우주의 기원 찾아 나선 차세대 우주망원경 ‘스피어엑스’

SPHEREx 우주망원경 개념도 / 우주항공청

“우주는 어떤 색일까?” 이 질문은 단순해 보이지만, 실제로는 매우 복잡한 답을 가지고 있다. 밤하늘을 올려다보면 검은 바탕에 반짝이는 별들만 보이지만, 실제 우주는 우리 눈으로 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 다채로운 색으로 가득하다.

이제 그 다채로운 우주의 모습을 102가지 색으로 관찰하기 위해 한국 연구진이 참여한 미국 항공우주국(NASA)의 차세대 우주망원경 ‘스피어엑스(SPHEREx)’가 지난 12일 낮 12시 10분 미국 캘리포니아주 밴덴버그 우주군 기지에서 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 성공적으로 발사됐다.

#적외선이 밝히는 우주의 비밀

스피어엑스는 일반적인 우주 망원경과는 전혀 다른 방식으로 우주를 관찰한다. 쉽게 설명하자면, 이는 우주의 구글 어스를 만드는 작업과 비슷하다. 우리가 구글 어스로 지구의 구석구석을 3차원으로 둘러볼 수 있듯이, 스피어엑스는 우주의 3차원 지도를 만들어낼 것이다. 하지만 여기서 더욱 특별한 점은 일반 카메라가 아닌, 적외선이라는 특수한 빛을 이용한다는 것이다.

그런데 적외선이 대체 무엇이기에 3차원 지도를 만들 수 있는 걸까? 적외선은 우리 눈에는 보이지 않지만, 모든 물체가 방출하는 ‘열’의 형태로 존재하는 빛이다. 병원에서 체온을 측정할 때 사용하는 체온계나, 건물의 열 손실을 측정하는 열화상 카메라가 적외선을 이용하는 대표적인 예시다. 우주의 모든 천체는 저마다의 온도에 따라 다양한 적외선을 방출하고 있다. 이에 스피어엑스는 적외선을 102가지의 서로 다른 파장으로 나누어 관측함으로써 각 천체의 온도, 구성 성분, 움직임 등 다양한 정보를 수집할 수 있다.

현재 가장 주목받는 우주망원경인 ‘제임스 웹 망원경’과 비교하면 스피어엑스의 특징을 좀 더 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 사진 촬영에 비유하자면, 제임스 웹 망원경은 최고급 디지털카메라로 특정 대상을 초고화질로 촬영하는 것과 같다. 반면 스피어엑스는 드론을 띄워 도시 전체를 촬영하면서 동시에 각 건물의 열 분포까지 측정하는 것과 비슷하다. 두 망원경은 서로 다른 방식으로 우주를 관찰하며, 이를 통해 우리는 우주에 대한 이해도를 높일 수 있다.

#우주의 역사, 빛, 그리고 생명의 흔적

스피어엑스(SPHEREx)는 ‘Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explore : 우주의 역사, 재이온화 시대, 얼음 탐사를 위한 분광 광도계’를 줄여 만든 이름이다. 이 이름 안에는 과학자들이 스피어엑스를 우주로 쏘아 올려 연구하고자 하는 주제 3가지가 적혀 있다.

첫 번째는 ‘우주의 역사(the History of the Universe)’이다. 약 138억 년 전 빅뱅(우주대폭발)이 일어난 후 1초도 안 되는 시간 안에 우주가 수조 배로 급격히 팽창했었다. 과학자들은 스피어엑스를 통해 수억 개의 은하를 관측하고, 은하들의 분포를 연구해 우주의 팽창 원인과 물리학적 배경을 파악하려고 한다.

두 번째는 ‘재이온화 시대(Epoch of Reionization)’이다. 우주가 형성된 초기엔 빛이 거의 없었지만, 이후 첫 번째 별과 은하가 형성되면서 우주가 점점 밝아졌다. 이 시기를 재이온화 시대라고 하는데, 어떻게 빛이 생겼는지에 대한 연구는 아직 부족한 상태이다. 과학자들은 스피어엑스를 통해 기존 망원경으로 볼 수 없었던 초기 은하들의 희미한 빛을 포착해, 우주가 어떻게 변화해 왔는지를 분석하는 것을 목표로 하고 있다.

세 번째는 ‘얼음 탐색(Ices Explorer)’이다. 우리 은하에는 생명의 근원인 물과 이산화탄소 같은 얼음 알갱이들이 있다. 스피어엑스는 우리 은하 안에 있는 우주 먼지 등을 관측하고 분석해 얼음이 얼마나 존재하는지를 조사해 생명이 어떻게 탄생했는지 등을 연구할 계획이다.

#우주에 대한 새로운 이해

스피어엑스가 보내올 데이터는 기존의 우주관을 완전히 바꿔놓을 것이라는 시선도 있다. 이는 마치 망원경의 발명이 지구 중심설을 태양 중심설로 바꾸어놓았던 것처럼, 우리의 우주에 대한 기존 이론들을 완전히 새롭게 다시 쓰게 될 것이다.

마지막으로 스피어엑스의 관측 결과는 실용적인 측면에서도 중요하다. 우주 환경에 대한 더 정확한 이해는 미래의 우주 탐사와 개발에 필수적인 정보를 제공하기 때문이다. 스피어엑스의 발사가 단순한 과학 프로젝트의 시작이 아닌, 인류의 우주 이해에 있어 새로운 장을 열지도 모른다.