우리는 어떻게 먼 곳을 볼까? 눈을 들어 가까운 곳에서 보다 먼 곳을 본다. 더 멀리 보려면 더 높이 올라야 한다. 그래서 가시거리만큼 본다.
우리 눈은 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 라디오파 중에서 빨주노초파남보의 가시광선 대만 볼 수 있다.
그래서 우리는 더 작은 것과 더 큰 것을 보기 위해 도구를 사용해 우리의 감각을 연장한다.
더 큰 것을 보는 것을 망원경, 더 작은 것을 현미경이라 한다.
현미경은 가시광선으로 보는 광학현미경, 전자 영역을 보는 전자현미경, 원자 세상을 보는 원자현미경, 그 너머를 보는 것이 입자가속기다.
망원경은 집광 거울의 지름과 망원경의 위치에 따라 성능과 관측대상이 달라지며, 관측 대상 전자기파의 종류에 따라 달라진다. 감마선을 관측하는 망원경이 이번에 라그랑주 2 포인트에 정착한 제임스 웹 망원경이다.
제임스 웹 이전에 가장 우주를 폭넓게 관측한 것이 허블 우주망원경이다. 이 망원경은 지구로부터 540km 떨어진 지구궤도를 공전하면서 우주로부터 오는 가시광선을 모아 천체를 관측했다. 허블 딥 필드에 수천 개의 우주가 있다는 사실을 알게 해 주었다.
그럼 허블 우주망원경은 어디서 오는 무엇을 관측했는데요? 우주로부터 오는 가시광선을 관측했다고 앞에서 말했잖아요. 별은 스스로 빛을 내는 행성이랍니다. 왜 빛을 내죠? 이 우주의 75%는 수소로 이루어져 있답니다. 수소는 수소 스펙트럼선이 나옵니다. 복사열이지요.
다시 제임스 웹 망원경 이야기로 돌아와 보지요. 제임스 웹 우주망원경은 지구로부터 150만 km 떨어진, 지구와 태양의 중력이 서로 상쇄되어 평형을 이루는 라그랑주 포인트 중 하나인 2포인트에서 우주로부터 오는 감마선을 모아 사진을 찍을 계획입니다.
우주의 어느 시점까지 보려고 하나요? 빅뱅 이후 3억 년까지 보려고 합니다. 138억 년을 우주의 나이로 보니까 135억 년 이전의 우주의 구성을 보려고 합니다.
지금 우리에게 도달한 빛이 1년 전에 생긴 빛인지, 135억 년 전에 생긴 빛인지 어떻게 알 수 있나요?
“적색이동(red shift) 현상으로 알 수 있다. 우주 공간이 팽창하므로 멀리 있는 물체일수록 우리에게서 멀어지는 것으로 관측된다. 만일 아주 멀리 있는 어떤 천체가 가시광을 방출했다면 팽창하는 우주 공간을 통과해 오면서 점점 그 빛의 파장이 길어지게 되어, 최종적으로 우리가 그 천체의 빛을 볼 때에는 파장이 긴 빛으로 보이게 된다. 이를 적색이동이라고 한다.
그런데 빛은 그 진행속도가 유한하므로 멀리 있는 천체일수록 우리 눈에 보이기까지 시간이 더 오래 걸린다. 즉, 멀리 있는 천체일수록 더 오래 전의 우주의 모습을 보는 것이다. 어떤 천체의 적색이동을 측정하면 그 천체가 우리에게서 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 알 수 있다. 우리가 지금 보는 그 천체의 모습은 그 거리를 빛이 날아오는 데 걸리는 시간만큼 과거의 모습이 된다.”
천체가 관측자에게서 멀어지면 그 천체에서 나오는 빛의 파장이 길어지면서 점점 붉어진다(적색이동). 반대로 천체가 가까워지면 점점 푸른색을 띠게 된다(청색이동). 이를 도플러 효과라고 한다./위키피디아
생성 초기에 뜨거웠던 우주가 3000℃ 정도로 식었을 때 양성자와 중성자가 합해지면서 중성 수소가 생기고 빛이 발생했다. 이때 나와서 우리에게 도달하는, 마이크로파로 관측되는 그 빛을 우리는 우주 배경 복사라고 한다. 그 빛의 적색이동은 1000쯤 된다.”
주) 조선일보, 김기훈 경제전문기자, 안상현 한국천문연구원 수석연구원 인터뷰 기사에서
감마선의 적색이동 현상을 통해 빅뱅 이후 3억 년부터 우주의 모양을 보려고 제임스 웹 우주망원경을 라그랑주 2포인트에 올려 보냈다.
곧, 빛을 통해 과거를 보겠다고 한다. 8분 전에 태양을 떠난 빛도 지구에서 볼 때는 더 붉어진 빛이다. 파동도 더 길어진. 개인의 과거는 기억을 꺼내오는 것으로 정보이고, 빛은 거리를 달려온 과거의 정보다. 기억과 먼 거리를 달려온 빛은 무슨 관계일까?
