3억 개의 은하와 우리 은하계에 있는 1억 개의 천체에 대한 데이터를 수집할 우주망원경 ‘스피어엑스(SPHEREx)’가 이달 27일 오후 7시(현지 시간)께 미국 캘리포니아주 반덴버그 우주군기지에서 발사된다.
스피어엑스는 전천(전체 하늘) 적외선 영상분광 탐사를 위한 우주망원경으로, 총 102개의 적외선 파장으로 전체 하늘을 촬영해 광대한 우주의 데이터를 수집한 후 3차원 우주입체지도를 완성한다. 전체 하늘에 대한 적외선 분광 탐사는 전 세계에서 최초로 이뤄지는 대규모 우주탐사로 스피어엑스는 발사 후 약 2년 6개월간 0.75~5마이크로미터(㎛) 파장 범위에서 탐사를 수행한다.
분광 관측은 파장에 따른 빛의 밝기를 측정하는 방식으로 영상분광 기술을 이용하면 특정 천체가 아닌 전체 하늘을 100개 파장에서 촬영하는 것이 가능하다. 2021년 발사된 차세대 허블우주망원경 제임스웹(JWST)과 적외선을 이용하는 점이 같지만 제임스웹은 좁은 영역의 하늘을 깊고 자세히, 스피어엑스는 얇고 넓게 촬영하는 것이 큰 차이점이다.
하늘로 날아오른 스피어엑스는 세 가지 질문에 대한 해답을 찾아 나선다. 우선 첫 번째 질문은 ‘우리가 살고 있는 우주가 어디에서 시작됐는가’이다. 우주는 빅뱅에서 시작돼 급팽창 단계를 거쳐 지금에 이르고 있다. 하지만 인류는 초창기 급팽창의 원인과 급팽창 이전의 우주에 대한 정보를 갖고 있지 않다. 스피어엑스는 은하의 사진을 찍고 파장에 따른 밝기의 변화를 살펴 은하의 거리를 측정해 우주 3차원 지도를 만들고 초창기 우주에 대한 수학적인 단서를 찾아나선다. 두 번째 질문은 ‘은하가 어떻게 생성되고 진화했는가’이다. 우주가 138억 년간 유지되는 동안 은하는 끊임없이 생성되고 진화했다. 은하가 만들어진 시기와 진화 과정의 역사를 파악하기 위해 스피어엑스는 은하의 빛을 통계적으로 관측하는 연구를 진행한다. 마지막 질문은 ‘태양계 밖에 생명체가 존재하는가’이다. 생명이 존재하기 위해서는 물이 필요하다. 생명을 따라가기 위해서는 물을 찾아야 한다. 우주에서 물은 대부분 얼음이라는 형태로 존재하는데 스피어엑스는 전천 촬영을 통해 우주 얼음의 분포를 지도로 만들어 생명체가 존재하는 환경을 파악한다.
우주의 수수께끼를 푸는 발자취에 국내 과학 기술도 기여한다. 한국천문연구원은 스피어엑스 공동개발에 참여하는 유일한 국제 협력 기관으로 독자적으로 개발한 근적외선 우주망원경 기술력을 인정받아 2016년 기획 단계부터 스피어엑스 개발에 참여했다. 이번에 천문연은 국내 중소기업과 협업, 스피어엑스의 핵심 장비인 극저온 진공체임버를 개발해 미 항공우주국(NASA·나사)에 제공했다. 극저온 진공체임버는 영하 220도 이하에서 진공 상태를 지상에서 구현해 스피어엑스가 극한의 우주 환경에서 제대로 작동하는지 확인하며 빛에 들어오는 파장을 제대로 측정하는지 검증한다.
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