"타임머신"은 초기 우주를 탐험합니다
제임스 웹 우주 망원경은 2021년 12월 우주로 발사된 이후 지구를 100만 마일 이상 공전하며, 깊은 우주의 숨 막힐 듯한 사진을 전송해 왔습니다.
그렇다면 웹이 과거로 돌아가 초기 우주를 탐험할 수 있게 해준 것은 무엇이었을까?
비밀은 웹의 강력한 카메라 시스템, 특히 인간의 눈으로는 볼 수 없는 종류의 빛인 적외선을 포착하는 능력에 있습니다.
웹이 먼 은하의 사진을 찍을 때, 천문학자들은 실제로는 수십억 년 전의 은하를 보고 있는 것입니다.
은하에서 온 빛은 수십억 년 동안 우주를 여행하여 망원경의 거울에 도달했습니다. 마치 웹이 우주의 초기 모습을 포착하는 "타임머신"과 같습니다.
거대한 거울을 사용해 이 고대 빛을 모아, 웹은 우주에 대한 새로운 비밀을 밝혀내고 있습니다.
웹: 열을 "보는" 망원경
허블 망원경이나 가시광선만 포착하는 기존 카메라와 달리, 웹 망원경은 적외선을 포착하도록 설계되었습니다.
적외선은 가시광선보다 파장이 길어 사람의 눈에는 보이지 않습니다. 하지만 웹은 이 빛을 포착하여 우주에서 가장 오래되고 먼 천체를 연구할 수 있습니다.
적외선은 인간의 눈으로 볼 수 없지만 적외선 카메라나 열 센서와 같은 특수 장치를 사용하면 열로 감지할 수 있습니다.
어둠 속에서 따뜻한 물체를 감지하기 위해 적외선을 사용하는 야간 투시경이 대표적인 예입니다. 웹은 별, 은하, 행성을 연구하는 데에도 유사한 기술을 적용합니다.
웹이 적외선을 사용하는 이유는 먼 은하에서 온 가시광선이 우주를 통과할 때 우주의 팽창으로 인해 늘어지기 때문입니다.
이 확장은 가시광선을 적외선으로 변환합니다. 결과적으로 우주의 가장 먼 은하들은 더 이상 가시광선으로 빛나지 않고 희미한 적외선으로 빛납니다. 웹은 이러한 유형의 빛을 감지하도록 특별히 설계되었습니다.
거대한 황금 거울: 가장 희미한 빛을 모으다
빛이 카메라에 도달하기 전에, 폭이 21피트(6.5m)가 넘고 벌집처럼 배열된 18개의 작은 거울로 구성된 웹의 거대한 금색 거울에 포착되어야 합니다.
거울 표면은 얇은 금 층으로 덮여 있는데, 이는 미적인 면뿐 아니라 금이 적외선을 매우 잘 반사하기 때문입니다.
이 거울은 심우주의 빛을 모아 망원경의 관측 장비에 반사합니다. 거울이 클수록 더 많은 빛을 모아 더 멀리 볼 수 있습니다. 웹의 거울은 인간이 우주로 보낸 거울 중 가장 큰 거울입니다.
NIRCam과 MIRI: Webb의 초고감도 "눈"
카메라 역할을 하는 웹의 가장 중요한 과학 기기 두 가지는 NIRCam과 MIRI입니다.
NIRCam(근적외선 카메라)은 웹의 주요 카메라로, 은하와 별의 놀라운 이미지를 촬영합니다. 또한, 코로나그래프도 탑재되어 있습니다. 코로나그래프는 별빛을 차단하여 밝은 별을 공전하는 행성처럼 밝은 광원 근처에 있는 매우 희미한 천체의 사진을 촬영할 수 있도록 하는 장치입니다.
NIRCam은 근적외선(인간의 눈으로 볼 수 있는 빛과 가장 가까운 빛)을 포착하여 여러 파장으로 분해합니다. 이를 통해 과학자들은 물체의 모양을 파악할 뿐만 아니라 그 구성 요소도 알아낼 수 있습니다.
우주의 다양한 물질들은 특정 파장의 적외선을 흡수하고 방출하여 고유한 "화학적 지문"을 만듭니다. 이러한 지문을 연구함으로써 과학자들은 멀리 있는 별과 은하의 특성을 알아낼 수 있습니다.
MIRI(중적외선 관측 장비)는 더 긴 적외선 파장을 감지하는데, 이는 가스 구름 내부에서 아직 형성 중인 별처럼 차갑고 먼지가 많은 천체를 탐지하는 데 특히 유용합니다. MIRI는 심지어 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성 대기의 분자 유형에 대한 단서를 찾는 데에도 도움이 될 수 있습니다.
두 카메라 모두 지구에서 사용되는 표준 카메라보다 훨씬 더 민감합니다. NIRCam과 MIRI는 수십억 광년 떨어진 곳에서 오는 아주 작은 열도 감지할 수 있습니다. Webb의 NIRCam을 눈으로 본다면 달에 있는 벌의 열을 볼 수 있을 것입니다.
멀리 있는 물체의 미약한 열을 감지하려면 웹은 극도로 낮은 온도를 유지해야 합니다. 그래서 테니스 코트만 한 크기의 거대한 차양막을 탑재하고 있습니다. 5겹으로 된 차양막은 태양, 지구, 심지어 달의 열을 차단하여 웹이 섭씨 영하 223도의 온도를 유지할 수 있도록 도와줍니다.
MIRI는 더 차가워야 하므로, 영하 266도에 가깝게 유지하기 위해 극저온 냉각기라는 자체 냉장고를 사용합니다. 만약 웹이 조금이라도 더 따뜻하다면, 자체 열이 감지하려는 미약한 신호를 압도할 것입니다.
주변광을 생생한 이미지로 변환
빛이 웹의 카메라에 닿으면 감지기라는 센서에 닿습니다. 이 감지기는 휴대폰 카메라처럼 일반 사진을 찍지 않습니다.
그 대신, 그들은 적외선을 디지털 데이터로 변환한 후 지구로 다시 전송합니다. 지구 과학자들은 이를 처리하여 풀컬러 이미지로 변환합니다.
웹의 이미지에서 우리가 보는 색상은 카메라가 직접 "보는" 색상이 아닙니다. 적외선은 눈에 보이지 않기 때문에 과학자들은 이미지 속 내용을 이해하기 위해 다양한 파장에 색상을 부여합니다.
이렇게 처리된 이미지는 은하, 별 등의 구조, 연령, 구성을 밝히는 데 도움이 됩니다.
제임스 웹 우주 망원경은 거대한 거울을 이용해 보이지 않는 적외선을 모아 초저온 카메라로 전송함으로써 우주의 시작부터 은하가 형성되는 모습을 볼 수 있게 했으며, 이는 약 140억 년 전에 일어난 일을 보고 있다는 의미입니다.
출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm
댓글 (0)