NASA 대체 왜 수조 원을 우주에 버릴까?: 허블, 제임스 웹, 낸시 로만

'인류는 미치도록  무엇을 찾고 있는건가?'

 

우주를 끝까지 이해한다면

허블 우주망원경은 우리에게 우주의 모습을 보여주었습니다.

제임스 웹 우주망원경은 그보다 더 먼 곳, 더 오래된 우주의 모습을 들여다보고 있습니다.

그리고 낸시 그레이스 로만 우주망원경은 광대한 우주를 관측하며 암흑에너지와 암흑물질, 외계행성이라는 또 다른 미지의 영역을 탐구하게 될 것입니다.

인류는 왜 이렇게까지 우주를 알고 싶어 하는 것일까요?

아마도 우리가 알고 싶은 것은 단순히 별의 개수나 은하의 모습만은 아닐 것입니다.

우리는 결국 우리 자신이 어디에서 왔는지 알고 싶은 것인지도 모릅니다.

 

뉴스 기사가 던진 작은 의문

얼마 전, NASA의 차세대 우주망원경인 '낸시 그레이스 로만(Nancy Grace Roman)'의 발사 준비와 관련한 최신 뉴스 기사를 접하게 되었습니다.

 

허블과 제임스 웹에 이어 또다시 수조 원의 예산을 들여 새로운 우주망원경을 쏘아 올린다는 소식을 들으며 문득 궁금증이 생겼습니다.

 

"이미 제임스 웹이라는 엄청난 망원경이 우주에 떠 있는데, 인류는 왜 계속해서 막대한 비용을 들여 새로운 우주망원경을 만들어 내는 걸까?"

 

이 작은 질문에서 시작해 허블부터 제임스 웹, 그리고  먼 우주로 가고 있는 로만 망원경까지, 인류가 우주로 눈을 돌리는 진짜 이유를 하나씩 파헤쳐 보게 되었습니다.

 

호기심을 자극하는 차세대 우주망원경

지구의 눈을 어둡게 만든 장벽

그런데 말입니다, 도대체 왜 인류는 수조 원이라는 천문학적인 돈을 들여 굳이 망원경을 우주 한복판으로 쏘아 올리는 것일까요? 답은 생각보다 가까운 곳에 있습니다. 바로 우리가 숨 쉬고 있는 '지구 대기' 때문입니다.

 

지구 대기는 일종의 울퉁불퉁한 굴절 렌즈와 같습니다. 밤하늘의 별이 반짝이는 것은 사실 예뻐서가 아니라, 대기층이 흔들리며 빛을 사방으로 흩뜨리고 있기 때문입니다. 게다가 우주에서 날아오는 중요한 빛(적외선, 자외선, X선 등)의 대부분은 대기에 막혀 지상에 도달조차 하지 못합니다.

 

결국 우주의 진실을 보려면 대기라는 장벽을 뚫고 우주 밖으로 직접 나가는 수밖에 없었던 것입니다.

우주망원경은 빛을 관측하는 방식에 따라 크게 세 가지 눈을 가집니다.

• 가시광선 (허블): 인간의 눈으로 보는 것과 가장 유사한 정교하고 아름다운 우주의 겉모습을 담아냅니다.
• 적외선 (제임스 웹 & 로만): 두터운 우주 먼지 구름을 뚫고 들어가, 은하 뒤에 숨은 별과 135억 년 전 태초의 아련한 온기를 포착합니다.
• X선: 블랙홀로 빨려 들어가는 물질이나 별이 폭발하는 초신성 같은 우주에서 가장 격렬하고 뜨거운 에너지를 추적합니다.

제임스 웹 우주망원경과 태초의 빛

우주를 관측하는 세 가지 시선

인류가 우주로 보낸 3대 대표 우주망원경은 저마다 명확한 미션을 갖고 태어났습니다.

구분	허블 우주망원경 (HST) 약 25억 달러	제임스 웹 우주망원경 (JWST) 약 100억 달러	낸시 그레이스 로만 (NGRST) 약 32~35억 달러
발사 시기	1990년	2021년	2027년 예정
관측 위치	지구 상공 530km (저궤도)	150만 km 밖 (L2 지점)	150만 km 밖 (L2 지점)
주요 파장	가시광선, 근자외선	근적외선, 중적외선	근적외선, 가시광선
거울 크기	지름 2.4m	지름 6.5m (벌집 모양)	지름 2.4m
핵심 역할	우주의 팽창과 나이 규명	태초의 은하와 초기 별 관측	암흑에너지 및 외계행성 탐색
특징 비유	우주 천문학의 선구자	아주 좁은 곳을 깊게 보는 확대경	허블보다 100배 넓게 보는 광각카메라

 

허블이 우주가 얼마나 넓고 아름다운지 보여주었다면, 제임스 웹은 우주의 가장 깊숙한 시초를 정밀 타격하듯 들여다봅니다.

그렇다면 '낸시 그레이스 로만'은 무엇이 다를까요?

로만 망원경은 제임스 웹처럼 좁은 영역을 깊게 보는 대신, 허블의 100배에 달하는 압도적인 시야각으로 밤하늘을 한 번에 훑어버립니다. 우주의 거대한 지도를 그려 암흑물질의 실체를 파헤치는 '우주 스캐너'인 셈입니다.

 

이 두 망원경(제임스 웹,낸시 그레이스 로만)의 관계를 한 문장으로 정의하면 이렇습니다.

제임스 웹이 우주 깊은 곳을 정밀하게 들여다보는 '최고성능 현미경'이라면, 낸시 그레이스 로만은 우주 전체의 암흑물질 지도를 한 번에 찍어내는 '초광각 카메라'입니다.

 

제임스 웹은 거울 크기(6.5m)가 커서 아주 멀리 있는 태초의 은하를 깊게 들여다보는 성능이 압도적입니다. 하지만 관측할 수 있는 시야가 좁다는 한계가 있죠. 반면 낸시 그레이스 로만은 한 번에 허블이나 제임스 웹보다 무려 100배나 넓은 면적을 한눈에 담아냅니다. 제임스 웹이 몇 달 동안 찍어야 할 우주 영역을 단 며칠 만에 스캔해 버리는 셈입니다.

 

따라서 로만 망원경이 광활한 우주를 광각으로 훑으며 '수상한 미지의 외계행성과 은하'를 찾아내면, 제임스 웹이 그 지점을 정밀 타격하듯 딥줌(Deep Zoom)하여 깊숙이 분석하는 완벽한 콤비 플레이를 펼치게 됩니다.

이 수조 원짜리 망원경들은 서로 경쟁하는 것이 아니라, 인류가 우주의 비밀을 풀기 위해 만든 가장 정교한 팀이었던 것입니다.

 

150만 km 너머의 숨은 계산

그런데 여기서 한 가지 이상한 점이 있습니다. 허블은 지구 근처 530km 위를 돌고 있는데, 제임스 웹과 로만 망원경은 왜 하필 지구에서 150만 km나 떨어진 초심해 우주인 '라그랑주 L2 Point'로 향하는 것일까요?

 

그곳은 태양과 지구의 중력이 완벽한 균형을 이루어, 적은 연료로도 망원경을 정지시킬 수 있는 명당입니다. 무엇보다 지구와 태양을 한 방향으로 등질 수 있어 망원경이 태양열에 가열되는 것을 막고, 24시간 내내 칠흑 같은 어둠 속에서 차가운 적외선을 관측할 수 있습니다.

 

놀라운 것은 이 막대한 우주 프로젝트의 발사 비용을 획기적으로 낮춘 공학적 비하인드입니다.

NASA는 로만 망원경의 발사체로 일론 머스크의 민간 우주기업 스페이스X(SpaceX)의 '팔콘 헤비(Falcon Heavy)' 로켓을 선택했습니다. 발사 계약 금액은 약 2억 5,500만 달러(약 3,400억 원) 수준입니다.

 

기존 정부 주도의 단발성 로켓(ULA 등)을 이용했다면 발사 비용만 5,000억 원 이상이 소요되었을 것입니다. 스페이스X의 '재사용 로켓 기술' 덕분에 인류는 발사 예산을 약 2,000억 원 이상 절감할 수 있었고, 아낀 예산을 망원경 본체의 정밀도를 높이는 데 고스란히 투입할 수 있었습니다.

 

광각으로 우주 지도를 그리는 낸시 그레이스 로만 망원경

인류 최첨단 기술의 정밀한 집약

수조 원의 예산이 들어간 우주망원경은 단순히 큰 망원경이 아닙니다. 인류 공학 기술이 도달할 수 있는 극강의 정밀도가 집약된 예술품입니다.

 

■ 원자 단위의 극초정밀 거울 망원경의 주경(거울)은 오차가 수 나노미터 수준에 불과합니다. 만약 이 거울을 지구 크기(지름 약 12,700km)로 확대하더라도, 표면의 튀어나온 언덕이나 파인 골짜기의 오차가 단 2.5cm에 불과할 정도로 극단적인 평평함을 자랑합니다.

 

■ 테니스장 크기의 5중 차양막 적외선 망원경은 자체 열이 발생하면 정밀한 관측이 불가능합니다. 이를 막기 위해 제임스 웹과 로만은 테니스장 크기의 5겹 카프톤 차양막을 펼칩니다. 햇빛을 받는 전면은 섭씨 80도까지 치솟지만, 차양막 바로 뒷면은 영하 230도의 극저온 상태를 완벽히 유지합니다.

 

■ 서울에서 남산 조준하는 제어력 150만 km 밖에서 수천 광년 떨어진 미세한 별빛을 놓치지 않으려면 지향 제어 기술이 필수적입니다. 이는 서울 강남에서 남산타워 꼭대기에 앉아 있는 모기의 눈동자를 흔들림 없이 수 시간 동안 조준하고 있는 것과 같은 고도의 제어 기술입니다.

 

지구와 광활한 우주가 교차하는 철학적 감성의 이미지

우주를 끝까지 이해한다면

허블 우주망원경은 우리에게 우주의 모습을 보여주었습니다. 제임스 웹 우주망원경은 그보다 더 먼 곳, 더 오래된 우주의 모습을 들여다보고 있습니다. 그리고 낸시 그레이스 로만 우주망원경은 광대한 우주를 관측하며 암흑에너지와 암흑물질, 외계행성이라는 또 다른 미지의 영역을 탐구하게 될 것입니다.

 

인류는 왜 이렇게까지 우주를 알고 싶어 하는 것일까요? 아마도 우리가 알고 싶은 것은 단순히 별의 개수나 은하의 모습만은 아닐 것입니다. 우리는 결국 우리 자신이 어디에서 왔는지 알고 싶은 것인지도 모릅니다.

 

우주는 어떻게 시작되었을까? 최초의 별과 은하는 어떻게 만들어졌을까? 생명은 어떻게 시작되었을까? 지구와 같은 행성은 우주에 얼마나 많을까? 그리고 언젠가 다른 행성에서 생명의 흔적을 발견한다면 우리는 무엇을 생각하게 될까요?

 

그 질문은 결국 더 근본적인 질문으로 이어질 것입니다. “우리는 왜 존재하는가?”

그리고 여기에서 과학이 설명할 수 있는 영역의 끝과 인간의 철학적 질문이 만나는 지점이 나타납니다.

 

우주의 탄생과 진화를 아무리 자세하게 밝혀낸다고 하더라도, “왜 아무것도 없는 것이 아니라 무언가가 존재하는가?” 라는 질문까지 과학이 완전히 답할 수 있을지는 알 수 없습니다.

그리고 사람들은 오래전부터 그 질문에 대해 여러 가지 답을 찾아왔습니다. 그중 하나가 종교였습니다.

 

그래서 우주를 끝까지 추적하다 보면 결국 또 하나의 질문을 만나게 됩니다. “신은 존재하는가?”

과학이 발전하면 종교가 사라지는 것일까요? 아니면 과학이 우주의 신비를 하나씩 밝혀낼수록 우리는 오히려 더 근본적인 질문 앞에 서게 되는 것일까요?

 

어쩌면 과학과 종교는 서로 다른 방식으로 같은 인간의 궁금증에서 출발했는지도 모릅니다. “우리(영혼)는 어디에서 왔으며, 우리가 살아가는 이 세계는 무엇인가?”

 

과학은 관측하고 측정하며 답을 찾아갑니다. 종교와 철학은 그 답의 의미를 묻습니다. 그리고 아직 우리는 어느 쪽에서도 모든 답을 얻지 못했습니다.

어쩌면 인류가 우주망원경을 계속 만드는 진짜 이유는 여기에 있는지도 모릅니다.

 

우리는 단지 우주를 보기 위해 망원경을 만드는 것이 아니라, 우주를 통해 결국 우리 자신을 이해하려고 하는 것인지도 모릅니다.

 

그리고 마지막에 남는 질문은 어쩌면 이것일 것입니다. 우주의 모든 비밀을 밝혀낸 그 순간에도, 인류에게 아직 답하지 못한 질문이 남아 있다면 그 질문은 과연 무엇일까요?

 

 

* 첨부된 사진 출처:생성형 AI로 연출된 이미지  Image generated by Google Flow