의 극외은하를 살펴봤습니다. 극외은하는 은하의 중심에서 약 5만 8천 광년 이상 떨어진 부분을 총칭해 부릅니다. '디젤 클라우드 2S(Digel Cloud 2S)'라고 명명된 이 성단은 극외은하 중에서 별이 폭발적으로 생성되는 곳으로 매우 어린 별의 생성과 별이 뿜어내는 분출, 별끼리 서로 미치는 영향과 성장하는 모습을 다양하게 볼 수 있는 곳입니다. 제임스웹은 근적외선 카메라와 중적외선 기기를 사용해 이 특별한 곳을 바라봤습니다. 이곳은 별들의 연료인 수소와 헬륨은 풍부하지만, 다른 무거운 원소는 상대적으로 부족한데요. 이 환경은 초기 우주의 환경과 비슷합니다. 이 환경에서 어린 별들은 어떻게 활동할까요. 해당 관측 프로젝트의 수석연구원 레슬러는 "별이 형성될 때 극지방에서 물질을 방출하기 시작한다는 사실을 알고 있습니다. 제임스웹의 결과물에서 놀라운 점은 이 들 별무리에서 여러 방향으로 분출하는 제트가 있다는 것입니다. 여기저기 제트를 쏘는 것으로 보아 이는 폭죽과 비슷합니다"라고 설명했습니다. 제임스웹은 다양한 관측을 하면서 별들이 생성되는 지역을 다양하게 포착했지만, 아기별들이 폭발적으로 제트를 뿜어내는 곳은 별로 없었습니다. 이번 관측으로 별 형성에 대한 수수께끼를 풀어낼 실마리가 잡힐 수 있을지 연구의 결과가 기대됩니다. 2024.10.01 06:00

사상 첫 민간인 우주 유영…우주에 복귀한 인류[코스모스토리] "우주에서의 첫 광경이 매우 좋다. 지구에 있을 때, 우리는 할 일이 많지만 여기서는 마치 완벽한 세상처럼 보인다." 지구 상공 약 700km 지점에서 민간인으로는 사상 처음으로 우주 유영을 한 억만장자의 소감입니다. 지난 12일 제라드 아이작먼(Jared Isaacman)은 우주선 해치를 열고 우주공간에 나와 지구를 바라봤습니다. 지구에 남은 우리는 그의 뒷모습과 지구 풍경을 실시간으로 볼 수 있었습니다. 몽환적인 지구의 모습을 배경으로 우주를 유영하는 모습에 중계진은 물론, 많은 지구인이 탄성을 지르며 감탄했습니다. 테슬라 CEO(최고경영자) 일론 머스크가 이끄는 스페이스X는 아이작먼을 필두로 스페이스X 소속 엔지니어 새라 길리스(Sarah Gillis), 퇴역 공군 조종사 스콧 키드 포티(Scott 'Kidd' Poteet), 스페이스X 소속 수석 우주 운영 엔지니어·의료 책임자 애나 메논(Anna Menon)으로 구성된 민간인 팀이 탑승한 크루 드래건 레질리언스(Crew Dragon Resilience, C207) 우주선을 지난 10일(현지시간) 발사해 지구궤도에서 5일간 비행하는 폴라리스 던(Polaris Dawn) 미션을 진행했습니다. 아이작먼은 이미 지난 2021년 스페이스X에서 진행한 최초의 민간인 우주여행 '인스퍼레이션4' 미션의 팀장으로 참여한 적이 있는데요. 이 미션은 민간인 4명으로 구성된 팀원들이 드래건 우주선에서 지구 저궤도를 3일 동안 비행하다 지구로 복귀하는 방식이었습니다. 아이작먼은 이번 폴라리스 던 미션으로 3년 만에 다시 우주로 복귀한 셈입니다. 지구 저궤도로 올라간 이들은 4가지 영역의 크고 작은 40여 가지의 과학 실험을 수행했는데요. 최초의 상업 우주 유영, 팔컨9 로켓과 드래건 우주선의 최대 성능을 발휘한 고고도 비행, 우주에서의 스타링크 레이저 통신, 지구와 우주의 인체 영향 조사 등의 실험이 진행됐습니다. 이들의 여정은 지난 15일 오전 3시 36분(현지시간) 지구 낙하궤도에 진입한 후 플로리다 해역에 성공적으로 안착하면서 마무리됐습니다. 대기권 마찰로 그을린 우주선의 메인 해치가 열리자 안에서 건강한 상태의 팀원들이 밝은 미소를 지으며 하선했는데요. '아폴로 계획' 이후 지구인 중 누구보다 높은 곳에 있었던 이들의 5일 동안의 과정과 성과는 어떠했을까요? 특수 제작된 우주복과 우주선 진공처리 중요성 12일 오전 6시 12분(현지시간), 스페이스X 미션 컨트롤 센터는 우주 유영 실험 개시를 지시했습니다. 4명의 우주인들은 스페이스X에서 특수 제작한 선외활동우주복(The Extra-Vehicular Activity(EVA) suit)을 착용했는데요. 선외활동(EVA)이라는 개념은 과거 1965년 소련 우주비행사 알렉세이 레오노프(Aleksey Leonov)에 의해 최초로 수행됐습니다. 최근에는 국제우주정거장(International Space Station, ISS) 등에서 이동성, 생명 유지 및 통신 기능을 탑재한 독립적인 선외우주복(Extra-vehicular Mobility Unit, EMU)을 사용하는 방식으로 진행되기도 합니다. 이번 미션에서는 민간에서 상업적으로 개발된 우주복과 우주 유영 절차를 사용하는 최초의 우주 유영이 된다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 스페이스X의 EVA 우주복은 3D프린터로 맞춤 제작된 헬멧, 특수처리된 천으로 구성돼 있어 기존의 다른 EVA 우주복과는 다르게 슬림한 형태를 하고 있습니다. 허벅지 부분에는 공기 순환용 튜브가 장착돼 있는데요. 이 때문에 우주선 밖으로 나갈 순 있지만 독자적으로 움직이는 것이 아닌 선체 근처에만 머물러야 하는 제약이 있습니다. 우주복이 준비됐다면 이제 우주로 나갈 준비가 필요하겠죠. 스페이스X의 드래건 우주선은 최초 사용될 당시 우주인들이 외부로 나가는 것이 아닌 ISS 등 우주 구조체에 도킹하기 위한 모듈로 개발됐습니다. 우주정거장에는 내·외부 사이 공기와 기압을 조절하는 에어락(Airlock)이라는 모듈이 있는데요. 드래건 우주선에는 이것이 없습니다. 따라서 우주 유영 전 공기를 빼고 넣는 과정이 필요합니다. 단 이 작업이 오래 걸리는데요. 인체는 기압을 갑자기 빼버리면 혈액 속 질소가 녹아들어 기포가 생겨 감압병에 걸립니다. 이를 방지하기 위해 산소 100%로 공기를 주입해 체내 질소 농도를 최소화하면서 우주공간에서 활동할 수 있도록 선체와 우주복을 서서히 감압시킵니다. 그러면 감압 단계는 얼마나 진행될까요? 중계 화면에 노출된 압력 게이지를 보면 'PSIA'라는 단위로 숫자가 움직입니다. PSIA는 PSI(평방 인치 당 파운드)와 게이지 압력을 합친 '절대압력'을 의미하는데요. 스페이스X에 따르면 우주선 내부는 우주공간과 비슷한 0으로, 우주복은 약 5.1에서 활동할 수 있도록 설계됐습니다. 보통 지구 중력상 해수면 0m 기준 평군 기압은 PSI 14.7인데요. 우주공간에서 이와 같은 압력이 우주복에 들어가 있으면 압력 차로 우주복이 터질 듯이 빵빵해져 움직이기 힘들어질 것입니다.   역사적인 최초의 민간인 우주 유영 4명의 우주인은 컨트롤 센터의 지시에 따라 우주복의 공기 누출 여부를 확인한 후 산소를 주입받으면서 서서히 감압 과정을 거쳤고 선체의 압력 수치가 0, 우주복은 5.1이 되자 선내 전방 해치를 열었습니다. 해치의 오픈은 자동·수동 모두 가능합니다. 내외부 압력이 맞을 때 수동으로 잠금을 해제하고 당기면 열리는 방식입니다. 이번에는 아이작먼이 수동으로 열었습니다. 해치 오픈 당시 내·외부가 같은 기압이기 때문에 기압 변동 충격 없이 우주와 연결된 선내에서 아이작먼이 우주로 나갈 준비를 합니다. 이때 스페이스X는 우주 유영을 보다 안전하게 진행하기 위해 드래건 우주선의 해치 상단부에 선체에 매달릴 수 있도록 난간을 설치했는데요. '스카이워커'라고 명명된 이 모듈 덕분에 우주인이 우주 공간으로 날아가 버리지 않고 유영을 할 수 있었습니다. 해치가 열리고 잠시 후 아이작먼은 전방 해치 입구와 스카이워커 난간을 붙잡고 오르며 우주 공간으로 나아갑니다. 우주선의 시속 약 2만 5270km/h, 고도 약 740km 지점. 새까만 우주를 배경으로 푸른 지구가 보입니다. 현장 중계진, 스페이스X 임직원들은 환호를 지르며 우주 유영의 순간을 환호했습니다. 아이작먼은 지구를 바라보며 짧은 소감을 남기고 바로 우주복 테스트를 진행했습니다. 개인이 우주를 유영할 수 시간은 10~15분 정도에 불과합니다. 그는 스카이워커를 한 손으로 잡고 우주복의 손과 관절부의 움직임을 테스트합니다. 영상에서는 마치 마네킹이 움직이는 것처럼 보이는데요. 영화에서 보던 우주공간에서의 부드러운 움직임은 향후 개량을 거쳐 미래에나 실현 가능할 것으로 전망됩니다. 압력 차로 부풀어 오른 우주복이 얼마 만큼의 운동성을 보여줄지 알 수 없는 상태에서 아이작먼은 활동 한계 시간까지 수직, 수평이동 등 다양하게 움직이면서 이를 시험했습니다. 아이작먼은 스카이워커를 잡고 이동하면서 지구가 아닌 태양을 바라보기도 했습니다. 이는 헬멧에 코팅된 바이저가 제 성능을 하는지 확인하는 작업인데요. 바이저는 강렬한 태양빛에 노출됐을 때 시력 손상 및 우주복의 온도 상승을 방지하는 역할을 합니다. 우주 유영을 시작할 당시 보고된 온도는 섭씨 33.9도, 이후 중간 보고 때 섭씨 33.8도라고 확인한 것을 보면 태양광을 쬐고도 급격한 온도 변화는 없었던 것으로 보입니다. 아이작먼에 이어 새라 길리스가 유영에 나섭니다. 그런데 아이작먼과 다르게 그녀가 나왔을 땐 아무것도 보이지 않았습니다. 어찌 된 일일까요? 이것은 우주 유영이 진행되는 순간에도 궤도 비행을 하는 우주선이 어두운 부분으로 이동했기 때문입니다. 새라는 아이작먼이 했던 것과 비슷하게 우주복의 운동성 테스트를 다시금 진행했습니다. 10여분 동안의 테스트 후 활동 한계 시간이 되자 그녀도 우주선 내부로 복귀했습니다. 이후 해치를 닫고 감압 과정의 역순으로 가압 과정이 진행됐고 프로세스가 시작되고서 1시간 46분 시점, 선내 PSIA 수치가 14.7에 도달하면서 민간인 최초의 우주 유영이 마무리됐습니다. 아폴로 계획 이후 반세기 만에 이뤄진 인류의 우주 복귀 이번 미션은 최초의 민간인 우주 유영 성공이라는 기록 외에도 다른 의미가 있는데요. 바로 미국의 달 탐사 계획인 '아폴로' 이후로 인류가 우주에 도달한 최고 고도라는 것입니다. 드래건 우주선의 이번 지구 저궤도 비행은 최고 고도 비행을 한다는 목표가 있는 만큼 지구와의 근지점과 원지점이 다른 타원 형태로 진행됩니다. 그래서 지구를 돌 때마다 고도의 차이가 발생하는데요. 이번 비행에서는 궤도 비행 도중 우주선 자체 추진을 통해 더 높은 고도 비행을 진행했습니다. 그래서 낮게는 고도 197km에서, 높게는 1408.1km까지 올라가기도 했습니다. 이 고도에서 비행을 했다는 것은 매우 특별합니다. ISS가 고도 420km인 점, 허블우주망원경이 고도 540km인 점을 감안하면 이번 비행은 아폴로 계획 이후 반세기 만에 가장 높은 고도에 도달한 셈입니다. 또한 여성 우주인의 역대 가장 높은 고도 비행 기록도 함께 세워졌습니다. 앞서 스페이스X가 진행한 인스퍼레이션4(Inspiration 4) 미션에서 최고 고도는 575km였습니다. 이에 따라 업계에서는 폴라리스 던 미션을 최고 고도의 민간인 우주비행이자 미국 정부의 유인 달 탐사 프로젝트 아르테미스 미션-II(Artemis Mission-II) 이전으로의 '우주 복귀'라고도 부릅니다. 이번 미션은 지난 냉전 시대 우주 개발 계획에 빗대 성숙한 우주 개발 과정으로 평가합니다. 미국과 소련(소비엔트연합)의 우주개발 경쟁 시대 일환으로 진행된 아폴로 계획은 국가 간의 우월성 경쟁을 목표로 진행됐지만 이번 민간 우주 비행은 인류의 우주 진출을 위한 기술의 발전이라는 점, 그 목적이 모든 인류의 발전과 부흥을 위한다는 점에서 큰 차이를 보입니다. 불가능해 보이는 미션 성공으로 미래세대에게 희망 전달 스페이스X는 지난 몇 년 동안 지구 저궤도에 수백 개 이상의 스타링크 위성을 쏘아 올렸습니다. 이 위성들은 지구 어디에서든 위성통신을 할 수 있도록 서비스한다는 목적을 가지고 있습니다. 스페이스X는 폴라리스 던 미션을 통해 저궤도 비행을 하면서 스타링크의 성능을 다시 한번 시험했습니다. 소셜미디어 폴라리스 엑스(구 트위터)에는 지난 13일(현지시간) '회복력의 조화'(HARMONY OF RESILIENCE)라는 제목의 영상이 게재됐습니다. 새라 길리스는 드래건 우주선 안에서 존 윌리엄스의 '레이의 테마'를 바이올린으로 연주했고 이 장면을 녹화했습니다. 레이의 테마는 영화 '스타워즈'의 배경음악 중 하나입니다. 새라는 "5일 동안 지구를 여행하는 동안, 이 특별한 순간을 음악으로 여러분과 함께 나누고 싶었다"며 "전 세계의 재능을 모은 이 공연은 단합과 희망을 상징하며 세계 모든 어린이의 회복력과 잠재력을 상징한다"고 전했습니다. 이 연주는 한 곡의 여러 파트가 독립적으로 녹음된 후 합쳐지면서 오케스트라 연주를 완성됐다는 점에서 매우 특별합니다. 새라의 연주를 녹화한 팀원들은 스타링크의 연결성 테스트를 위해 해당 자료를 레이저 통신으로 지구로 송신했고 미국 로스앤젤레스(LA)를 비롯한 아이티, 브라질, 스웨덴, 베네수엘라, 우간다 등 세계 여러 곳의 악단에서 파트별로 연주한 소리를 합쳐 오케스트라를 완성했습니다. 폴라리스 프로그램의 공식 홈페이지에는 '음악이라는 보편적인 언어와 소아암 및 질병과의 끊임없는 싸움에서 영감을 받았고 이 순간은 다음 세대가 별을 바라볼 수 있도록 영감을 주고자 하는 바람으로 만들어졌다'고 명시돼 있습니다. 이 특별한 영상은 폴라리스 프로그램이 기부를 위해 모금 중인 세인트 주드 아동 연구 병원과 음악 교육 재단 '엘 시스테마' 미국 본부와 상호 협력 아래 제작됐습니다. 우주 환경에 적응하기 위한 인체 변화 연구 놀라운 실험은 이뿐만이 아닙니다. 우주 공간과 인체의 변화를 따지는 아주 중요한 실험이 있었습니다. 인류가 지구를 벗어나 달과 화성, 그리고 그 너머에 도달하기 위해선 오랜 시간 우주에 머물러야 합니다. 지구 환경에 맞춰 진화한 인류는 아직 몇몇을 제외하고는 우주 경험이 거의 없습니다. 따라서 인류가 지구를 벗어나 우주 공간에서 행성 간 이동을 하는 시대를 열기 위해선 인체가 우주에서 어떤 영향을 받는지, 장기간 노출돼 있을 때 건강이 어떻게 변하는지에 대한 연구가 꼭 필요합니다. 이번 미션에서는 우선적으로 다음과 같은 연구를 수행했습니다. 첫 번째, 초음파를 사용해 '정맥 가스 색전증(Venous Gas Emboli, VGE)'을 모니터링하고 데이터를 감압병 연구에 기여하는 것입니다. 팀원들은 드래건 우주선의 해치를 열고 우주 공간을 경험할 때, 산소 농도와 기압 차이의 변화로 인한 인체의 감압병 관련 임상 데이터를 얻었고 이 자료는 감압병 연구 자료로 사용될 것 입니다. 두 번째, 우주 공간에서 인체가 우주 방사선 노출로 인해 어떠한 생물학적 변화를 겪는지에 대한 데이터를 수집하는 것입니다. 현재 우주 공간에 거주하는 사람은 우주정거장에 거주하는 극소수의 우주비행사 뿐인데요. 같은 고도에서 비슷한 생활을 하는 이들과 다르게 드래건 우주선에 탑승한 팀원들은 이와 다른 고도에서 생활을 했기 때문에 다른 강도의 우주 방사선에 노출됐을 가능성이 있습니다. 이러한 차이로 얻은 데이터를 통해서 인류는 보다 더 많은 것을 이해할 수 있을 것입니다. 세 번째, 우주 환경에 팀원들의 생물학적인 변화를 확인하고 이에 대한 샘플을 제공하는 것입니다. 지상에서 여러가지 생물학적 연구 모듈을 장착한 팀원들은 우주 활동을 수행하고서 샘플을 반환 및 제공해 생물학적 발전에 기여합니다. 마지막으로 장기간 우주 비행 시 신경안구증후군(Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome, SANS)과 관련된 연구에 참여합니다. 이는 우주비행사가 우주 환경에서 겪는 시력 변화와 신경학적 변화에 대한 연구인데요. 다른 중력 환경에서 인체 내 체액 이동 변화, 우주 방사선의 영향으로 인한 시력과 안구 형태·신경학적 두통과 공간 인지 능력·균형 감각의 변화를 연구합니다. 이는 모두 인류의 우주 진출에 앞서 반드시 연구되고 대책을 마련해야 할 항목들입니다. 폴라리스 던은 시작 단계…스타십 활용한 행성 간 비행 계획도 이번 미션은 제라드 아이작먼과 스페이스X가 공동으로 추진하는 '폴라리스 프로그램(Polaris Program)'의 첫 번째 미션입니다. 이 프로그램은 과거 인류의 역사에서 길잡이 역할을 해온 3개의 북극성을 빗대 달, 화성, 그 너머의 공간으로 인간의 우주 탐사를 돕는 중요한 운용 능력을 입증하기 위한 3단계의 미션으로 계획돼 있습니다. 우선 폴라리스 던은 1단계 미션으로, 인류가 지구를 벗어나 우주에 도달하는 것을 입증하는 데 중점을 뒀습니다. 3단계에 걸친 미션에서 1단계 미션에 던(Dawn)이라는 이름이 붙은 이유는 우주탐사의 서막을 알린다는 뜻 아닐까요. 물론 공식적인 설명은 없었습니다. 스페이스X는 다음 미션도 간략히 설명했는데요. 2단계는 '인간의 우주비행, 우주 통신, 과학 연구에 대한 지평을 넓힐 것'이라고 밝혔고 3단계는 '스타십을 이용한 인류 최초의 우주 비행이 될 것'이라고 설명했습니다. 즉 폴라리스 던과 2단계 미션은 드래건 우주선을 기반으로 한 4인 이하의 우주인들이 과학 미션을 테스트하는 구조로 진행될 전망이고 마지막 3단계는 스타십을 활용한 본격적인 우주여행으로 예상됩니다. 스페이스X는 현재 스타십의 5차 시험 발사를 앞두고 있습니다. 지난 발사와는 부스터와 우주선의 귀환 및 회수까지 기대되는 단계라는 점에서 큰 차이가 있습니다. 조만간 우주 발사에 대한 모든 단계의 완전 재사용이 가능해져 우주가 한층 더 가까워지는 그날을 기다려 봅니다. 2024.09.28 06:00

세계 첫 민간 달 착륙 성공했지만…누워버린 착륙선[코스모스토리] 미국의 민간 우주기업 인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)의 '오디세우스(노바-C)' 달 착륙선이 민간기업으로는 세계 최초로 달 착륙에 성공했습니다. 지난 15일 오전 1시 5분(현지시간) 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주기지에서 스페이스X의 팔컨9 로켓에 실려 발사된 오디세우스는 2단 상단부와 성공적으로 분리된 후 8일 간 우주비행을 진행했고 21일 본체의 엔진을 연소하면서 월면 상공 92km 달 궤도에 진입했습니다. 이후 이틀 뒤 달 남극점에서 300km 떨어진 '말라퍼트A' 지점에 연착륙을 시도한 끝에 성공했습니다. 말라퍼트는 태양과 달 표면을 관측해온 천문학자 샤를 말라퍼트의 이름을 따서 지어진 곳으로, 달의 남극점 주변에 있는 분화구 지대입니다. 2026년 유인 달 탐사 프로젝트 '아르테미스3(Artemis III)'미션의 착륙지 '말라퍼트 매시프(Malapert Massif)'와 지형이 가까워 유인 달 탐사 이전 비슷한 환경에서의 착륙이라는 점에서 의미가 있습니다. 22일(현지시간) 착륙 당시 중계영상에서는 월면 착륙 직후 약 13분 정도 연락이 지연되다 신호를 수신했습니다. 민간으로서는 최초의 사례이자 미국으로선 아폴로 계획 이후 52년만의 달 착륙 성과입니다. 현지에서는 '미국이 달에 돌아왔다(America return to the Moon)'라는 표현을 쓰며 자축하는 반응이 나왔습니다. 빌 넬슨 미국항공우주국(NASA) 국장은 "반세기 만에 처음으로 미국이 달로 돌아갔다"며 "오늘은 NASA의 상업적 파트너십의 힘과 가능성을 보여주는 날"이라고 말했습니다. 다음 날 조 바이든 미국 대통령도 백악관 발표 성명에서 "(이번 착륙은) 우주 탐험의 새로운 시대에 짜릿한 진전"이라며 "오디세우스를 성공적으로 착륙시킨 인튜이티브 머신즈 팀과 인간 우주 탐사의 미래를 만들고 있는 NASA의 파트너들을 축하한다"고 전했습니다. 'IM-1'으로 불리는 이번 미션은 NASA의 달 탐사 프로젝트 '아르테미스 미션'과 연계된 '민간 달 탑재체 수송 서비스(Commercial Luna Payload Services, CLPS)'로 달궤도 진입에 실패했던 아스트로보틱 '페레그린'에 이어 두 번째로 진행됐습니다. NASA는 과거 국가주도로 진행한 달 진출을 민간 기업과 분야를 나눠 진행하고 있습니다. 효율적으로 자본을 운영하는 것은 물론, 민간 기업의 진출로 우주 산업 시대를 본격적으로 펼쳐 나가기 위해섭니다. 미션 실패 위기…NASA의 백업 장치로 극복 역사적인 첫 민간 달 착륙 성공이지만 과정을 들여다보면 다소 의문이 남는 부분이 존재합니다. 먼저 월면 착륙시도 시간의 재설정입니다. 인튜이티브 머신즈는 자사 홈페이지를 통해 임무의 전 과정에 대한 업데이트를 했는데요. NASA의 CLPS로 진행되는 만큼 실시간 중계 일정도 이 시간과 연동돼 진행될 예정이었습니다. 홈페이지에 공지된 공식 중계 시간은 22일 14:00 CST(미국 중부표준시간)였습니다. 역사적인 순간을 함께하려는 전세계 천문학자 및 미디어 등은 공지된 시간만 기다리고 있었습니다. 그런데 30분 전 중계 시간이 2시간 뒤인 22일 16:00 CST로 변경됐습니다. 월면 착륙선의 하강 궤도 진입은 약간의 오차가 발생하면 착륙 지점이 크게 바뀔 수 있기 때문에 진입 시점은 정밀한 계산을 통해 지정됩니다. 그런데 착륙시간이 지연됐다는 것은 핀포인트 하강 궤도 진입을 하지 못했다는 것이고 2시간 가량 지연됐다는 것은 달 궤도를 한 바퀴 더 돌고 재시도를 했다는 것을 의미합니다. 이에 '궤도 진입을 위한 엔진 연소 실패', '통신 에러' 등 다양한 추측이 제기됐는데요. 약 한 달 전 아스트로보틱 '페레그린'의 달 궤도 진입 실패 사례가 있기 때문에 불안감은 더 커졌습니다. 속사정은 외신보도에서 드러납니다. 23일(현지시간) CNN의 보도에 따르면 오디세우스는 내장 항법장치가 작동하지 않아 달 착륙을 할 수 없는 상황에 처해 있었습니다. 우주 탐사에 있어서 항법장치는 단일장애지점(Single Point Failure, SPOF)에 해당됩니다. 즉 항법장치가 작동하지 않으면 기체의 위치와 고도 및 비행에 필수적인 요소를 알 수 없고 이는 미션 실패로 이어집니다. 하지만 NASA의 실험적 기기 '내비게이션 도플러 라이다(Navigation Doppler Lidar, NDL)'를 활용해 월면에 착륙할 수 있었습니다. NASA의 자료에 따르면 이 장치는 달 착륙선 내비게이션 프로그램의 백업 장치로 레이저 펄스를 발사 후 물체에서 반사돼 돌아오는 것을 수신해 물체까지의 거리를 측정하는 방식으로 기체의 고도, 속도 및 방향을 측정할 수 있습니다. 착륙은 했지만…월면에 누워버린 착륙선 다음으로 의문이 제기된 대목은 '소프트 랜딩(연착륙)'입니다. 주로 비행기가 활주로에 부드럽게 착륙하는 것을 소프트 랜딩이라고 부르고 충격이 느껴질 정도로 거칠게 착륙하는 것을 '하드 랜딩(경착륙)'이라고 부릅니다. 이 표현은 달 착륙선에도 비슷하게 적용됩니다. NASA와 인튜이티브 머신즈에서는 오디세우스 착륙선이 소프트 랜딩을 했다고 전했습니다. 하지만 착륙 후 지구와 통신 단절이 10분 이상 진행되면서 지켜보는 사람들의 마음을 졸이게 만들었죠. 정적의 시간이 지난 후 기체에서 발신한 미세한 신호를 포착하자 중계진은 착륙에 성공했다고 공식 발표했습니다. 이를 지켜본 사람들의 관심은 달 착륙 사진으로 몰렸습니다. 정상적인 착륙을 했다면 착륙 시스템에 따라서 월면 착륙 이미지가 공개될 것이고 이는 52년 만에 달로 복귀하는 미국의 달 진출을 알리는 상징이 될 수 있습니다. 하지만 이미지는 공개되지 않았습니다. 그 이유는 무엇이었을까요. 스티브 알테머스(Steve Altemus) 인튜이티브 머신즈 대표는 달 착륙 다음날일 23일(현지시간) NASA와 공동으로 진행한 미션 브리핑에서 오디세우스가 달에서 옆으로 누워있는 상태로 추정된다고 전했습니다. 그는 "오디세우스가 착륙 지점(말라퍼트A)에서 발이 걸려 넘어졌을 수 있다"며 "착륙선의 방향이 달 표면 쪽이라고 생각한다"고 말했습니다. 그러면 태양전지는 올바로 작동했을까요? 그는 "우주선의 태양광 충전은 잘 이뤄져 100% 충전 상태"라고 설명했습니다. 이 부분에서 우리는 최근 달에 거꾸로 착륙한 일본의 'SLIM' 착륙선을 떠올리게 됩니다. 소프트 랜딩을 했지만 임팩트 당시 알 수 없는 이유로 전복돼 거꾸로 서 있게 됐지만 지구와의 통신은 가능했죠. 단 설계상 태양전지 패널이 한 방향만 바라보고 있기 때문에 기체의 충전시간과 작동시간이 극단적으로 짧아진 바 있습니다. 알테머스 대표는 교신신호가 약한 이유도 설명했습니다. 지구를 향해 고성능 안테나가 바라보고 있어야 하는데 옆으로 누워버리는 바람에 안테나가 달 표면을 향하게 되면서 그만큼 지구로 오는 신호가 약해졌습니다. 작동을 할 수 없는 정도는 아니지만 고화질의 이미지를 수신하기엔 어려운 상황이라고 전했습니다. 실제로 공식 홈페이지에서 공개된 이미지를 살펴보면 해상도가 낮은 사진들이 공개된 것을 확인할 수 있습니다. 오디세우스도 이와 같은 이유로 어렵사리 달 착륙에는 성공했지만 임무 수행에 문제가 생기지는 않을지 우려하는 시선이 생겨났습니다. 하지만 달의 남극점과 가까운 곳에 착륙한 만큼 태양광 패널을 상단부 외에도 측면부에도 부착해 여러 각도에서 태양광을 수신해 전력을 생산할 수 있었습니다. 알테머스 대표는 "우주선의 태양광 충전은 잘 이뤄져 100% 충전 상태"라며 달 탐사 임무를 진행할 수 있다고 전했습니다. 그러면 오디세우스의 달 착륙 사진을 담을 수 있을까요? 100% 장담하긴 어렵습니다. 그 이유는 오디세우스에 탑재된 이글캠(EagleCam)에 있습니다. 기체의 측면부에 탑재된 이글캠은 월면 착륙 30m 상공에서 사출돼 역사적인 달 착륙과정을 촬영할 계획이었습니다. 하지만 이 계획은 전면 수정됐습니다. 앞서 항법장치 문제로 NDL을 가동하면서 전력이 부족해 이글캠을 끌 수 밖에 없었고 예정대로 카메라를 사출하지 못해 착륙과정을 촬영하지 못했기 때문입니다. 매우 아쉬운 선택이었지만 달착륙 미션 전체와 촬영을 두고 저울질을 한 결과 어쩔 수 없었습니다. 28일 이글캠을 개발한 엠브리리들 항공대(Embry‑Riddle Aeronautical University, ERAU)는 "이후 (이글캠을) 다시 작동시켜 기체에서 약 4m 떨어진 위치에 사출했지만 Wi-Fi 연결이 현재까지 잘 안되고 있어 이를 해결하기 위해 노력하고 있다"고 밝혔습니다. 만약 이 문제가 해결된다면 달착륙 사진을 촬영할 수 있을지 모르겠습니다. 이글캠을 활용한 촬영은 불투명한 가운데 오디세우스는 어떻게 달 착륙 이미지를 촬영할까요. 현재로선 기체 내장 카메라를 활용한 셀카 촬영이 가능합니다. 이 카메라는 오디세우스의 측면부에 탑재돼 있으며 우주 비행중에도 지구와 달을 배경으로 촬영해 공개한 바 있습니다. NASA와 인튜이티브 머신즈는 한국시각으로 29일 새벽 4시에 기자회견을 진행했는데요. 이 자리에서 월면 착륙 당시와 옆으로 기울어져 있는 상태에서 촬영한 사진 2장을 공개했습니다. 이 사진에는 기체가 왜 옆으로 누워 착륙했는지에 대한 단서가 담겨 있었습니다. 첫 번째 사진은 22일 오디세우스가 월면에 착륙하는 순간을 담은 사진으로 메인 엔진이 분사를 하면서 기체의 속도를 줄이는 가운데 기체를 지지하는 발이 월면 착륙 충격을 흡수하는 모습을 보여줍니다. 하지만 자세히 보면 기체를 지지해야 할 6개의 발 중 일부가 파손된 것을 확인할 수 있습니다. 이는 급조한 NASA의 NDL을 통해 착륙을 시도하면서 기체의 하강 속도가 충분히 줄어들지 않아 터프한 착륙을 했음을 알려줍니다. 파손된 발로 인해 똑바로 서 있어야 할 기체가 옆으로 넘어졌다고 추정할 수 있습니다. 다른 한 장의 사진은 27일(현지시간) 촬영한 사진으로 오디세우스가 월면에 옆으로 넘어진 모습을 제대로 보여줍니다. 월면이 아닌 공중에 떠 있는 발이 확인됐고 넘어져 있는 기체의 일부 모습이 보입니다. 이 사진으로 우리는 오디세우스 착륙선이 달에 누워 착륙했다는 것을 확인하게 됐습니다. 완전한 착륙 숙제는 여전…누워 있지만 해뜨면 가동 할 수도 오디세우스는 달 착륙 후 7일~10일간의 탐사 가동시간을 목표로 하고 있었습니다. 달은 27일 주기로 자전을 하기 때문에 보름마다 낮과 밤이 바뀝니다. 달의 남극점도 예외가 아니죠. 하지만 옆으로 누워서 착륙하는 바람에 탐사기간은 애초 계획과 달리 5일로 단축됐습니다. 알테머스 대표는 28일(현지시간) 기자회견에서 "(오디세우스를) 슬립 상태로 놓고 향후 2~3주 안에 다시 재가동하기를 기대할 것"이라고 밝혔습니다. 이어 "태양광이 패널을 다시 비출 때, 다시 교신하는 것이 우리의 테스트 목표"라고 덧붙였습니다. 달은 대기가 없어서 밤에는 영하 200도를 넘는 극한의 추위를 견뎌야 합니다. 과연 추위로 인해 기체가 파손될지 여부가 주목되는 가운데 희망적인 소식이 들려왔습니다. 지난 27일 달의 밤을 견뎌낸 일본의 달 착륙선 'SLIM'이 다시 태양광을 받아 전력을 가동하면서 지구와 교신에 성공한 것입니다. 슬림은 내장 카메라를 활용해 주변부 월면의 모습을 추가로 촬영해 지구로 전송했습니다. 하지만 추위와는 정반대의 문제가 발생했습니다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 슬림의 기체의 온도가 100도를 넘어가면서 작동에 어려움을 겪고 있다고 전했습니다. 태양이 없는 상황에서는 극한의 추위로 문제지만 태양이 떠있는 곳에서는 온도가 높아져 문제가 발생했습니다. 이에 달 표면 극한의 조건에서 슬림과 오디세우스가 잘 견뎌낼 수 있을지 관련 업계의 관심이 모이고 있습니다. 컬럼비아와의 콜라보…기업의 우주산업 활용 좋은 사례 비록 착륙 단계에서 문제가 있었지만 이번 무인 달 착륙 과정은 민간 기업들의 우주산업 활용에 있어서 좋은 사례가 됐습니다. 오디세우스의 셀카 사진을 보면 의류기업 '컬럼비아(Columbia)'의 로고가 계속 보입니다. 전혀 관계가 없을 것 같은 분야의 기업이지만 컬럼비아는 오디세우스의 극저온 추진탱크에 특수 열 반사 소재 '옴니-히트 인피니티(Omni-Heat Infinity)' 필름을 코팅했습니다. 본래 NASA에서 단열 소재로 개발됐지만 컬럼비아에서 겨울철 방한 의류에 접목시켜 널리 사용됐고 다시 우주선에 사용됐습니다. 오디세우스는 달 착륙에 우여곡절을 겪었지만 컬럼비아는 광고효과를 톡톡히 봤습니다. 상당수의 사진에 컬럼비아 로고가 노출됐고 추진제의 안정적인 사용으로 단열·보온 성능을 홍보할 수 있었습니다. 컬럼비아와의 콜라보 소식은 지난해 10월 23일(현지시간) NASA 존슨 스페이스센터 공식 팟캐스트에 출연한 팀 크레인(Tim Crain) 인튜이티브 머신즈 최고 기술 책임자에 의해 공개된 바 있습니다. 당시 그는 "컬럼비아 기술진이 NASA에서 사용하는 열반사 단열 코팅에서 아이디어를 얻어 방한의류 안감에 적용해 보온성을 높이고 방한의류의 콜드 스팟을 보강했는데 그 기술을 다시 달 착륙선에 적용했다"고 설명했습니다. 앞으로 인튜이티브 머신즈는 이번 IM-1 미션에 이어 'IM-2', 'IM-3' 2번의 미션이 예정돼 있는 만큼 다른 기업들과도 적극적으로 협업에 나선다는 방침입니다. 민간 기업의 우주 기술 발전…한국의 우주 진출 성공의 키 될 수도 완벽한 착륙은 아니었지만 이번 민간 달 착륙 미션의 성공으로 민간 우주산업 기술도 달에 진출할 정도로 발전했다는 것을 확인할 수 있었습니다. 상당 부분 보완과 기술의 발전을 거쳐 향후 달 진출을 계속 진행할 것으로 전망되기 때문에 우주산업의 미래는 밝다고 볼 수 있겠습니다. 우리나라도 오는 5월 우주항공청을 열고 본격적으로 우주로 진출할 예정입니다. 이미 NASA와 협력해 달 궤도에서 탐사 중인 다누리를 시작으로 한국형 달 착륙선을 개발한다는 계획도 갖춰져 있습니다. 이를 효과적으로 견인할 만한 요소는 무엇일까요. 미국의 사례처럼 '민관 시너지'가 크게 주목받고 있습니다. 일론 머스크의 스페이스X는 미국의 화물 궤도 운송을 주로 맡아 성장하고 있고 인튜이티브 머신즈, 아스트로보틱을 비롯한 여러 회사가 NASA의 CLPS프로그램으로 달 진출을 진행하고 있습니다. 한국에도 우주산업에 뛰어든 스타트업이 있습니다. 초소형 인공위성 시장을 공략중인 '페리지에어로스페이스'와 재사용 발사체 개발에 집중하는 '이노스페이스'가 그 주인공 입니다. 우주산업의 선두주자인 미국이 민관 협동으로 효율성과 성과를 모두 잡고 있는 것처럼 한국의 우주산업도 얼마만큼 민관협동을 통해 시너지를 낼 수 있을지 여부가 우주 진출 성공의 핵심이 될 것으로 보입니다. 2024.03.02 06:00