우주 탐사를 위한 인류의 가장 큰 도박인 제임스 웹 우주 망원경이 12월 25일에 우주로 치솟았고, 이는 전 세계 천문학자들이 수십 년간 노력한 결과의 정점을 표시했습니다. 그러나 Webb가 천문학의 새로운 시대를 열려면 많은 과학자들이 바라는 대로 수백 가지의 복잡한 엔지니어링 단계가 앞으로 며칠 또는 몇 주 안에 차질 없이 진행되어야 합니다.

천체 물리학자이자 전 우주 비행사이자 NASA의 책임자인 John Grunsfeld는 "이제 어려운 부분이 시작됩니다."라고 말합니다.

미화 100억 달러 규모의 Webb는 역사상 가장 복잡하고 비용이 많이 드는 우주 관측소이며 1990년부터 우주를 연구해 온 NASA의 Hubble Space Telescope의 후계자입니다. Webb는 발사 후 이제 가장 위험한 임무에 착수할 것입니다. 그 거대한 거울이 우주 깊숙한 곳을 들여다보는 데 필요한 모든 부품을 배치하여 시간의 새벽으로 되돌아갑니다.

모든 장비가 작동하고 최초의 과학적 관찰이 이루어질 때까지는 아마도 7월이 될 것입니다. 천문학자들은 긴장을 풀 수 없을 것입니다. Webb의 학제간 과학자이자 워싱턴 D.C.에 있는 천문학 연구 대학 협회(Association of Universities for Research in Astronomy)의 과학 부회장인 Heidi Hammel은 그때까지 "많은 긴장이 있을 것"이라고 말했습니다.

NASA가 제작한 Webb는 유럽 우주국(ESA)이 제공한 아리안 5 로켓을 타고 프랑스령 기아나의 쿠루 우주공항에서 현지 시간으로 오전 9시 20분에 발사되었습니다. 이 프로젝트의 세 번째 국제 파트너는 캐나다 우주국입니다.

NASA의 과학 책임자인 Thomas Zurbuchen은 발사 현장의 웹캐스트에서 "정말 감동적인 날이었습니다. "인류가 생각해낸 가장 놀라운 임무 중 하나의 시작입니다."

Webb에서 관찰 시간을 수상한 New York Rochester Institute of Technology의 천문학자 Jeyhan Kartaltepe는 "우리 모두가 오랫동안 기다려온 일이 마침내 일어나는 것을 보고 매우 감동적입니다."라고 덧붙입니다. "성공을 위해 열심히 노력한 모든 분들께 진심으로 감사드립니다."

코스 설정

Ariane 5는 Webb를 완벽한 궤도로 우주로 쏘아 올렸고, 이는 향후 몇 년 동안 망원경이 과학에 사용할 연료를 더 많이 절약할 수 있게 해줍니다. 발사 27분 후 발사체에서 분리된 후 Webb는 전력이 흐르기 시작하는 중요한 단계인 태양 전지판을 펼쳤습니다. Grunsfeld는 이렇게 말합니다. 몇 시간 후, 엔진을 태워 궁극적인 목적지, 즉 두 번째 라그랑주 점 또는 L2로 알려진 우주 위치를 향해 항로를 설정할 것으로 예상되었습니다('Webb의 여정' 참조). 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 그곳에서 그것은 항상 태양과 행성의 반대편에 있을 것이며 햇빛으로부터 보호되는 민감한 광학 장치로 우주의 어두운 영역을 들여다볼 것입니다.

L2로 가는 여정은 29일이 소요되며 300개 이상의 '실패 지점'에서 무언가 잘못될 수 있습니다. ESA의 과학 책임자인 Günther Hasinger는 전체 과정이 번데기에서 나오는 나비와 같다고 말했습니다. 이는 매우 비싸고 3층 높이의 매우 복잡한 나비입니다.

우선 가장 중요한 것은 테니스 코트 크기의 Webb의 연 모양의 선실드를 배치하는 것입니다. 보호막의 역할은 Webb를 방사선으로부터 그늘지게 하고 태양을 마주하는 면의 110ºC에서 음영 처리된 면의 -235ºC로 환경을 냉각시키는 것입니다. Webb는 광학 장치가 적외선 파장의 먼 은하와 기타 우주 물체의 희미한 빛을 포착할 수 있도록 극한의 온도를 필요로 합니다.

Hasinger는 "Webb의 독특한 점은 차가운 망원경이라는 점입니다. 선실드가 제대로 전개되지 않으면 Webb의 과학은 심각하게 저하됩니다.

발사 3일 후, 두 개의 직사각형 팔레트가 전망대 양쪽에 펼쳐질 예정입니다. 앞으로 4일 동안 팔레트가 열리면 5개의 막 같은 썬실드 층이 드러나고 매트리스 위에 시트를 조이듯 펼쳐서 제자리에 고정합니다.

미러 정렬

출시 10일 후 모든 것이 순조롭게 진행되면 Webb는 여전히 접혀 있는 거대한 기본 미러를 향하도록 작은 2차 미러를 이동할 것입니다. 이틀 후, 기본 미러는 6.5미터 너비의 완전한 미러를 만들기 위해 2개의 힌지 섹션을 제자리에 스윙하기 시작할 것입니다. 그 시점에서 베릴륨으로 만들어지고 금으로 코팅된 거울의 18개 육각형 부분은 반짝이는 거대한 벌집과 비슷할 것이며 Webb는 빛을 포착할 수 있기 때문에 진정한 망원경이 될 것이라고 Hammel은 말합니다.

약 2주 후에 Webb는 최종 위치인 L2에 도달해야 합니다. 허블이 결함이 있는 광학 장치로 발사된 후 그랬던 것처럼 우주 비행사가 문제가 발생하면 망원경을 방문하여 수리하기에는 지구에서 너무 멀리 떨어져 있습니다. (그런스펠드를 포함한 우주비행사들은 궁극적으로 허블에 5번이나 비행하여 과학 장비를 업그레이드하고 세계적 수준의 천문대로 유지했습니다.) 그러나 선실드와 거울이 제대로 배치되면 최악은 Webb 뒤에 있습니다. 그 다음부터는 거울을 정렬하고 기구를 보정하는 문제입니다. 이러한 단계는 복잡하지만 이전에 지상 기반 망원경 거울에서 수행되었습니다.

시작되기까지 6개월이 남은 한 가지 이유는 망원경이 작동 온도로 냉각될 시간이 필요하기 때문입니다. 발사 후 약 4개월이 지나면 기본 미러 세그먼트가 충분히 냉각되고 올바른 모양을 취하도록 정렬됩니다. 그러면 미션 엔지니어가 계측기 교정을 시작합니다.

그리고 중적외선 파장에서 작동하는 망원경의 4개 장비 중 하나는 절대 영도보다 7ºC 높은 -266ºC에 도달하기 위해 또 다른 냉각기가 필요합니다. 그 온도에 도달하면 Webb는 Hubble보다 100배 더 민감해야 합니다.

적외선 눈

Webb의 적외선은 우주의 팽창에 의해 적외선 파장으로 빛이 확장된 먼 별과 은하를 향해 135억 년 이상을 뒤돌아 볼 수 있게 해줍니다. 또한 별이 태어난 곳과 같이 먼지가 많은 지역을 관통하고 태양계 너머 행성의 대기를 탐사할 수 있습니다. ESA의 Webb 프로젝트 과학자인 천문학자 Antonella Nota는 “이것은 천체 물리학의 모든 분야에서 뛰어난 질문에 답하도록 설계되었습니다.

앞으로 6개월 동안 모든 것이 계획대로 진행된다면 과학자들은 가능한 한 빨리 Webb에서 놀라운 이미지와 데이터를 공개해야 한다는 강한 압박을 받게 될 것입니다. Webb를 운영하는 메릴랜드 주 볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소의 천문학자들로 구성된 소규모 위원회는 어떤 천체를 먼저 관찰해야 하는지에 대한 비밀 목록을 작성했습니다. 결과의 첫 번째 부분에는 망원경의 기능을 과시하기 위해 행성, 별 및 은하에 대한 장엄한 이미지와 데이터가 포함될 것입니다. 그 후 Webb를 사용하기 위해 줄을 서고 있는 다른 천문학자들을 위한 과학이 본격적으로 시작됩니다.

현재로서는 망원경이 설계자가 의도한 대로 작동하는지 지켜보고 기다리는 수밖에 없습니다. "나는 우리가 할 수 있는 모든 것을 했다는 것을 압니다."라고 Hammel은 말합니다.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-03655-4