제임스웹의 근적외선 카메라 설계자 리케 교수는 십대 때 알바비를 모아 첫 천체 망원경을 마련했다. 70대에 제임스웹의 근적외선 카메라 설계를 맡았다. 제임스 웹은 인류가 개발한 최고 성능 우주 관측기구이다. . 제임스 웹이 근적외선 카메라로 찍은 고해상도 우주 심연 이미지인 풀 컬러 첫 우주 사진을 보내왔다.
1. 2022년 7월 11일 제임스 웹 우주망원경 첫 풀컬러 우주사진 전송
제임스 웹이 SMACS 0723 은하단의 사진을 보내왔다. 7월 11일 미국 항공우주국 나사가 세계 최초로 제임스 웹이 찍은 첫 번째 풀 컬러 우주 이미지 사진을 공개했다. 우주의 가장 깊숙한 곳을 고해상도로 촬영한 것이다.
풀 컬러full color는 ‘색채가 풍부한, 화려한’이라는 뜻이다. 사람의 육안이 구분할 수 있는 색은 대략 1680만 가지이다. 사람이 볼 수 있는 색이라는 뜻에서 트루 true 컬러라는 명칭도 있다.
하이 컬러가 16비트를 사용하는 반면 풀컬러는 32비트를 사용한다. 인간의 눈을 화소(=픽셀) 수로 따지면 눈 하나당 1억 화소가 있다.
위 사진에서 개별적인 점이나 소용돌이는 모두 은하들이다. SMACS 0723에는 이런 은하가 수천 개나 모여 있다. 나사는 이 은하단이 46억 년 전에 형성된 것으로 보고 있다. 이 은하단은 ‘중력 렌즈 현상’으로 관심을 받고 있는 천체이다.
많은 별들이 좁은 구역에 집중되어 있어 은하단 SMACS 0723이 만드는 중력은 대단히 크다. 이로 인해 SMACS 0723은 ‘중력 렌즈’ 현상을 만든다.
중력 렌즈(=혹은 돋보기) 현상은 은하단 뒤에 있는 천체의 빛을 확대해 휘게 하는 현상이다. 즉, 중력렌즈는 중력이 우주 공간을 뒤틀면서 돋보기와 같은 효과를 내는 일이다.
이날 공개된 우주 사진은 나사가 제임스웹 우주망원경으로 촬영한 우주 천체 5곳 중 하나이다. 대통령에게 보고하는 백악관 미리 보기 행사를 통해 하나를 미리 선보였다. 5곳 모두 7월 12일 대중에서 공개한다.
공개될 다른 촬영물 중 하나는 ‘용골자리 성운(Carina Nebula)’이다. 지구에서 7600광년 떨어져 있다. 태양보다 수십 배 큰 별이 태어나는 곳이다. 우리은하의 용골자리-궁수자리 팔에 위치해 있다.
나사는 SMACS 0723은하단을 선두로 용골자리 성운, 남쪽고리성운(Southern Ring Nebula), 외계행성 WASP-96과 스테판 5중주(Sthphan’s Quintet)도 차례로 공개할 예정이다.
그동안 제임스 웹은 제2 라그랑주 점 궤도에 진입 안착한 후 셀카와 지구에서 약 2천광년 떨어진 별을 찍어 보내서 가능성을 보여줬다. 이번에 공개한 은하단 사진은 이보다 더 진보된 사실상 첫 결과물이다.
제임스 웹은 지구와 태양의 중력이 힘의 균형을 이루는 궤도(L2)를 돌고 있다. 그로 인해 빛의 왜곡도 줄어드어 우주를 더 깊이 관측할 수 있다. L2에서 제임스 웹은 지구와 일직선으로 태양을 공전을 해서 지구와 교신도 항상 유지된다. 다섯 차례 미세 운석에 부딪쳐 마음이 조마조마했다
https://original.donga.com/2022/jameswebb/question?m=3
제임스웹 우주망원경은 135억 년 전 초기 우주 관측을 목표로 하고 있다. 이번 촬영에 사용된 근적외선 카메라의 성능은 지구와 달 정도 거리에 떨어져 있는 호박벌의 열을 감지할 수 있는 수준이다.
2. 제임스 웹 핵심 망원경 NIRCam 개발자 마르시아 리케 여교수
리케 교수는 1951년 생으로 71세이다. 미시간주에서 태어났다. 어릴 때 공공 도서관에서 걸리는 대로 공상과학소설을 다 찾아 읽고 우주에 관심을 품었다. 중학생 때 아기 돌보는 일을 해서 번 알바비를 모아 첫 망원경을 장만했다.
원래 목표는 우주비행사여서 매사츠세츠공대(MIT) 항공공학과에 진학했다. 동급생 1천 명중에 여성은 73명이었지만 많은 연구소에서 여성 연구자를 원했다. 이후 진로를 바꾸어 물리학으로 1976년 박사학위를 받았다.
1998년 제이스 웹 연구팀에 들어갔다. 2001년부터 본격적으로 근적외선 카메라 NIRCam 개발을 주도했다. 마침내 2022년 7월 11일 NIRCam이 우주의 사진을 촬영해서 보내왔다.
은하단 SMACS 0723은 근적외선 카메라로 12시간 30분 동안 다양한 파장으로 촬영한 이미지들을 합성해 만들어졌다. 이러한 이미지들을 ‘딥 필드’라고 한다. 천문학에서는 희미한 물제를 탐지하고 연구하기 위해 매우 오래 카메라를 노출시킨다.
“2011년 7월 11일 우리 팀의 20년 노력이 놀라운 성과로 실현돼 매우 행복하다.”(리케 교수)
“사람은 자신이 사랑하는 일을 해야 한다. 그 열정을 찾아내 끝까지 도전하라.”(리케 교수)
리케 교수는 본인 능력을 자신하지 못하는 젊은 여성들에게 불안하고 주저하는 마음이 생기면 대화할 여성을 찾으라고 조언한다. 그러면 기분이 좋아지고 나아갈 수 있기 때문이다.
3. 우주망원경 제임스 웹을 위한 근적외선 카메라 NIRCam
NIRCam의 임무는 빅뱅 이후 몇 억년이 지난 초기 우주상태인 135억 년 전에 나온 빛을 포착하는 것이다. 이는 제임스 웹의 목표와 직결되는 결정적인 요소이다.
NIRCam은 가시광선이 아니라 가시광선보다 더 긴 적외선을 이용한다. 가시광선으로는 볼 수 없는 성간 먼지 뒤쪽의 모습까지 꿰뚫어 볼 수 있는 첨단 장비이다. 그래서 허불 우주망원경보다 성능이 100배 높다.
전례 없는 해상도로 근적외선 및 중적외선 파장을 포착할 수 있다. 근·중적외선은 파장이 길어 우주 먼지나 가스 구름을 통과해 더 멀리 이동할 수 있다. 이로써 태양계로부터 관측이 가능한 가장 먼 거리에 있는 초기 우주 사이를 살펴볼 수 있게 됐다.
NIR은 Near Infrared Spectrometer의 약자이다. 야간 투시경의 원리이다. 가시광선과 가까이 있는 적외선 영역으로 반사된 빛을 증폭해 이미지화한다.
제임스 웹 우주망원경을 우주로 보내는데 100억 달러(= 13조 원)가 들어갔다. 초대형 막중한 임무를 잘 수행하고 있다. 태양을 볼 때마다 제2라그랑 주점(L2)에서 지구와 일직선으로 태양을 공전하는 제임스 웹이 떠오른다.
L2는 태양과 지구의 구심력이 물체가 우주로 튀어나가려는 원심력과 균형을 이루는 지점이다. 이 지점은 거대한 제임스웹이 망원경이 정위치에 계속 머물게 하는데 필요한 연료 소모량을 줄이게 한다.
제임스 웹의 주 용도 중 하나는 외계 행성의 대기를 연구해 우주의 다른 곳에 있는 생명체의 구성 요소를 찾는 것이다. 이 또한 근적외선 카메라 관측의 장점이다. 근적외선 파장은 외계 행성 대기가 보여주는 분자 스펙트럼의 특징을 관측하기 수월하다.
제임스웹 근적외선 카메라 설계자 리케 교수는 어릴 때 공공 도서관에서 걸리는 대로 공상과학소설을 다 찾아 읽고 우주에 관심을 품었다. 중학생 때 아기 돌보는 일을 해서 번 알바비를 모아 첫 망원경을 장만했다. 그리고 71세에 제임스웹의 근적외선 카메라를 설계했다.
