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제임스 웹 우주 망원경
James Webb Space Telescope |
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| <colbgcolor=#000000><colcolor=#ffffff> 명칭 |
차세대 우주 망원경 (NGST; 1996–2002) |
| 임무 유형 | 천문학 |
| 운영자 | STScl (NASA)/ESA/CSA |
| COSPAR ID | 2021-130A |
| SATCAT No | 50463 |
| 웹사이트 |
공식 웹사이트 webbtelescope.org |
| 임무 기간 |
2년 6개월 15일 (경과) 51⁄2년 10년 (예정) 20년 (예상 수명) |
| 우주선 속성 | |
| 제조업체 |
노스롭 그루먼 볼 에어로스페이스&테크놀로지 코퍼레이션 L3해리스 테크놀로지스 |
| 발사 질량 | 6,500 kg (14,300 lb) |
| 크기 | 21.197 m × 14.162 m (69.54 ft × 46.46 ft), 선실드 |
| 전력 | 2 kW |
| 임무 시작 | |
| 발사일 | 2021년 12월 25일, 12:20 UTC |
| 로켓 | 아리안 5 ECA (VA256) |
| 발사장 | 기아나 우주 센터, ELA-3 |
| 계약자 | 아리안 스페이스 |
| 서비스 시작 | 2022년 7월 12일; D[dday(2022-07-12)]일 |
| 궤도 매개변수 | |
| 참조 시스템 | 태양–지구 L2 궤도 |
| 정권 | 헤일로 궤도 |
| 근점 고도 | 250,000 km (160,000 mi) |
| 원점 고도 | 832,000 km (517,000 mi) |
| 기간 | 6개월 |
| 메인 망원경 | |
| 유형 | 코르쉬 망원경 |
| 직경 | 6.5 m (21 ft) |
| 초점 거리 | 131.4 m (431 ft) |
| 초점 비율 | f/20.2 |
| 수집 면적 | 25.4 m2 (273 sq ft) |
| 파장 | 0.6–28.3 μm (주황색~중적외선) |
| 트랜스폰더 | |
| 대역 |
S-대역, 원격 측정 및 원격 명령 Ka-대역, 과학 데이터 다운링크 |
| 대역폭 |
S-밴드 업: 16 kbit/s S-밴드 다운: 40 kbit/s Ka-밴드 다운: 최대 28 Mbit/s |
| 초점 거리 | 131.4 m (431 ft) |
| 초점 비율 | f/20.2 |
| 수집 면적 | 25.4 m2 (273 sq ft) |
| 파장 | 0.6–28.3 μm (주황색~중적외선) |
| 계측기 | |
| FGS-NIRISS • MIRI • NIRCam • NIRSpec | |
| 요소 | |
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통합 과학 기기 모듈 광학 망원경 요소 우주선 (버스 및 선실드) |
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| 윗부분의 모습 |
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| 아랫부분의 모습 |
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| 발사와 전개 과정 |
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1. 개요
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제임스 웹 우주 망원경은 NASA, ESA, 캐나다 우주국(Canadian Space Agency; CSA)이 개발한 우주 망원경으로, 주황색의 가시광선부터 근적외선 및 적외선 영역의 관측을 수행한다. 현재 허블 우주 망원경의 관측 범위를 넘어선 더 멀리 있는 오래된 천체를 관측하는 목적 중 하나이기에, 허블의 후계기이다. 또한 적외선 관측이라는 점에서는 스피처 우주 망원경의 후계기이기도 하다.
기존 지상 망원경이나 우주 망원경이 관측할 수 없었던 아주 먼 거리에 위치한 심우주 천체들을 관측하는 것이 주 목표 중 하나로, 이를 위해 적외선 관측 능력이 매우 뛰어나도록 설계되었다.
반사경의 직경은 6.5미터로 허블의 직경보다 3배 더 커서 훨씬 더 높은 분해 능력을 선사한다. 여기에는 태양의 열과 빛으로부터 거울과 기구를 보호하기 위한 테니스장 크기의 차폐막이 달려 있다. 엔지니어들은 제임스 웹 우주 망원경이 무사히 우주에 도달하도록 거울과 차폐막을 접어 로켓 페어링 내부에 넣을 수 있게 설계하였다. 이는 망원경이 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 최종 목표 궤도로 이동하는 발사 후 펼쳐진다. 관련 기사
또한 외계 행성의 대기를 통과한 빛을 관측해서 외계 행성의 대기 조성 및 환경에 대해서 제대로 연구할 수 있을 것으로 기대된다.[1] 제작에는 노스롭 그루먼이 주도적으로 참여하고 있다. 원래는 "차세대 우주 망원경(NGST; Next Generation Space Telescope)"이라 불렸으나, 2002년 NASA 제2대 국장인 제임스 에드윈 웹의 이름을 따서 현재 이름이 되었다.
2. 개발 배경
허블 우주 망원경이 1990년에 가동하기 시작하면서 NASA에서는 후계 망원경에 대한 논의가 시작되었다. 마침 세계적인 관심이 우주론으로 쏠린 것도 있었고, 올라가고 보니 너무나도 좋은 성능을 보여 준 탓에 일단 큰 걸 만들더라도 사이즈를 좀 줄여서 지구 밖으로 보내자는 여론이 조성되면서 1996년, 허블 망원경의 수명이 다할 것으로 예상되는 시기[2]에 쏘아올릴 거대 우주 망원경을 계획하였다.그리하여 허블 망원경이 볼 수 없는 더욱 깊은 우주를 볼 수 있는 망원경을 만들자는 일념하에 개발 프로젝트를 시작하였고, 2002년에 과거 아폴로 계획을 헌신적으로 지원했던 제임스 에드윈 웹 NASA 제2대 국장의 이름을 따 '제임스 웹 우주 망원경(JWST)'으로 프로젝트명을 결정했다.
3. 주요 임무
제임스 웹(JWST)의 임무는 빅뱅에 의한 것으로 추정되는 우주의 탄생과 기원을 이해할 수 있도록 과학적 관측 자료를 수집하는 것이다. NASA가 밝힌 JWST의 주요 관측 활동은 4가지 테마에 따라 진행된다.NASA는 JWST 운영 초기 12개월을 일반 제안서 관측(GO), 개발 기여 집단에 할당되는 시간의 제안서 관측(GTO), 연구소장이 재량으로 쓸 수 있는 시간의 데이터 선공개 제안서 관측(DD-ERS)으로 구성된 사이클 1(Cycle 1)에 따라 행한다. 이러한 세 종류 프로그램 가운데, GO 및 DD-ERS는 무기명 전문 평가단의 이중 심사에 의해 세부 임무가 선별되며, GTO는 천체 과학자에게 일정 시간이 보장된 관측 임무이다. 특히 DD-ERS 관측은 운영 초기 5개월 간 과학자 그룹을 통한 시급한 연구 분석이 필요할 경우 배정된다.
4. 발사
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NASASpaceflight |
제임스 웹 우주 망원경은 사실 발사에 이르기까지 굉장히 많은 시행착오가 있었던 망원경이었다. 첫 계획의 수립 시 설정된 발사 목표는 2007년이었지만, 연이은 과학적 접근의 착오와 기술적 오류 등으로 전반적인 개발이 수 차례 지연되면서 엄청나게 밀렸다.
이후 2014년경을 목표로 계획이 수립되었으나 그뒤로도 예산 문제로 수차례 지연되었다. 한때 허블 발사 50주년에도 발사 연기가 반복될 거라는 등의 갖가지 흉흉한 드립이 돌았을 정도. 그나마 허블의 하드웨어 및 소프트웨어를 업그레이드하는 방식으로 시간 공백을 메우기는 했지만 천문학자들이 오랜 세월 걱정이 이만저만이 아니었다. 이후 제임스 웹 망원경 제작에 속도가 붙으면서, 우주왕복선 프로그램 종료 후 불가능해진 허블우주망원경 유지 관리에 긴장하던 나사와 천문학계는 비로소 차세대 우주 망원경을 기대할 수 있게 되었다.
2016년 11월 광학 부분이 완성되었다.
2018년 10월로 발사 예정일이 잡혔지만 2017년 9월 29일, 2019년 3월로 연기되었고, 2018년 3월 27일, 2020년 5월로 또 연기되었고, 이후 2018년 6월 27일, 2021년 3월 30일로 또다시 연기되었다.
2019년 8월 말 전체 조립이 완료되었다. 그러나 당시 발생한 코로나19와 여러 요인으로 여러 차례의 연기를 거쳐 결국 2021년 12월 22일로 발사일이 정해졌다.
그러나 2021년 12월 15일, 22일에 할 예정이었던 발사를 12월 24일 이후로 또 연기했다. 이후 또다시 12월 24일로 발사 일정을 재확정했지만, 최종적으로는 2021년 12월 25일로 최종 결정되었다. 발사체는 아리안 5, 발사 장소는 프랑스령 기아나에 있는 기아나 우주센터이다.
2021년 12월 25일, 프랑스령 기아나 현지 시각 오전 9:20, 한국 시각으로는 오후 9:20에 발사하였다.[3] 계획된 궤도를 따라 매우 안정적으로 라그랑주점을 향하여 이동을 시작하였으며, 추진체의 카메라에 태양광 반사판이 전개가 되는 모습을 마지막으로 더 이상 지구에서 제임스 웹 망원경을 볼 수 없게 되었다. 분리되기 직전 속도는 9.58km/s, 고도 1,376km 지점에서 아리안 5 로켓과 분리되었다(T+ 00:27:07).
발사 약 1개월 뒤 라그랑주 점에 도착하여 위치 안정과 각종 점검을 거친 뒤 6개월 뒤부터 본격적으로 지구에 관측 결과를 보내기 시작했다.
2022년 2월 18일에는 제임스 웹 망원경보다 8년 앞선 2013년 12월 발사돼 먼저 라그랑주점 L2에서 천체를 관측 중인 가이아 우주 망원경이 약 100만 km 떨어진 제임스 웹을 포착, 동년 3월 16일 ESA에서 관련 이미지를 공개했다.
| 왼쪽 끝 원내의 작은 점이 제임스 웹 우주망원경이며, 상단 좌측 격자 내 이미지는 확대된 모습, 우측의 격자 내 모습은 최초 포착 후 2시간이 지나 재촬영된 이미지이다. 제임스 웹과 가이아 우주 망원경은 서로 40만 km~110만 km 거리를 두고 L2에서 공전하게 된다. |
제임스 웹 망원경의 발사 이후의 위치와 임무 준비 및 관측 계획은 NASA의 홈페이지에서 확인 가능하다.
5. 관측 업적
5.1. 2022년
【수행 사항】- 2월 10일: 제임스 웹 망원경(JWST)가 촬영 테스트를 시작했다. 큰곰자리의 별빛을 포착하는 데 성공했고, 셀카까지 찍었다. # 앞으로 몇 달에 걸쳐서 주경 정렬을 한 후 본격적인 관측을 시작한다.
- 3월 18일: NASA에서 소모된 연료량을 계산한 결과 아리안 5가 매우 정확하게 궤도로 올려보내 준 덕분에 자세 및 궤도 조정을 위해서 필요한 연료를 아낄 수 있게 되었다. 이 덕분에, 기존의 10년에서 20년으로 수명을 늘릴 수 있을 것으로 보고 있다.
- 3월 30일: 허블 우주 망원경이 지금까지 발견한 개별 항성 중 가장 먼 항성으로 추측하는 개체인 WHL0137-LS/Earendel을 발견하였다. 추후 이를 JWST가 자세히 관측할 계획이다.
- 5월 9일: 스피처 우주 망원경과 동일하게 대마젤란은하를 찍은 사진의 해상도 비교 샷이 업로드되었다. #
- 6월 1일: NASA와 ESA는 JWST의 첫 공식 관측 사진이 7월 12일 공개된다고 발표했다. # 다음 달 12일에 공개될 이미지와 자료는 천체의 특징을 가늠할 수 있는 화상군과 관측된 천체의 스펙트럼을 담은 분광 관측 데이터이다. #
- 6월 8일: JWST의 세그먼트 C3[5] 주경이 5월 23일에서 25일 사이, 모래 알갱이보다 작은 크기의 미소 유성체(micrometeoroid)와 충돌한 것으로 나타났다. 이번이 JWST의 여정 시작 이후 5번째이자 가장 큰 미소 유성체 입자의 충돌로써 웹 망원경 관측 자료에서 작게나마 영향이 감지됐지만, 내달 12일 최초의 관측 사진을 공개하는 일정 등에 대한 영향은 일단 없다고 한다. #1 #2
- 6월 25일: 첫 번째 관측 계획 사이클에 대해 공개되었다. 대부분 항성 주위를 가깝게 도는 불지옥 행성들이다. 하지만 지구처럼 생명체 존재 가능성이 있는 행성도 관측 대상에 포함되어 있다. 하나당 10~30시간 정도의 관측 시간이 주어졌다.
- 7월 8일: NASA는 12일 온라인을 통해 풀 컬러 이미지와 분광 데이터로 최초 공개되는 JWST 관측 대상 목록을 공지했다. 그 가운데는 우리에게도 잘 알려진 용골자리 성운(Carina Nebula), 남쪽 고리 성운(Southern Ring Nebula), 스테판의 5중주(Stephan's Quintet)와 더불어 WASP-96 b와 SMACS 0723이다. #
- 7월 11일: 미국 동부 표준시 오후 5시 30분(한국 시간 12일, 오전 6시 30분), 조 바이든 대통령이 백악관에서 열리는 JWST Preview 행사에서 직접 최초의 JWST 풀 컬러 이미지로써 SMACS 0723(12일 발표 목록 중 하나) 은하단을 공개했다.[6][7] # 허블 망원경이 찍은 허블 울트라 딥 필드 시리즈의 후속기 버전이라고 할 수 있다. 다만 은하단을 타깃으로 하였으므로 성격 자체는 울트라 딥 필드의 자매 프로젝트인 허블 프론티어 필드에 가깝다고 할 수 있다. 고화질 이미지
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| NASA's Webb Delivers Deepest Infrared Image of Universe Yet (The galaxy cluster SMACS 0723) # |
| 제임스 웹 우주 망원경으로 촬영한 용골자리 성운의 모습이다. |
| WASP-96 행성의 대기. 수증기 형태의 물이 발견되었다. |
- 7월 14일: 예정대로 NASA는 JWST의 커미셔닝 데이터를 공개했다. #1 #2 미컬스키 우주 망원경 아카이브(MAST)에서 엠바고가 걸리지 않은 모든 관측 자료의 메타데이터에 대해 접근이 가능하지만, 관측 제안서를 낸 연구자가 독점하는 데이터는 즉시 이용이 불가능하고 독점 기간이 끝난 후 이용 가능하다. 탐사 데이터는 하루에 두 번 심우주 통신망(DSN)을 통해 지구로 전송되는데, 그 속도는 망원경 저장 장치의 용량 관리와 DSN의 자료 전송 평균 속도에 좌우된다.
- 7월 19일~25일: 최근 한 달 간의 본격적인 관측에서 적색편이가 10에서 최대 20으로 추정되는 초기 은하들이 다수 발견되어 Nature 등을 포함한 천문학계 최고 권위 학술지들[11]에 제출되었고 현재 동료 심사 중이며, 제출본이 arXiv에 공개되었다. #1 #2 #3 #4 이러한 은하들의 적색편이는 분광학적으로 확인한 가장 초기의 은하인 GN-z11보다도 큰 것(333억 광년에서 최대 359억 광년)[12]으로 여겨지지만, 측광으로 적색편이를 추정한 것이기 때문에 후속 관측으로 스펙트럼에서 적색편이를 확인하는 절차가 필요하다. 은하가 아무리 멀리 떨어져 있어도 원소의 고유 분광 스펙트럼은 같기 때문에, 정확한 적색편이를 얻기 위해서 원자에서 나오는 분광 스펙트럼을 조사해서 고유의 스펙트럼이 얼마나 이동했는지를 확인하는 것이다. 측광으로 얻은 데이터는 고유 분광 스펙트럼을 확실하게 얻을 수 있을 정도로 정확하지는 않아 확률적으로 적색편이를 추정하며, JWST에 달려 있는 분광기인 NIRSpec을 활용한 추가적인 관측을 통해 정확한 적색편이를 얻어야 한다.
- 8월 2일: 수레바퀴 은하(Cartwheel Galaxy)를 찍어서 이미지를 공개했다. 이 성과로 인해 1994년 허블 우주 망원경이 찍은 이미지와 비교 연구가 가능해졌다. 고해상 이미지
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9월 21일:
해왕성의 고리와 위성 7개(트리톤/갈라테아/네레이드/탈라사/라리사/프로테우스/데스피나)를 선명하게 포착하는 데 성공했다. 특히 고리는 1989년 보이저 2호의 탐사를 통해 최초로 존재를 확인하긴 했지만, 너무 옅은 데다 거리가 멀다는 문제 때문에 지구에선 도저히 손을 못 대고 있었는데 약 33년 만에 관측 및 촬영을 이뤄냈다는 게 돋보인다.
- 9월 28일: 관측 장비 중 하나인 NIRCam의 파이프라인 캘리브레이션 초기 버전이 정확하지 않아서 제임스 웹의 초기 관측을 분석한 연구 논문들이 대대적으로 수정되어야 했다는 네이처 보도가 나왔다. # 지난 7월 말, 제임스 웹의 데이터에서 고적색편이 은하 후보가 많이 발견되는 추세에 관해서 이상함이 감지되고 있었는데 # , 알고 보니 관측 데이터가 덜 보정되어서 실제로는 조금 가까울 고적색편이 은하 후보를 좀 더 먼 고적색편이 은하 후보로 오인하고 있었던 것. 이미 7월 말에 발견된 원거리 은하 후보 몇 개는 저널 제출 전에 아카이브에 게재된 프리프린트 논문이 수정되어서 측광 적색편이가 처음보다 줄어든 상황이다.[13] 8월 이후부터 나온 논문은 이러한 이슈를 인지하고 따로 처리했기 때문에 해당 사항이 없는 경우가 많다.[14]
- 10월 11일: NIRCam으로 20.42시간에 걸쳐 허블 울트라 딥 필드를 관측했다. #
- 10월 19일: 수리 성운의 창조의 기둥 관측 사진을 공개했다
- 11월: WASP-39 b의 대기 분자의 존재와 광화학반응까지 처음으로 밝혀냈다. #
- 2022년 4분기: Cycle 1 초기 단계에 배정된 특정의 과학목적 탐사 과제는 마무리하고, 정상적인 운영 단계로 전환을 시작한다. 이 시기에, 당초 약 5개월로 계획된 긴급 과제를 수행하는 DD-ERS 프로그램은 마감하고 GO/GTO 프로그램 중심의 탐사 과제에 집중한다는 뜻으로 보인다.
5.2. 2023년
- 1월 31일: JWST Cycle 1(시운전 단계, Commissioning) 후속의 Cycle 2 과학 탐사용 세부 프로그램에 대한 천문학 전문가 집단의 제안서 접수를 마감한다.[15] NASA 측은 전 세계 천문학자들이 그간 의문을 품었던 JWST의 성능이 7월에 공개한 커미셔닝 결과에 따라 얼마나 좋은지 실감하게 되었기에, Cycle 2의 탐사 제안은 Cycle 1 보다 '훨씬 더 모험적인' 과제로 제출해 주길 바란다고 밝혔다.
- 센타우르스 소행성군에 있는 소행성 10199 커리클로를 자세히 관측하였다. 제임스 웹은 이 소행성의 고리가 배경 별 앞을 지나가는 엄폐 현상(occultation)을 관측하였다. [16] 이번 관측에서는 커리클로 표면의 결정체 얼음에 대한 명확한 증거를 보여주고 있다. #
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카멜레온자리에 있는 분자 구름(
암흑성운) 관측 임무를 수행하였다.
#관측된 모습(고해상도)
#기사 관측 스펙트럼 데이터를 통해서 물과 같은 단순한 얼음 이외에도 이산화탄소, 암모니아, 그리고 메탄 등 가장 단순한 형태의 분자와 복합 유기물 분자인 메탄올에 이르기까지 광범위한 분자가 얼어 있는 모습의 형태로 존재하고 있음을 식별했다. 또한 이 관측을 통해 연구 팀은 메탄올보다 더 복잡한 분자들에 대한 존재 증거도 발견했다.
- 앞서 공개한 SMACS J0723.3-7327의 데이터를 추가 분석한 결과 은하단의 중력으로 발생한 중력 렌즈로 증폭된 배경 은하의 빛에서 최초로 적색편이 값이 z = 20이 넘어가는 은하 F200DB-045를 발견했다. z = 20.4로 거리를 역산하면 약 361억 광년이 떨어져 있다는 결과가 나오게 된다. #관련기사
- 토성의 위성 엔셀라두스의 거대 수증기 기둥을 관측하였다. NASA의 표현을 옮기면 " 로스앤젤레스에서 부에노스아이레스 간 거리보다 긴" 길이라고 한다. # 이 관측을 통해 엔셀라두스가 토성의 고리에 물을 직접 공급하고 있음이 확인되었다.
- 6월: 1,350광년 떨어진 행성인 d203-506 에서 DNA 생성에 필수적인 메틸 양이온이 관측되었다. # 또 네덜란드 흐로닝언 대학의 피에루이기 리날디가 이끄는 국제 연구 팀은 제임스 웹 우주 망원경의 중적외선 장치(MIRI)를 이용한 MIRI European Guaranteed Time 관측에서 초기 우주의 재이온화기(Epoch of Reionisation)의 빛을 포착했다. #
- 7월 3일: 바다뱀자리-센타우루스자리 초은하단에 위치한 특이은하인 NGC 3256의 관측 임무를 수행하였다.
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- 7월 6일: 백조자리와 세페우스자리의 경계선에 위치한 NGC 6946(불꽃놀이 은하)에서 발견된 초신성 SN 2004et, SN 2017eaw의 초신성 잔해의 관측 임무를 수행하였으며 해당 관측에서 SN 2004et의 잔해에 5,000 지구 질량의 성간 먼지가 존재한다는 것이 밝혀져, 실제로 초신성 이후에도 성간 먼지가 흩어지지 않고 살아남을 수 있다는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다.
- 7월 8일: 우주진화조기방출과학 조사(CEERS)에서 조사된 11개의 활동성 초대질량 블랙홀에 대한 관측 임무를 수행하였으며, 특히 CEERS 1019 초대질량 블랙홀의 나이가 무려 132억년인 것이 밝혀지면서 빅뱅에서 불과 5억 7천만 년밖에 되지 않은 짧은 시간 안에 블랙홀이 생성될 수 있음이 밝혀졌다.
- 7월 20일: 전갈자리와 뱀주인자리에 위치한 뱀주인자리 로 분자운 복합체에 위치한 뱀주인자리 로 성운의 관측 임무를 수행하였다. 참고로 해당 사진은 JWST의 1주년 사진이다.
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- 7월 20일: 127억 년 전의 원시은하 JADES-GS-z6 관측 임무를 수행하였다. 해당 관측에서 JADES-GS-z6 은하에 탄소 성분이 포함되어 있다는 흔적이 발견되었는데, 이는 빅뱅 이후 불과 10억 년밖에 되지 않는 짧은 시간에 다환 방향족 탄화수소 같은 복잡한 유기화합물이 형성되었다는 증거 중 하나라고 한다.
- 7월 25일: 센타우루스자리의 원시 행성 디스크를 가지고 있는 황소자리 T형 별인 PDS 70 관측 임무를 수행하였다. 해당 관측에서 관측사상 최초로 암석행성 형성 영역에서 물(정확하게 말하자면 수증기)이 발견되었다.
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7월 26일:
돛자리의 허빅-아로 천체[17]인
HH 46/47 관측 임무를 수행하였다. 해당 관측에서 이때까지는 성간가스로 인해 선명하게 관측이 불가능했던 HH 46/47을 선명하게 촬영하는데에 성공했다.
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8월 9일:
WHL0137-LS (에아렌델) 관측 임무를 수행하였으며, 해당 관측에서 에아렌델이 태양보다 2배 더 뜨겁고, 수백만배 더 밝은 거대한 B형 별[18] 임이 밝혀졌다.
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| 좌측 사진이 NIRCam 사진, 우측 사진이 MIRI 사진이다. | |
- 8월 31일: 대마젤란은하에 위치한 초신성 잔해인 SN 1987A 관측 임무를 수행하였으며, 해당 관측에서 이때까지는 관측하지 못한 초신성 폭발에서 분출된 가스의 외부층의 일부로 생각되는 작은 초승달 모양의 구조가 발견되었다.
- 9월 11일: 지구 질량의 8.6배에 달하는 질량을 가지고 있는 K2-18b 관측 임무를 수행하였으며, 해당 관측에서 K2-18b 행성의 대기 성분에 이산화탄소와 메테인이 포함되어 있다는 것이 발견되었다. 이는 K2-18b 행성에 바다가 존재할 가능성을 뒷받침해주는 증거 중 하나라고 한다. 또한 지구상에서는 미생물에 의해서만 생성되는 디메틸 황화물이 K2-18b에 존재한다는 증거를 포착했다.
- 10월 2일: 오리온 성운 중심부 관측을 수행하였으며, 해당 관측에서 오리온성운의 성간가스에 가려져 보이지 않던 OMC-1 분자운[20]을 관측하는 데 성공했다. 또한 오리온자리 성운 내부에서는 목성 크기의 물체 40여 개가 감지되었다.
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| 좌측 사진이 단파장 NIRCam, 우측 사진이 장파장 NIRCam 사진이다. | |
5.3. 2024년
6. 고장 이력
6.1. 2022년
- 9월 20일 공식 블로그를 통해 중적외선 관측 장치(MIRI)의 중해상도 분광(Medium-Resolution Spectroscopy, 이하 MRS) 기능을 하는 기구에 문제가 생겼음을 공표했다. 문제가 발생한 것은 공식 발표보다 한 달 정도 이른 8월 24일이며, 관측 장치가 MRS 기능으로 볼 수 있는 중적외선에서 긴 파장을 분광할지 짧은 파장을 분광할지 선택하는 기구(grating wheel)가 기계적으로 뻑뻑하게 작동하는 증상이 감지되어 MRS를 사용하기로 예정된 관측들이 모두 일시 중지되었다. 사전에 하드웨어 상태를 체크하고 문제를 살펴본 후, 9월 6일에 오작동을 검토하는 위원회가 소집되어 최선의 해결 방향을 검토하였다고 한다. MIRI의 또 다른 기능인 중적외선 이미징, 저해상도 분광(Low-Resolution Spectroscopy, LRS)[21], 코로나그래프 이미징은 MRS와 별개이기 때문에 정상적으로 관측을 수행하고 있다.
- 9월 22일 스페이스뉴스 보도에 의하면 프로젝트 관계자들은 MRS의 기능이 정상화되는 데 오랜 시간이 걸리지 않으리라 확신하고 있다. NASA 본사의 JWST 프로그램 과학자 에릭 스미스(Eric Smith) 교수는, 제임스 웹 엔지니어들은 MRS 기능이 뻑뻑하게 작동하는 문제가 향후 그 장치를 못 쓰게 하지는 않으리라 생각하고 있으며, MRS 기능을 중지한 것은 그것의 원인을 규명하고자 여러 방면의 주의에서 비롯된 결정이라고 밝혔다.
- 11월 8일, 지난 8월 24일에 문제가 발생했던 MIRI 중해상도 분광(MRS) 기능이 원상 복구되었다는 소식이 NASA 제임스 웹 블로그를 통해 전해졌다. 장비의 문제점을 진단한 엔지니어들은 특정 조건에서 그레이팅 휠 중앙의 베어링을 구성하는 부품들의 접촉력이 커지면서 마찰이 증가한 것으로 결론 내렸고, 이를 토대로 관측을 진행하는 동안 장치가 손상되지 않게끔 하는 방법을 개발하고 검증하였다. 테스트는 11월 2일에 이루어졌으며, 휠의 마찰은 엔지니어들의 예상대로였다. MRS 관측은 11월 12일 토성의 극지방을 관측하는 것을 시작으로 재개될 예정이다.
7. 허블 우주 망원경과의 차이
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| 허블 우주 망원경의 반사경과 제임스 웹 우주 망원경의 반사경 |
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| 빛이 망원경을 통해 이동하는 경로를 보여주는 영상. |
허블 우주 망원경의 주된 관측 영역은 가시광선과 근적외선 정도[24]였다. 하지만 허블보다 더 멀고 희미한 천체를 관측하려면 반사경이 커야 하는 건 물론이고, 관측 영역도 가시광선보다는 적외선 영역을 관측하는 게 좋다.[25] 그리고 가시광선 관측은 이미 적응광학 기술 등으로 개선된 지상의 초대형 지상 망원경이 더 잘할 수 있으므로, 우주 망원경은 대기의 수증기 등의 흡수로 지상 망원경으로는 관측하기 어려운 적외선 영역을 관측하는 것이 더 효과적이다. 그래서 허블의 후계자인 제임스 웹 망원경은 주로 적외선을 관측하게 설계되었다. 다만 반사경이 커졌지만 적외선을 주로 관측하니 파장도 길어져서 회절은 상쇄되어 해상도는 비슷하게 유지되었다.
그런데 적외선 영역은 상온 수준의 낮은 온도의 물체도 쉽게 뿜는다는 특징이 있다. 즉 망원경이 열을 받으면 렌즈와 필름 속에서 플래시 터지는 카메라 꼴이 되어 관측이 불가능해진다. 그러므로 망원경의 온도를 항상 절대온도 40K(섭씨 -233도) 정도로 크게 낮춰야 한다. 이를 위해 망원경의 아래쪽에 마치 천막처럼 보이는 5겹의 차양을 설치해 태양으로부터 오는 직사광선과 지구로부터 오는 복사열선을 차단하고, 관측 시에는 차양 쪽을 태양과 지구를 향하게 하고 관측한다. 발열을 막기 위해 11밀리와트급 초저전력 컴퓨터를 사용한다.
그런데 고정된 차양 하나로 태양 빛과 지구 빛을 동시에 차단해야 하므로 태양과 지구의 상대위치가 계속 변하는 지구 중심 궤도는 부적합하고 태양과 지구가 언제나 같은 방향에서 보이는 궤도에 있어야 한다. 그게 바로 태양을 공전하게 만드는 것이다. JWST의 궤도 반지름은 마치 지구가 태양을 공전하는 궤도를 반지름만 1% 가량 확장한 수준이다.
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이것 때문에 지구-태양의 라그랑주점 L2 근처가 선정되었다. L2 지점과 지구와의 거리는 약 150만 km로, 달까지의 거리의 3.9배 정도이고 지구 반지름의 235배, 허블 우주 망원경 고도의 2680배다. 이는 지구에서 나오는 적외선의 영향을 최소화하기 위해서 선택된 지점이라고 한다. 추가로, 기존 허블이 지구에 가려서 관측할 수 없는 시간대까지 무시하고 상시 관측을 진행할 수 있는 능력을 얻었다. L2 궤도를 유지하기 위해 지구 궤도에 올라가 있는 우주정거장들 같이 별도의 궤도 유지 추진체가 있으며, 추진체는 10년간 충분히 사용할 수 있는 용량의 분사 능력을 가지고 있다. 다만 L2는 불완전 평형점이기 때문에 그냥 두면 태양풍의 압력과 중력의 영향으로 인해 점차 위치를 벗어나게 된다. 따라서 위치 유지에 연료를 소모하는데 연료가 다하면 망원경의 사용 수명이 끝난다. 임무 기간/설계 수명은 5년이고, 목표 수명은 10년 정도로 잡고 있다. 냉각에 따로 헬륨 등 냉각제를 소모하지 않으므로 냉각재는 수명과 관계없다.
정확한 궤도는 딱 L2 지점은 아니고, L2 지점을 중심으로 지구의 공전 궤도면과 직각인 궤도를 마치 바람개비나 바퀴처럼 남북 방향으로 돈다. 궤도 반경은 달의 공전 궤도 반경보다 약간 큰 40만 km 정도이고, 공전주기는 6개월이다. 그래서 허블과는 달리 지구나 달의 그림자에 가리지 않고 항상 태양 빛을 받아 태양전지로 2kW를 발전한다. 이런 궤도는 태양 입장에서 지구를 바라보면 햇무리나 광배 비슷해서 헤일로 궤도(Halo Orbit)라고 한다. 이 궤도의 좋은 점은 계절에 관계없이 지구에서 본 하늘에서의 위치는 일정하다는 것이다. 지구의 자전축이 기울어져 있어서 계절마다 변하는 고도를 궤도 운동으로 상쇄하는 셈이다. 그래서 지구상의 일정한 위치에서 일정한 시간에 매일 교신하기에 유리하다.
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| 유사한 모양의 GAIA의 궤도다. |
문제는, 너무나도 멀리 떨어져 있기 때문에 사실상 수리가 불가능하다. 다시 말해, 문제가 생기면 그대로 버려야 한다는 것. 허블에서 문제가 발생하면 우주왕복선을 띄워서 수리를 할 수 있었지만, 제임스 웹은 너무 멀어서 불가능하다. 스타십이나 SLS 로켓 같은 인류 역사상 최고 스펙의 로켓에 루나 게이트웨이의 인프라까지 이용하는 미션, 혹은 간략한 무인 보급선을 보내 연료 정도만 재보급하는 수준의 미션을 구상해볼 수도 있겠지만 아마도 그냥 새것 하나 새로 설치하는 것보다도 많은 비용이 들어갈 가능성이 높다. 다만 제임스 웹 망원경의 제작 비용이 너무 커졌기 때문에 버리는 것보다는 고쳐서 쓰는 게 낫다는 주장도 있다. 어쨌든 절대로 실패하지 않도록 여러 겹의 안전 장치를 하고 철저하게 시험해야 했기 때문에 비용과 시간이 많이 들었다. 참고로, 케플러 우주 망원경도 2013년에 망원경의 구동부가 반쯤 고장났고, 이것 때문에 천체를 제대로 조준할 수 없는 상태가 되었다. 수리가 불가능했기에, 이후 수명을 다할 때까지의 5년 동안은 남은 2개의 반작용 휠과 태양 복사압까지 받아다 쓴다는[26] 눈물겨운 똥꼬쇼를 벌여가며 관측을 계속했다.
8. 기본 구성
제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 기본 하드웨어는 네 부분으로 구성됐다. 첫째는 광학 망원경 요소(Optical Telescope Element), 둘째로 통합 과학 기기 모듈(Integrated Science Instruments Module), 셋째는 태양 차단막(Sunshield), 넷째로 우주 선체(Spacecraft Bus)이다.8.1. 구성 요소
- 광학 망원경 요소(Optical Telescope Element, OTE): JWST의 눈이 되는 OTE는, 총 18개의 육각형 조각으로 구성된 전체 직경 6.5m의 주경 및 주경에서 받은 빛을 재반사하는 직경 74cm의 부경으로 이뤄졌다.
| JWST OTE 주경 생산과정 | |||
| 뒷판 제작 | 표면 연마 | ||
| 금박 코팅 | 조립 체결 | ||
- 통합 과학기기 모듈(Integrated Science Instruments Module, ISIM): ISIM은 주경 뒤에 붙어 있는데, 카메라와 분광기가 장착된 4개의 과학 기기와 각종 센서가 내장됐다. JWST의 두뇌와 같은 요소이며 중추적인 기능을 하는 ISIM 내부 장치는 다음 절에서 별도로 살핀다.
- 태양 차단막(Sunshield): 총 5겹으로 알루미늄+실리콘 코팅된 마름모 형의 차단막(주재질: 캡톤(Kapton))은 태양 빛을 반사하고 지구의 복사열을 차폐하는 역할을 하며, 적외선을 감지하는 JWST 기능의 특성 상 영하 235도의 극저온을 유지하는데 필수적인 보호막이다. 태양 차단막은 가로 21m, 세로 14m(태양 빛을 최초로 받는 첫 겹이 가장 큼)로 테니스장 면적의 초대형 규격이나 차단막의 두께는 불과 인간의 머리카락 굵기에 불과하다. 각 층이 섭씨 약 55도를 낮추는 효과를 준다고 한다. JWST의 발사 후 전체 구성요소의 준비 절차에서 70%가 넘고 주경을 포함한 각종 기계적 전개 공정 가운데 가장 까다로워 NASA에서 제일 긴장한 과정이었으나, 2022년 1월 3일 시작한 첫 장부터 의외로 잘 펼쳐졌고 당초 닷새로 계획된 5겹의 작업이 만 이틀도 안 되어 수월히 끝나서 JWST 기술진이 크게 기뻐했다고 한다.
- 우주 선체(Spacecraft Bus): 우주 선체는 JWST 작동에 필요한 전력 공급, 자료 송수신, 처리 정보 저장, 자세 제어, 발열 통제를 담당한다. 모든 전력은 태양전지판을 통해 공급되며, 자세 제어는 분사 추진기와 반작용 휠이 맡고 지구 간 통신을 위해 두 종의 안테나가 있다.
8.2. ISIM 장치
ISIM은 제임스 웹 우주 망원경의 중추이자 JWST가 탑재하고 있는 중요 과학장비 4기에 전력과 컴퓨팅 리소스, 냉각 및 구조적 안정성을 제공하며 소재는 그라파이트-에폭시[27]를 사용한다. ISIM 내부의 4개의 과학기기는 다음과 같다.
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Near InfraRed Camera (NIRCam, 근적외선 카메라)
NIRCam은 '0.6~5㎛'[28]의 근적외선을 관측하며, 시운전 및 정기 모니터링 과정에서 파면측정장치 역할을 하기도 한다.
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애리조나 대학교 주도로 개발되었다. 아래 사진은 NIRCam 모듈 안에 들어가는 휠 필터로서[29], NIRCam이 포착한 단색성이 강한
적외선 파장을 미세한 파장의 범위에 따라 다양한 색을 입혀 우리의 육안상 컬러화된 이미지로 보이게 하는 핵심 장치이다.
![파일:0806_filter_wheel.jpg]()
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Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec, 근적외선 분광기)
NIRSpec은 3.4×3.6 각분의 화각에서 최대 200개의 표적에 대하여 0.6~5㎛ 범위의 근적외선을 분광한다. 점광원 스펙트럼을 얻기 위한 고정 슬릿 다섯 개와 퍼진 천체의 스펙트럼을 얻기 위한 슬라이스 타입 인테그럴 필드 유닛으로 구성되어 있다. 여섯 회절 격자를 통해 0.7~5㎛ 범위에서 분광 해상도 R=λ/Δλ=1400~3600인 고분해능 관측과 R=500~1300인 중간 분해능 관측이 가능하며, 프리즘을 통해 0.6~5㎛ 범위에서 저분해능(R=30~300) 관측이 가능하다.
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* Mid-Infrared Instrument (MIRI, 중적외선 관측장비)
* Mid-Infrared Instrument (MIRI, 중적외선 관측장비)
MIRI는 5~27㎛의 중적외선을 관측한다.
* Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS, 정밀 지향 센서 및 근적외선 영상 장치 겸 무슬릿 분광기)
* Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS, 정밀 지향 센서 및 근적외선 영상 장치 겸 무슬릿 분광기)
정밀 지향 센서(FGS)와 근적외선 영상 장치 및 무슬릿 분광기(NIRISS)를 일체화한 장치. FGS는 망원경이 표적을 정확히 지향하여 품질 좋은 이미지를 얻을 수 있도록 망원경의 자세를 정밀하게 제어하는 데 필요한 장치다. NIRISS는 0.8~5㎛의 근적외선을 관측하며 미국과 다수의 유럽 국가들과 함께 JWST를 제작하기 위한 국제 프로젝트의 일환으로 캐나다 우주국 주도에 의해 개발되었다.
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9. 시스템 사양
- 에비오닉스 시스템
| BAE 시스템스 RAD750 32비트 프로세서 | |
| 코어클럭 | 118MHz |
| L1 캐시 |
32KB 인스트럭션 32KB 데이터 |
| L2 캐시 | 1MB |
| 코어수 | 1 |
| 명령어 셋 | PowerPC v1.1 |
| 버스 인터페이스 | PCI 2.2 + MIL-STD 1553B |
| 메모리 |
8MB CPU SRAM + 44MB SDRAM 64KB suROM 4MB EEPROM 128KB PROM |
| 저장장치 | 256MB NAND 플래시 메모리 |
| 부가기능 |
임베디드 마이크로컨트롤러 SpaceWire[30] 인터페이스 카드 x 8포트 + Housekeeping 카드[31] |
| 소비전력 | 11~14W |
| 소프트웨어 | 윈드리버 VxWorks |
- 메인 시스템
| Cobham GR740 (Atmel LEON4)[32] 32비트 프로세서 | |
| 코어클럭 | 150MHz - FPGA |
| L1 캐시 | 하버드구조 256KB |
| L2 캐시 | 8MB |
| 코어수 | 4 |
| 명령어 셋 | SPARC V8 |
| 버스 인터페이스 | PCI 2.2 |
| 메모리 | 64KB suROM on-chip + 128MB SDRAM |
| 저장장치 | 58.8GB 솔리드 스테이트 레코더(SSR)[33][34] |
10. 목적
제임스 웹 우주 망원경은 크게 4개의 핵심 목표를 가지고 있다. 최초의 별과 은하 관측, 은하의 형성과 진화 연구, 별과 행성계의 형성 연구, 행성계와 생명의 기원 연구이다. #현재의 우주 망원경들이 관측할 수 없는, 혹은 힘든 z=10( 적색편이) 이상의 천체의 관측과 빅뱅 직후 약 1억 년의 우주를 관측하는 것이 목표이다. 그러니까 이게 뜨기만 하면 기존의 초 원거리 은하, 퀘이사, 3종족 별들의 존재를 확인, 관측, 연구가 가능해질 수도 있다. 하지만 아직 최초의 별과 은하의 정확한 물리적 상황을 모르기 때문에 어떤 형태로 관측이 될지는 알 수 없다.
10.1. 외계생명체 탐색
외계 행성 대기 분석을 통한 외계생명체 탐사제임스 웹을 통한 외계 행성 대기 분석
갈릴레오(탐사선) 문서에 적혀 있듯이, 제임스 웹 망원경을 사용하여 대기 분석을 통한 외계생명체 탐사를 할 계획이라고 한다. 외계 행성의 대기 구성 성분에서 메탄과 산소 같이 공존이 불가능한 대기 성분이 대량 발견되면 생명체가 존재한다고 판단하는 것이다. SETI 같은 기존의 방법이 고도의 문명이 발달한 지능이 있는 외계생명체만 발견할 수 있는 반면에, 제임스 웹 우주 망원경은 원시적인 생명체라도 행성 대기 구성 성분에 영향을 줄 수 있을 정도로만 번성하면 발견할 수 있다. 또한 프레온 가스와 같이 자연적으로 생성될 수 없는 성분이 있다면 문명 활동의 증거를 발견할 수 있다. 지구에서 생명체가 번성한지 수억~수십억 년이고, 인류가 전파를 사용하기 시작한 것은 수십 년밖에 되지 않았다는 것을 생각하면 제임스 웹 우주 망원경은 SETI와 비교하여 외계생명체의 발견 확률을 수천~수만 배 올릴 수 있다. 대기 구성 성분을 파악하고, 대기 분포가 비정상적이라는 것을 확증하는 데 시간이 좀 걸린다는 점을 생각해도, 2020년대가 지나기 전에는 외계생명체에 대한 획기적인 발표가 나올 수 있다.
10.2. 태양계 탐색
상기와 같은 목적을 둔 제임스 웹의 탐사 임무 가운데 NASA가 큰 기대를 두고 있는 쪽은 역시 태양계다. 우리 지구가 속해 있는 태양계는 광활한 미지의 세계이며 기존의 망원경으로 관찰이 힘든 카이퍼벨트와 소행성에 대한 면밀한 탐색, 카리클로를 포함하는 켄타우로스[35] 천체의 조사, 외 행성의 위성에 대한 고해상도 촬영[36] 천왕성과 해왕성의 대기 분석, 토성 고리의 보다 선명한 이미지화 등 임무를 헤아리기 힘들다. 따라서 제임스 웹 활용 첫 해의 운영 시간 중 7%가 태양계에 할당돼 있다.[37] 이미 2022년 7월 14일, NASA는 목성과 목성의 4대 위성 중 하나인 유로파 이미지와 함께 소행성 6481 텐징의 이동 모습, 몇몇 소행성들의 분광 자료를 공개했다. NASA는 금번 목성과 주변 관측은 사전 계획된 일반 임무라기보다, NIRCam을 포함한 주요 장치와 분광기를 교정하고 점검하는 과정 중 목성을 대상으로 한 커미셔닝이라 밝혔다.|
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9월 21일, 지난 7월 12일에 근적외선 카메라로 관측한 해왕성 이미지가 공개되었다. 해왕성 표면의 폭풍은 물론이고 고리까지 뚜렷하게 보이는 데다, 기존의 천문 사진과는 달리 해왕성 주변으로 별과 외부 은하까지 선명하게 나타나 있다. #
지난 9월 4일에 근적외선 카메라로 관측한 천왕성 이미지가 공개되었다. #
11. 문제점
11.1. 돈 먹는 하마
한마디로 이 망원경 하나 때문에 취소된 NASA의 프로젝트들이 너무 많다.JWST의 예상총비용[39]과 발사예정일의 추이를 보면 계획의 초기인 1990년대 말에는 예산 10억 달러에 2007년 발사 예정이었다. 하지만 10년이 지난 2000년대 말에는 예산이 50억 달러로 증가했고 발사 예정도 2014년으로 미뤄졌다. 2013년에는 더욱더 불어나서 예산이 88억 달러로, 발사 예정은 2018년으로 변경되었다. 2018년이 되자 조립과 시험에 더 많은 시간이 소요되어 2019년 3월-6월로 반 년가량 연기되었다가, 다시 2020년 5월로 연기되었다. 게다가 시험 중에 발견된 문제로 2021년 3월로 연기, 코로나19 때문에 다시 2021년 10월 31일로 연기되었다. 소요 예산은 더 늘어 거의 '100억 달러'에 근접할 전망으로, LHC에 들어간 돈보다 더 많을 것으로 예상된다. 발사 후에는 5년간 운영에 총 8억 달러 정도 소요될 것이다. 정말 예상비용이 눈더미처럼 불어났고, 시간은 시간대로 잡아 먹고 있다. 미국 정부의 과학 연구 프로젝트로는 역사상 가장 규모가 큰 프로젝트이다. 허블 우주 망원경의 폐기 예정은 2013년이었건만 2021년에도 현역으로 활동 중인데, 공교롭게도 허블 망원경도 100억 달러가 투입되어 비슷한 예산을 자랑한다.[40]
지상에 건설 중인 다른 망원경과 비교하더라도 자릿수가 다르다. 거대 마젤란 망원경의 건설비가 약 7억 달러 정도이고[41], 현재 예정중인 가장 큰 망원경인 유럽거대망원경(E-ELT)이 약 14억 달러의 예산이 잡혀 있다. 지상 망원경은 최신 최대 광학 망원경인 30m 망원경(TMT)도 10억 달러 정도, 가장 건설비가 많이 든 ALMA 전파 망원경도 15억 달러 정도이다. 운영 수명은 당연히 비교를 불허한다.
이렇게 비용과 기간이 크게 늘게된 건 허블의 대성공에 고무되어 그 후속으로 지나치게 야심적인 목표를 세웠기 때문이다. 그래서 아직 성숙하지 않은 첨단 기술을 무리하게 쓰거나 도저히 안 되어 설계 변경을 하면서 예산이 점점 더 많이 소모된 것.
허블 망원경 때도 큰 실수를 해 수리한 전력이 있는데, JWST은 한번 발사하면 수리나 보충도 불가능해서 거액을 한 번에 날릴 가능성도 있다. 그 돈으로 다른 중소 규모 프로젝트 여러 개나 다양한 지상 망원경 건설에 분산 투자하는 게 과학적 결과 생산에 더 나을 수도 있다.
결국 이 어마어마한 금액과 근 15년을 발사 연기를 거치자 2011년 결국 청문회가 열렸고, 미국 의회는 NASA에 대한 예산 삭감과 JWST의 취소라는 칼을 꺼내들게 된다. JWST을 포기할 수 없었던 NASA는 JWST를 지키는 대가로 다른 프로젝트들을 대신 희생시켜 온갖 프로젝트들이 취소나 연기되는 사태를 불러일으켰는데, 원래부터 NASA 내부에서나 천문학계 전반에서도 반대가 적지 않았는데 갈수록 욕을 더 먹고 있다. 장기 과학 개발 프로젝트가 해서는 안 되는 실수의 반면교사로도 꼽는 이들도 있을 정도다.
다만 JWST의 관측 대역이 적외선 영역이고, 지상 망원경은 적외선에서 까막눈이라는 점을 감안할 필요는 있다. 현대 천문학의 주력 적외선 망원경은 모두 값비싼 우주 망원경인데, 적외선 우주 망원경의 대안으로 SOFIA라는 공중 천문대가 항공기에 적외선 망원경을 장착해서 운용하고 있지만, 당장의 제작비는 우주 망원경과 비교했을 때 저렴할지언정, 유지비가 너무 비싸 몇 년만 운용하면 차라리 우주 망원경을 만드는 게 나았을 정도로 지출이 커지기 때문. 따라서 JWST가 역대 최대 비용이긴 하지만, JWST가 비싼 것에는 그냥 적외선 망원경의 코스트 자체가 많이 든다는 점도 한몫한다고 볼 수 있다.
이유가 정당하더라도 NASA의 규모 대비 지출이 심했던 것은 사실이므로 그 사이에 JAXA나 ESA가 소행성 탐사 같은 비교적 돈이 덜 들면서 실속 있는 프로젝트들로 폭풍 같은 성장을 이루는 것을 그저 손가락 빨며 지켜보는 것 외에는 대응할 여력조차 없는 시기가 한동안 계속되었다.
NASA 차원에서도 예산 초과와 연기에 대한 국민적 불만과 학계의 불안감을 무마하려고 홍보용 실물 모형을 만들어 순회 전시를 한다든가, 작업 과정과 작업의 완료 상황을 홈페이지에서 실시간으로 중계까지 하며 '그래도 완성은 되긴 하나 보다.'라는 생각이 들게 만들긴 했다.
시간 맞춰서 홈페이지에 가면 엔지니어들이 뛰어다니는 모습도 볼 수 있었다. 참고로 작업 공간은 세계에서 가장 큰 클린룸. 대충 격납고 안에서 만드는 것 같지만 저래 보여도 저 안에서 대화를 할 때 생기는 풍압만으로 반사경이 흔들리는 것을 측정할 수 있는 수준의 정밀 계측 기기가 설치된 공간이다.
무사히 발사되고, 관측 개시 이후에는 제임스 웹의 성능이 예상을 훨씬 뛰어넘어 놀라운 업적들을 내놓기 시작하면서 평가가 바뀌고 있다. 비싼 건 맞지만, 그만한 값어치는 하고도 남는다는 긍정적인 평가를 받고 있다.
11.2. 페르미 감마선 우주 망원경의 팀킬
제임스 웹 우주 망원경이 너무나 돈 먹는 하마가 되어버리자, 다른 여러 프로젝트의 예산이 취소되어 버렸다. 그나마 예정대로 진행되었으면 모를까, 발사가 최초 계획인 2007년보다 14년이나 뒤로 밀려서 과학자들의 불만이 상당했다.그리고 이렇게 우물쭈물하는 사이, 과학자들은 여기저기서 후원을 받아서 푼돈(?)인 7억 달러짜리 페르미 감마선 우주 망원경을 2008년에 쏘아 올렸다. 그런데 페르미는 가동되자마자 엄청난 성과를 올리기 시작하였다. 또한 2013년 연말에 비슷한 궤도에서 천체 지도 작성 임무를 수행하는 가이아 우주 망원경[42]이 발사, 2014년 임무를 시작하면서 제임스 웹의 존재와 입지가 더욱 위험하게 되었다. 버리기엔 이미 너무 많이 왔기 때문에 NASA는 오로지 이쪽에 목숨을 걸어야 하는 상황이 되어버렸다.
다행스럽게 JWST는 2021년 12월 무사히 발사되고, 2022년 7월 첫 성과를 공개한 이후로 어마어마한 업적을 쌓으며, 비싸게 올린 값어치를 해내고 있다.
11.3. 우주 입자와의 충돌로 인한 손상 우려
당초, 우주 크기가 거대한 만큼 별 문제 없지 않겠냐는 의견이 망원경을 쏠 때까지만 해도 컸으나 2022년 5월 23일~25일에 미소유성체와 충돌해서 거울 하나가 손상되었다고 한다. 1mm 이하의 질량체지만 속도가 빨라서 손상을 준 것.다행히 JWST의 전동 장치와 센서 기기에는 이상이 없으며 이번에 타격을 받은 주경 C3와 주변의 주경의 각도와 위치에 대한 미세조정을 거치면 계속된 임무 수행은 가능하지만 수리가 불가능한 제임스 웹이기에 우려의 목소리가 나오고 있다. 사실 벌써 5번째 충돌이라고 하며, 이런 손상이 계속될 경우 제 수명까지 갈지도 담보하기 어렵다.
일단 NASA는 우주 입자와의 충돌을 어느 정도 고려하여 JWST를 만들었다고 하였다. 하지만 여태껏 태양-지구의 라그랑주점 L2에 미세유성에 관한 경험 지식이 없었기에 충돌 규모가 예상 범위를 넘어섰다고 하며, 계속 상황을 분석하여 더 이상의 손상이 없도록 JWST 기동 수행 등 필요한 노력을 할 것이라고 밝혔다. 따라서, 2013년에 발사된 가이아 우주 망원경에 이어 L2 지점에 투입된 불과 두 번째 현역 우주 망원경인 JWST의 안전한 임무를 위해서는[43] L2 주변의 미세 유성체에 관한 지식을 쌓는 일이 급선무라고 NASA는 밝혔다.
7월 12일 발표된 커미셔닝 결과 문건[44]에 의하면 JWST가 달성할 수 있는 최적의 파면 오차는 50nm이었는데, 5월의 미소유성체 사건으로 인해 거울 재조정 후 평균 59nm로 9nm 가량이 증가했다. 하지만 관측 장비의 파면 오차는 70-130nm 수준이기 때문에 이 사건 자체만 놓고 보면 큰 문제는 아니다. 유성체의 충돌로 망원경의 광학적인 성능이 열화되는 것은 이미 예상하였고, 전술한 기간 외의 커미셔닝 과정에서 일어난 충돌 사건들은 충분히 예상 범위 내였다. 중요한 것은 망원경이 5월에 겪은 것처럼 예상 밖의 사건이 통계적으로 얼마에 한 번 일어나는 수준의 일인지, 혹은 망원경이 설계 단계에서 예상하던 것보다 충격을 받기 쉬운 재질인지, 그리고 그런 영향을 최소화하는 방편이 얼마나 효과적인지를 검토하는 것이다.
11월 15일, 제임스 웹 블로그 # 소식에 의하면 지금까지 측정된 미세 유성체 충돌은 14회로, 한 달에 1회에서 2회꼴로 발생하였다고 한다. 5월 말에 있었던 한 차례의 사건을 제외하면 모두 기대 범위에 있었던 수준의 충돌이었다. 5월의 사건이 있은 후 망원경의 광학부가 최적의 성능을 유지할 방안을 검토하기 위해서 고더드 우주 비행 센터의 제임스 웹 개발 팀과 거울 제작 회사, 우주 망원경 과학 연구소 등에서 활동하는 광학 전문가들이 소집되어 사건을 분석하였고, 그 사건이 운동 에너지의 측면에서나 거울에 치명적인 영향을 줄 수 있는 충돌 위치의 측면에서나 통계적으로 드문 사건이라고 결론 내렸다. 이들은 이러한 가능성을 최소화하기 위해서 앞으로 망원경이 관측할 때 '미세 유성체 회피대(micrometeroid avoidance zone)'[45]라는 곳을 바라보지 않게 할 계획이다.
12. 차기 망원경
허블 우주 망원경과 마찬가지로, 제임스 웹 역시 발사되기도 전부터 여러 후속 모델들이 논의되고 있었다. 그중 하나는 LUVOIR로 자세한 내용은 문서 참고.2023년 NASA가 또다른 차기 망원경인 '거주가능한 세계 천문대'(Habitable Worlds Observatory, HWO)를 발표했다. #이름처럼 슈퍼지구를 찾는게 주 목적으로, JWST와는 다르게 유지보수가 가능해 수십년간 사용이 가능할 전망이다. 발사 목표는 2040년이며 제2 라그랑주점에서 임무를 수행할 예정. 이후 2024년에는 NASA가 HWO와 관련해 한국 우주항공청과의 협력을 타진하기도 했다.
13. 기타
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2013년 1월,
데스 스타 건설 청원 당시 미국 정부의 공식 답변에 짧게 언급되었다.
Even though the United States doesn't have anything that can do the Kessel Run in less than 12 parsecs, we've got two spacecraft leaving the Solar System and we're building a probe that will fly to the exterior layers of the Sun. We are discovering hundreds of new planets in other star systems and building a much more powerful successor to the Hubble Space Telescope that will see back to the early days of the universe.''' 원본 출처
비록 미합중국에는 케셀 런을 12 파섹 내에 돌파할 수 있는 우주선은 없지만, 우리에게는 태양계를 벗어난 두 대 의 우주선이 있으며 태양 표면을 향해 쏘아보낼 탐사선이 제작 중에 있습니다.[46] 우리는 수백 개에 달하는 다른 항성계의 새로운 행성들을 발견해 내고 있으며 탄생 초기 우주를 관측할 허블 우주 망원경의 강력한 후계기도 만들고 있습니다. 번역본 출처
- 2016년 10월, 제작소에서 관람객들이 반사경을 관람하는 모습이 화제가 되었다. JWST 연구원 Amber Straughn이 남긴 트윗
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2016년 11월,
JPL의 폰 카르만 강연에서 제임스 웹 이야기가 다뤄졌다.
- 2021년 11월, 제임스 웹이 미국 국무부에서 일하던 동성애자들을 추방했던 전력 때문에 이름을 변경하라는 목소리가 나오기도 했으나, 이는 사실이 아닌 것으로 밝혀졌다. 제임스 웹 본인 문서 참조.
- 탑재된 로켓 아리안 5는 역사상 가장 신뢰도와 성공률이 높은 로켓으로 꼽힌다. 게다가 기아나 발사장도 로켓 발사장 중에 가장 탁월한 장소라서 투입된 자금과 규모에 걸맞게 성공에 심혈을 기울였음을 알 수 있다.
- 개발에 참여한 한 과학자에게 성공 가능성을 물었더니 100%라는 답변이 왔다고 한다. 과학자가 진행 중인 일에 확신하는 것은 흔지 않은 일.
- 제작 완료 후 발사 장소인 프랑스령 기아나까지 화물선으로 운송해야 했는데[47] 이때 해적행위(!)를 당할 위험이 있어 별도의 회의도 하고 많은 주의를 기울였다. 많은 화제가 된 10조원 단위의 프로젝트 결과물인데다 대형 망원경을 인질로 돈을 요구하는 사례들이 이미 있었기 때문이다.[48] 그래서 이용할 항구나 운송 일정을 비밀로 하고[49] 해군 함정이 에스코트 할 것이냐는 질문에도 답하지 않았다. 다행히 아무 문제 없이 파나마 운하를 지나 프랑스령 기아나의 기아나 우주센터로 운송되어 발사되었다.
- 미국의 IT 매체 엔가젯에 따르면 68Gb 용량의 SSD가 탑재되어 있다고 보도했다. #
- 2021년 12월 30일 NASA가 발표한 바에 따르면 궤도 정확성이 생각보다 매우 높다고 한다. 발사된 로켓이 워낙 정확한 속도와 방향으로 날아갔기 때문. 그래서 궤도 보정을 위한 연료를 절약할 수 있게 되면서 수명이 더 길어질 것으로 보인다고 한다. # 최대 10년을 더 사용할 수 있을 거라는 예측도 나오는 중.
- NASA 전문가들은 2022년 7월 시운전 관측 데이터의 놀라운 결과 못지 않게, 발사 이후 6개월 간 진행된 각 부품의 전개 과정 시 발생 가능한 수백 개의 단일지점 오류(Single-point error: 전체 과정이 중단되는 각 지점의 에러)없이 모든 절차가 100% 수행된 점이 매우 귀한 기술적 성과이며, 향후 JWST 운영에 큰 자신감을 가지게 되었다고 한다.
- 넷플릭스 다큐멘터리로 망원경의 초기 구상, 제작, 발사 및 운영까지를 다룬 다큐멘터리로 공개되었다. # imdb 1시간의 짧은 다큐멘터리로 아주 간략하게 내용을 담고 있지만, 실제 NASA의 JWST에 대한 초기 운영 화면을 직접 보여주며,[51] JWST에 대한 배치에 관한 애니메이션을 새로 제작하였고, 적색으로 찍은 우주 화면에 색을 입히는 법, 344개의 단일 장애 지점(Single Point Failures)에 대한 NASA의 대응 방안을 보여준다.
-
2020학년도 6월 평가원 모의고사
지구과학1에 15번 문제로 출제된 적이 있다.
하지만 당시에는 이 망원경의 인지도가 매우 낮았기 때문에 오답률 1위를 찍었다. 답은 3번(ㄷ). 제임스 웹은 '적외선' 관측 위성이므로 ㄱ은 틀렸다. 주경의 지름이 2.7배이지만, 집광능력은 면적에 비례하므로 대략 2.7*2.7 = 7.3배의 차이가 나므로 ㄴ도 틀렸다. 이 문제를 많이 틀린 이유는 ㄱ 선지 때문으로, 위 보기에는 세 망원경이 어느 파장대를 관측 할 수 있는지 나와 있지 않기 때문에 제임스 웹 망원경이 뭔지 모르는 학생들은 ㄱ 선지를 판별할 수가 없었다. 그나마 이를 모르는 상태에서 ㄱ을 풀려면 전파 망원경에는 그림에 그려져 있는 반사경과 같은 거울이 쓰이지 않는다는 것과, 전파 망원경은 지상에서나 쓰이지 우주 망원경에서는 거의 쓰이지 않는다는 것으로부터 유추해야 한다. 즉 이 망원경의 존재를 몰랐다면 굉장히 까다로웠을 것이다. 구경으로 전파망원경인지의 여부를 유추가 가능하다.
14. 관련 문서
- 망원경
- 우주 망원경
- 1990년, 허블 우주 망원경
- 1999년, 찬드라 엑스선 관측선
- 2003년, 스피처 우주 망원경
- 2008년, 페르미 감마선 우주 망원경
- 2009년, 케플러 우주 망원경
- 2013년, 가이아 우주 망원경
- 2018년, TESS
- 낸시 그레이스 로먼 우주 망원경
- LUVOIR
[1]
매우 먼 거리에 있는 심우주 천체들은 빛이 고무줄처럼 늘어나는
적색편이 현상으로 인해 가시광선보다는 적외선에서의 관측이 더 용이하며, 심우주 천체 관측을 방해하는 우주 먼지에 의한 소광 효과의 영향을 덜 받는 점이 있다.
[2]
당시 허블의 수명을 10년 정도로 계획했었다. 그런데 무려 30년 이상 현역으로 활동중이다.
[3]
딱
크리스마스에 발사하다 보니 발사 성공이 확정된 이후 기아나 센터에 있던 과학자들이 산타 모자를 쓰고 서로 축하하는 장면도 방영되었다.
[4]
해당 이미지는 시각적으로 배경과 천체가 최대한 대비될 수 있도록 NIRCam이 촬영한
모노크롬 이미지를 적색으로 필터링한 결과물이다. 7월 6일 NASA가 맛보기로 공지한
FGS 이미지(지난 5월 초에 약 32시간에 걸쳐 72차례 노출한 이미지들을 스택한 결과물) 역시 똑같은 과정을 거쳤다. 7월 12일부터 정식으로 공개될 이미지는 내장 필터를 통해 얻은 수많은 단색 이미지를 RGB처럼 필터링한 후 블렌딩하는 색상화 작업을 거친다.
#
[5]
총 18개의 주경은 위치별로 각각 6개씩 A/B/C 그룹으로 나뉜 3개의 세그먼트로 구성되어 있다. 즉 세그먼트 C의 3번 주경이란 뜻이다.
[6]
날치자리에 위치한 은하단의 모습이다
[7]
당초 행사 계획보다 30분 순연됐는데, 실제 Live 공개 방송은 이 보다 40분 더 순연된 현지 시간 오후 6시 10분에 시작됐고 약 15분 간 전문가 초대 담화와 함께 짧게 끝났다.
[8]
근적외선 카메라
[9]
중적외선 카메라
[10]
페가수스자리에 위치해 있다. 뚜렷하게 관측되는 은하는 다섯 개지만 왼쪽 3900만 광년 거리의
나선은하
NGC 7320은 우연히 같은 방향에 놓여 있을 뿐, 은하군과 상관이 없다. 나머지 4개 은하는 서로 중력적으로 상호작용하고 있고, 지구로부터 약 2억 8000만 광년~3억 광년 떨어져 있다.
#
[11]
The Astrophysical Journal Letter (ApJL), Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), Nature
[12]
일반인들은 지구로부터 은하들과의 거리를 주로 보지만 거리가 수십억 광년 이상으로 벌어지면 우주의 팽창으로 인해 거리의 정의가 달라지게 된다. 흔히 사용하는 거리의 정의는 light travel distance, comoving distance, luminosity distance 등이 있다. light travel distance는 빛이 이동한 거리로 빛의 속력은 일정하기에 관측된 빛이 얼마나 오래 전에 출발했는지를 의미한다. comoving distance는 우주의 팽창을 고려했을 때 현재 시점에서 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 의미한다. luminosity distance는 일반적으로는 별이나 은하의 밝기가 거리의 제곱에 반비례하나 멀리 떨어져 있는 은하는 적색편이로 인해 밝기가 더욱 줄어들기 때문에, 관측자 입장에서 은하의 팽창을 무시하고 순전히 밝기만으로 역산했을 때 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 추산한 값이다. 게다가 적색편이로부터 추정한 거리는 우주 팽창 속도를 나타내는 허블 상수 등에 의해 달라지는데, 허블 상수의 값 또한 측정 방법에 따라 달라지기에 아직 학계 내에서 논쟁 중이라 학계에서는 초원거리 은하들은 거리를 잘 표시하지 않고 관측으로부터 정확하게 얻을 수 있는 적색편이를 표시한다. 여기서는 [math(H_0)]=69.6, [math(Ω_M)]=0.286으로부터 추정한 comoving distance이며, 각각 z=13, z=20을 의미한다.
[13]
z~14 은하 후보 발견에서 z~12 은하 후보 발견으로 수정된 논문.
#
[14]
NIRCam으로 관측한 NGC 1365의 세페이드 변광성을 측광해서 허블 우주 망원경의 관측과 같은 결과를 보여준 사례.
#
[15]
동 천문 학계의 제안 사항은 Cycle 1 세부 임무에 포함된 일반 제안서 관측(GO: Cycle 1은 총 266개 세부 프로그램으로 41개국 2천 2백 명의 연구자에게 약 6천 시간 배정), 개발 기여 집단에 할당되는 시간의 제안서 관측(GTO)과 유사한 구성으로 보이며, NASA 자체의 탐사 프로그램 제안 사항과 더불어 6월까지 종합적으로 검토 후 전문 평가단과 함께 최종 선별될 예정이다. 한편 Cycle 1 개시 전에도 자신의 연구 팀에게 관측 시간 요구하고 성운을 특정하는 전 세계 천문학자의 문의가 쇄도했는데, 7월 12일 첫 이미지 공개 이후 새로 인식된 현상에 따른 Cycle 2 참여 제안이 폭발할 것으로 NASA는 예상하고 있다. 참고로, 2020년 11월 마감(당초 10월 말)된 Cycle 1 일반 제안은 무려 1,172건(총 누적 관측 시간 25,278)에 달했다. 따라서 동 천문학자의 Cycle 2 관측 제안서의 접수 기간이 연장될 수 있다.
[16]
작년 10월에 관측한 사항이지만 기사가 2월에 나옴.
[17]
별이 형성될 때의 먼지구름이 가속되어 방출되는 가스로 이루어진 작은 성운 모양의 천체.
[18]
제임스웹의 관측에서 밝혀진 것은 에아렌델의 관측 스펙트럼이 B형인 것이지, 에아렌델이 어떤 분류에 속하는 항성인지는 밝혀지지 않았다.
[19]
JWST 운영 사이클은 각 Cycle마다 12개월씩, 현재까지 Cycle 1에서 Cycle 5까지 수립된 상태이다.
[20]
사진의 붉은 부분
[21]
촬영부와 같은 상단에 있다.
[22]
알루미늄이나
은을 씌우는 가시광선 망원경과 달리 적외선 망원경은 금을 씌운다. 금이 적외선을 매우 잘 반사하기 때문이다. 금은 두께 0.0001mm 미만의 엄청나게 얇은 박으로 만들 수 있기 때문에 생각보다 그리 비싸지 않다. 반사경 하나당 3g, 다 합쳐도 결혼 반지 10개 정도의 금이다.
[23]
포물면 거울을 쓰는 망원경은 코마수차 때문에 유효 시야가 좁다. 코마수차를 줄이면 유효 시야는 넓어진다.
[24]
5회에 달하는 서비스 미션을 통해 자외선 영역까지 관측할 수 있도록 업그레이드가 되기는 했다.
[25]
멀리 있어서
적색편이가 큰 천체나 작고 어두운
갈색왜성이나 외계 행성 등은 적외선을 관측하는 게 가장 좋고, 또 적외선은 우주먼지 등에 의한 감쇠가 적어 먼지를 뚫고 멀리까지 볼 수 있기 때문이다.
[26]
반작용 휠이 최소 3개는 돌아가야 타깃에 고정시킬 수 있는데 2개밖에 쓰지 못하게 되어 태양 복사압까지 전부 써먹어야 했다.
[27]
graphite-epoxy, 흑연 에폭시
[28]
6.58 < z < 54.8
[29]
위 사진의 중앙에 보이는 두 개의 세워진 원반과 같은 주황색 구조물이며, 좌측이
장파 필터용 휠이며 우측이
단파 필터용 휠이다.
[30]
유럽우주기구(ESA)가 주도하는 IEEE1754 기반의 우주 네트워크 통신포트. 주로 탐사선의 내장된 각종 실험, 과학탐사장비와 연결한다. 전송속도는 20~400MB/s
[31]
OS와 바이오스가 내장된 10MB의 EEPROM을 별도로 탑재된 기판
[32]
SpaceWire 칩셋인 LEON2 설계를 기반으로 증강된 LEON3 SoC 형에 이어, L2 캐시가 장착되고 데이터 버스가 확장된 모델이다.
[33]
반도체 드라이브(SSD)를 활용한 특수 목적형 저장 매체이다. 이를 테면, 특정한 파일 형식(MP3, MP4 등)만을 기록하고, 입출력하는 시스템이다. 이는 다목적형 저장 매체보다 I/O 부하가 적어서 임베디드 시스템에 유리하다.
[34]
58.8GB의 용량이 적은 것이라고 생각할 수는 있지만, 제임스 웹은 촬영 이미지를 가능한 빨리 전송하도록 설계되어 있다. 그래서, 전송 중 버퍼링을 위한 정도의 공간만 필요하고, 전송 후에는 삭제하기에 큰 용량이 필요하진 않다.
[35]
목성과 해왕성 궤도 사이에 있는 수많은 작은 행성체들로 이뤄진 태양계 소천체이다.
[36]
라그랑주점 L2에 있는 위치의 특성과 태양을 피해 초저온 상태에 있어야 하는 적외선 장비로 인해 JWST는 태양, 지구와 달은 물론 내행성(
수성-
금성) 촬영은 불가하다.
#
[37]
언뜻 7%라면 작은 비율 같지만, 우주(cosmos) 내에서 태양계의 크기를 상상해 보면 납득이 간다.
[38]
NIRCam 3.23 micron 필터를 통한 링크
#된 오른편 사진에서는 목성의 고리마저 선명히 보인다.
[39]
기술개발비와 연구원, 엔지니어 임금, 자재비, 제작비 등을 모두 합친 금액.
[40]
10억 달러 좀 넘을 걸로 예상했지만 실제로는 발사 때까지 총 26억 달러가 들었고, 20년간 다섯 차례의 수리비와 운영비까지 합치면 전부 96억 달러 정도 들었다.
[41]
전액이 다 모이지 않아 총 7장으로 구성되는 주경 중 4장만이 완성, 5장째가 제작인 상태이다.
[42]
자세한 측정과 천체 지도 작성이 주 임무기 때문에 직접 사진 관측을 주 임무로 하는 제임스 웹 망원경과는 구조나 기능이 다르다.
[43]
앞서 2001년과 2009년 L2 지점에 진입했던
WMAP와 허셜 우주 망원경은 각각 9년과 4년간의 짧은 활동 후 임무를 마쳤다.
[44]
https://arxiv.org/abs/2207.05632
[45]
유성체의 상대 속도가 큰 위험이 있는 방향.
[46]
파커 태양 탐사선은 해당 청원 답변 작성일인 2012년 11월로부터 약 6년이 지난 2018년에 발사되었다.
[47]
너무 커서 비행기로는 운송이 불가능했다
[48]
천문대의 대형 망원경과 렌즈는 워낙 비싸기 때문에 이를 인질삼아 돈을 요구하는 일은 수백년 전부터 계속 있어온 일이었고, 가장 최근에는 제임스 클러크 맥스웰 망원경이 1984년 영국에서 제작되어 하와이로 운송될 때 이런 일이 있었다.
[49]
"이번 늦은 여름에 운송된다"고만 밝히는 식
[50]
다만 가시광선, 적외선 카메라, 분광기를 비롯한 수많은 센서들이 있어 화소로만 판단하기 힘들다.
[51]
모자이크 처리가 안 되어 있다.