제임스 웹이 답 찾을 것을 기대해

저 산 너머에는 뭐가 있을까?
바다 건너에는 뭐가 있을까?
저 우주에도 가보고 싶다~

맑은 날 밤하늘을 맨눈으로 바라보면 누구나 경이감에 빠져듭니다.
그러나 맨눈 관측으로는 이것이 전부일 뿐입니다.
1609년 갈릴레오 갈릴레이는 빛으로 인간 시야의 지평을 넓힐 “망원경”을 발명합니다.

그런데 사람들은 이 망원경으로 적군을 살필 때 그는 하늘을 관찰하고 기록하기 시작했습니다. 그 후 인류는 천체 망원경으로 밤하늘의 별을 탐구하게 되었고, 다른 행성은 어떤 모습이며 어떤 환경인지, 외계 생명체가 어디서 살고 있는지 상상할 수 있게 만들어 주었습니다.

그리고 이러한 과정에서 발전시킨 우주 관측기구들은 놀라운 수준에 이르렀습니다. 갈릴레오의 천체망원경 이래로 천문학에 가장 큰 기여를 한 허블우주망원경은 은하 중심에 있는 초거대 질량의 블랙홀과 암흑에너지의 존재 등을 발견하고 우주 나이가 138억 년임을 밝혀냈습니다. 다시 말해 우주 관측기구가 발전할수록 그 이상의 것도 알아낼 수 있게 되는 것입니다. 최신형 우주망원경 ̒제임스 웹은 우주 탄생 후 첫 별을 관측해 우주의 비밀을 또 하나 밝혀낼 것입니다. ‘저 산 너머에는 뭐가 있을까?’ ‘바다 건너에는 뭐가 있을까?’ 하는 미지의 세계에 대한 호기심은 변화를 이끌어왔고 인류를 결국 우주로 진출하게 할 것입니다.

2021년 12월 25일, 쿠루 우주기지에서 아리안- 5 로켓이 솟아올랐다. 탑재체는 허블 우주망원경의 대를 잇는다는 제임스 웹 우주망원경(JWST). 웅대하고 장엄한 우주선 제임스 웹의 미션은 크게 두 가지다. 우주 탄생 뒤 첫 별을 관측하고 외계행성에서 생명체 존재의 증거를 찾는 것이다. 두 가지 모두 우주 관측의 역사를 송두리째 바꿔 놓을 것으로 기대되는 미션이다. 그리고 전 세계 우주과학자들은 올해 6월에 제임스 웹이 보내올 첫 사진을 고대하고 있다. 인간의 상상력을 초월한 머나먼 과거의 이야기를 듣기 위해서이다. 시간적으로나 공간적으로 영원히 도달할 수 없을 것만 같았던 영역인 우주가 우주망원경을 통해 점차 가까워지고 있다는 것이다. 인류의 눈이 되어 줄 제임스 웹 망원경을 통해 창조의 빛을 본다는 것은 어떤 의미인지 알아보고 미래에 대해 탐구해 본다.

제임스 웹 우주망원경을 실은 아리안 5호 로켓 2021년 12월 25일 발사, 2022년 1월 24일 목적지 도착, 6월 말 첫 관측 사진 공개 예정(한국시간) 사진 출처=NASA

우주 탄생 후 첫 별을 보는 것은 어떤 의미가 있나.
우주의 탄생, 즉 빅뱅(Big-bang) 직후에 고온 고밀도 상태에서 양성자와 중성자가 처음 만들어지고, 수소가 생겨나고, 이게 융합해서 헬륨이 만들어졌다. 이후 우주가 급속히 팽창하고 식으면서 더 이상의 핵융합은 일어나지 못했다. 그런데, 인간의 몸을 이루는 원소 중 가장 많은 게 산소이고, 다음으로 탄소다. 그럼 산소, 탄소와 같은 헬륨보다 무거운 원소는 어디에서 처음으로 만들어졌을까. 그런 원소는 별 속에서 일어나는 핵융합 과정에서, 그리고 초신성, 중성자별의 병합과 같은 고에너지 천체 물리현상 발생 시 만들어진다고 알려져 있다. 따라서 인류의 기원을 캐다 보면 지구의 탄생, 태양계의 탄생, 은하의 탄생 등 시간을 거슬러 올라갈 수 있는데, 그 정점에 있는 것이 최초의 별이다. 우주의 첫 별은 우주의 나이가 2~3억 년일 때 수소와 헬륨만으로 만들어졌다고 예측되고 있다. 제임스 웹 우주망원경은 처음으로 그런 별을 관측하여 산소와 탄소와 같은 무거운 원소들이 최초로 탄생하기 시작한 과정을 확인하고자 한다. 우주의 첫 별을 관측한다는 건 인류의 기원을 이해하는 것과도 같다고 얘기할 수 있다. 인류의 기원을 밝히고 생명체가 존재할 가능성이 높은 외계 행성을 찾는 등 우주과학 분야에 혁명을 가져올 것으로 기대를 모은다.

우주망원경은 어디까지 진화될까.
더 커지고 더 다양해질 것이다. 제임스 웹은 워낙 집광력과 해상력이 좋기 때문에 외계행성 자체를 보는 것도 가능하다. 그리고 지금까지의 망원경이 우주에서 오는 빛을 보는 것이었다면, 앞으로는 중력의 물결인 중력파로 우주를 보는 중력파 우주망원경도 나타날 것이다. 그렇게 되면 우리 눈으로 볼 수 없는 거대한 블랙홀이 충돌하는 것도 관측할 수 있을 것이고, 우주 초기의 다양한 모습을 볼 수 있을 것이다.

우주 초기를 얘기하니 궁금해진다. 빅뱅 이전의 우주는 어떤 형태인가.
그건 모른다. 아직 해답이 없다. 어쩌면 3차원에 살고 있는 인류가 이해하기 어려운 공간이나 세계가 있을 수도 있다. 우주의 시작점이 있어야 한다는 생각조차도 인간의 생각이다. 이쯤 되니 뭔지는 모르지만, 우리가 파악하지 못하는 신비롭고 절대적인 존재가 있을 수 있다는 생각이 든다. 그중 하나를 신이라고 할 수도 있을 거 같다. 신비의 영역을 부정할 수는 없다. 그렇지만 인류 역사상 이해 불가한 자연현상을 설명하기 위해 신을 끌어들이는 일도 있었다. 궁극적으로는 빅뱅 이전의 우주에 대해서도 과학적인 해답을 얻을 수 있으리라 생각한다. (출처: 임명신 서울대 천문우주연구센터장 인터뷰내용 中 )