138억 년 전 빛을 찍는다는 게 가능할까?

우주의 탄생 순간을 보다 — 제임스 웹 우주망원경 이야기

혹시 지금으로부터 25년 전에 시작한 일이 오늘에야 결실을 맺는다면 어떤 기분일까요? NASA의 2대 국장이자 아폴로 계획을 성공적으로 이끌었던 제임스 웹(James E. Webb)의 이름을 딴 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope: JWST)이 딱 그런 사연을 갖고 있습니다.

1996년, NASA 과학자들이 허블 망원경의 다음 세대를 구상하기 시작했습니다. 목표는 단순했죠. "우주가 처음 빛을 발한 순간을 눈으로 보자." 하지만 그게 말처럼 간단하지 않았습니다. 처음엔 2007년 발사를 목표로 했지만, 기술적 문제와 예산 부족이 반복되면서 무려 14년이나 밀렸습니다. 총 개발비는 100억 달러(약 13조 원), 미국·유럽·캐나다 3개국이 함께 만들었습니다.

2021년 12월 25일, 크리스마스 아침. 아리안 5 로켓이 JWST를 싣고 지구를 떠났습니다. 발사 후 6개월에 걸쳐 망원경을 우주에서 펼치고 영점을 맞추는 작업이 진행됐고, 2022년 7월 드디어 첫 사진이 공개됐죠. 그 이미지를 본 세계는 말 그대로 숨을 멈춰야 했습니다.

JWST의 임무는 크게 네 가지라고 합니다. 첫 번째는 우주 최초의 별과 은하를 찾는 것. 빅뱅 직후 어둠 속에서 처음으로 빛을 낸 별들이 어떻게 생겼는지, 우리는 아직 본 적이 없습니다. JWST는 그 최초의 빛을 잡아내기 위해 설계됐습니다.

두 번째는 별이 태어나는 장면을 찍는 것. 별은 두꺼운 먼지 구름 안에서 태어나기 때문에, 일반 망원경으로는 그 안을 볼 수 없습니다. 하지만 JWST가 이용하는 적외선은 먼지를 뚫고 들어갈 수 있어서, 마치 안개 속을 X선으로 보듯 별 탄생의 현장을 포착할 수 있습니다.

세 번째는 외계 행성의 대기를 분석하는 것. 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 대기를 통과하는데, 그 빛의 스펙트럼을 분석하면 대기 성분을 알 수 있습니다. 수증기나 이산화탄소, 심지어 생명 활동의 흔적이 있는지도 찾아낼 수 있습니다.

네 번째는 은하가 어떻게 자라왔는지 추적하는 것. 초기 우주의 작은 은하들이 어떤 과정을 거쳐 지금 우리가 사는 은하처럼 커졌는지, 그 역사를 직접 들여다볼 수 있습니다.