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별빛을 가려 주변에 있는 외계 행성을 직접 관측하기 위한 ‘회절 간섭 코로나그래프 외계 행성 분해기’(DICER)와 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 분해 능력을 모델로 한 납작한 사각 형태 우주 망원경의 개념도. 미국 렌슬리어폴리테크닉대 제공


‘망원경’ 하면 많은 사람들이 둥근 원통 형태를 떠올린다. 그런데 우주 과학자들이 망원경에 대한 고정관념을 버리면 우주 속 ‘제2의 지구’를 훨씬 쉽게 찾을 수 있을 것이라는 분석 결과를 수입정품 내놓아 눈길을 끈다.
미국 렌슬리어폴리테크닉대, 항공우주국(NASA) 고더드 우주비행센터 공동 연구팀은 지구와 비슷한 환경을 가진 ‘지구 2.0’ 행성을 찾기 위해서는 원통 형태 망원경이 아니라 사각형 등 새로운 형태와 구조를 가진 망원경을 도입할 필요가 있다고 3일 밝혔다. 이 연구 결과는 우주 분야 국제 학술지 ‘최신 천문학 및 우주 디딤돌 방공제 과학’ 9월 1일 자에 실렸다.
생명체 존재의 필수 조건으로 꼽히는 물이 액체 상태로 존재하기 위해서는 행성 표면이 지구처럼 너무 뜨겁지도 차갑지도 않아야 한다. 이렇듯 태양 같은 항성(별)과 적당한 거리를 둔 채 생명체 존재 가능성이 높은 지구 형태의 행성을 ‘골딜록스 행성’이라고 부른다.


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우주 망원경(오른쪽)과 수만㎞ 떨어진 곳에서 함께 움직이는 별빛 차폐용 가림막(왼쪽)을 동시에 발사해 별빛의 간섭을 줄임으로써 외계 행성을 좀더 명확하게 찾아내기 위한 ‘스타셰이드’ 기술의 개념도. 스타셰이드는 망원경의 위치나 방향을 바꿀 때마다 차폐막도 함께 움직여야 하므로 이를 감당할 연료 공급이 쉽지 않을 것이라는 2금융개인신용대출 지적이 나온다. 미 항공우주국 제공


문제는 골딜록스 행성 관측이 쉽지 않다는 점이다. 골딜록스 행성을 예측해 관측했다 하더라도 행성보다 밝은 별빛에 가려져 구분하기가 어렵다. 광학 이론상으로 망원경 이미지에서 얻을 수 있는 최상의 해상도는 망원경 크기와 관측하는 빛의 파장에 좌우된다. 액체 상태의 초특가 물을 가진 행성은 머리카락 굵기에 해당하는 약 10마이크로미터(㎛) 부근 파장에서 빛을 방출한다. 지구에서 약 30광년 떨어진 거리에 있는 별과 행성을 분리해 볼 수 있을 만큼 해상도를 내기 위해서는 망원경의 최소 구경이 20m 정도여야 한다. 또 대기권을 통과하면 영상이 흐려지기 때문에 망원경은 우주 공간에 있어야 한다. 현재 최고 성능의 우주 망원경인 NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 구경이 6.5m에 불과하다는 점을 고려하면 쉽지 않은 일이다.
지름 20m급 우주 망원경을 쏘아 올리는 것은 현재 기술로는 어렵기 때문에 과학자들은 작은 우주 망원경 여러 대를 발사한 뒤 군집 드론처럼 간격을 정밀하게 유지함으로써 큰 지름을 가진 단일 망원경처럼 작동시키는 방법을 고려하고 있다. 그렇지만 우주 망원경 간 위치 정확도를 유지하는 일은 극도로 어렵다.
또 다른 아이디어는 ‘스타셰이드’(starshade)다. 축구장 절반 크기인 가로 20m, 세로 40m의 거대 구조물로 우주 망원경과 함께 발사돼 별빛을 차단하면서 정밀한 행성 관측을 가능하게 하는 장치다. 이 역시 망원경이 관측 대상을 옮겨 갈 때마다 스타셰이드를 수천㎞씩 움직여야 하므로 연료 소모가 엄청날 것이라는 지적이 나오고 있다.
이에 연구팀은 기존 원통형 망원경 대신 가로 1m, 세로 20m의 직사각형 거울이 장착된 납작한 사각 망원경을 제안했다. 직사각형 망원경은 JWST와 비슷한 10㎛ 적외선 파장에서 작동하고 크기도 비슷한 수준을 유지하면서 태양 유사 별을 도는 지구 형태의 행성을 쉽게 구분해 낼 수 있다고 연구팀은 설명했다. 개념 설계에 따르면 이 망원경은 30광년 거리에서 태양 유사 별을 도는 지구형 행성의 절반 이상을 3년 이내에 발견할 수 있다. 가장 큰 장점은 다른 우주 망원경들과 달리 고난도의 기술이 필요하지 않다는 것이다.
연구를 이끈 하이디 뉴버그 렌슬리어폴리테크닉대 응용물리·천문학과 교수는 “망원경은 원통형이라는 고정관념만 버린다면 액체 상태의 물이 있는 행성은 물론 산소가 존재하는 행성 등 우리가 원하는 행성을 쉽게 관측할 수 있을 것”이라고 말했다.
유용하 과학전문기자