How much longer will the Hubble Space Telescope last?

은퇴 앞둔 허블 우주망원경, 후계자는?

31년 된 허블 우주망원경이 다시 한 번 안전모드로 전환됐다. 머지 않아 허블 망원경이 수명을 다할 수 있음을 예고하는 듯 하다.

지난 3월 7일, 미국 항공우주국(NASA)은 허블 우주망원경(Hubble Space Telescope)이 ‘소프트웨어 오류로 인해’ 다시 한번 안전모드로 전환됐다고 발표했다. 망원경의 과학시스템은 전혀 영향을 받지 않았지만, 지상 팀이 문제를 해결하는 동안 망원경의 과학 탐사 작업들은 모두 중단되었다. NASA는 결함이 정확히 무엇인지, 어떤 원인으로 결함이 생겼는지, 결함을 바로잡기 위해 무슨 조치를 취했는지에 대한 자세한 내용은 공개하지 않았다.

우려할 만한 일은 없을 것이다. 허블과 같은 우주비행체들은 이상이 생기면 안전모드에 들어간다. 안전모드란 망원경이 별 관측 및 데이터 수집 임무를 멈춘 채, 전지판이 태양 방향을 바라보도록 하면서 망원경의 작동을 유지하는 상태다. 이렇게 하면 (특히 여러 부분에 영향을 줄 수 있는 소프트웨어 문제의 경우) 고장 수리 과정이 더 간단하고 원활해진다. 가장 최근에는 2018년 허블 망원경이 안전모드에 들어간 적이 있다. 당시에는 (궤도에서 적절한 방향을 유지하는 데 사용되는) 자이로스코프 2대가 고장이 났다. 망원경은 3주 만에 아무런 문제 없이 임무에 복귀했다. 이번 결함도 바로잡을 수 있을 것이다.

하지만 이번 발표로 허블 망원경이 오래 되었다는 사실이 다시 한번 상기되었다. 30년 간 이어진 허블 망원경의 임무는 예상보다 길었다. 바로 이 점 때문에 허블의 마지막 순간이 멀지 않았음을 알 수 있다. 이 천체망원경은 얼마나 더 오래 갈까? 마침내 허블이 수명이 다하면 무슨 일이 벌어질까?

허블의 노후화된 하드웨어는 2009년 마지막으로 수리했다. 우주왕복선을 이용한 우주비행사들의 정비 임무를 통해서였다. 그때 공학자들은 2016년경까지 허블 망원경이 관측 활동을 할 수 있으리라 추정했다. 볼티모어 소재 우주망원경과학연구소(Space Telescope Science Institute)의 허블우주망원경임무실장 톰 브라운(Tom Brown)은 “몇 년간 비행하면서 이어온 개선 작업 끝에 공학자들은 허블 망원경의 수명과 신뢰도를 재평가했다. 그리고 수명과 신뢰도 모두 훨씬 높게 평가 되었다”고 말한다. 그는 “가장 최근 추정치에 따르면, 적어도 2026년까지는, 그리고 어쩌면 2020년대 말까지도 지금과 같은 과학 활동을 할 수 있을 가능성이 매우 높다. 지금, 허블 망원경의 성능은 꽤 괜찮아 보인다”고 부연한다.

허블은 사실상 모든 종류의 천문학 연구에 사용돼왔다. 즉, 태양계의 행성과 달 연구, 멀리 떨어져 있는 별, 은하, 초신성, 성운과 기타 천체물리학 현상의 관측, 우주의 기원과 팽창 연구 등을 말한다.

지난 10년간, 외계행성과학에 대한 허블의 연구는 특히 놀라웠다. 이 천체 망원경이 발사된 1990년이, 태양과 같은 별 주위를 도는 외계행성을 최초로 발견한 1995년보다 5년 앞서 있었다는 점을 고려한다면 말이다. 실제로 허블은 외계행성을 찾는 데 유용하지는 않지만, 일단 행성이 발견되면, 그 행성과 행성대기의 특성을 밝혀내는 후속 관측에 유용하다. 올해 말에 제임스웹 우주망원경(JWST, James Webb Space Telescope)이 발사되면, 두 천체 망원경이 함께 마침내 지구처럼 생명체가 살기에 정말로 알맞은 세계를 발견하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다.

JWST가 종종 허블의 후계자로 홍보되고 있지만 그건 그다지 옳은 게 아니다. 허블은 가시광선과 자외선 대역에서 우주를 관측할 수 있는 반면, JWST는 적외선 관측에 초점이 맞춰져 있기 때문이다. JWST의 적외선 관측은 초기 우주의 모습을 연구하고 다른 세계의 화학 조성을 특징짓는 데 도움을 준다. 우주에 위치해 있는 허블은 지구 대기로 인한 결과에 대해서는 걱정할 필요가 없다. 지구 대기는 (오존층이 자외선을 대부분 차단하기 때문에) 자외선 관측에 특히 불리하다.

허블은 또한 잘 이해되지 않는 현상을 연구하기 위한 ‘눈’이 필요할 때도 아주 중요하다. 2017년, 두 개의 중성자 별이 충돌해 발생한 중력파를 탐지한 사례를 보자. 허블은 이 사건의 여파를 관찰할 수 있었다. 다시 말해, 허블은 적외선 스펙트럼 이외의 데이터를 제공했고, 이 데이터는 중성자 별 융합의 형태와 변화를 더 상세히 정의하는 데 사용됐다.

현재 허블에는 4개의 주요 과학기기가 탑재되어 작동하고 있다. 따라서 설령 한두 가지 요소가 작동을 멈춘다고 해도 이 천체망원경이 지속적으로 할 수 있는 과학연구는 엄청나게 많다. 게다가 이 망원경은 충분한 중복 설계로 제작돼 있어 하드웨어나 소프트웨어의 한 가지 고장으로 개별 장비들의 작동이 반드시 멈추는 것은 아니다.

말하자면, 새로운 정비 임무에 대한 계획은 없다는 것이다. 설령 허블을 완전히 오프라인 상태로 만드는 치명적인 오류가 발생한다 해도, NASA가 30년 이상 된 우주망원경의 수리 임무를 승인하는 일을 보기는 어려울 것이다.

그렇다면 마침내 허블이 ‘은퇴’할 준비가 되면 허블을 대신할 것은 무엇일까? 브라운은 다른 국가들도, 현재 허블이 수행하고 있는 가시광선 및 자외선 관측을 이어갈 수 있는 우주망원경 발사를 위한 초기 계획들을 가지고 있다고 설명한다. 인도의 아스트로샛(Astrosat) 우주망원경은 지금 우주에서 자외선 관측을 수행하고 있다. 하지만 조리개는 훨씬 더 작다. 중국은 2024년에 천톈(Xuntian)이라는 우주망원경을 발사할 계획이다. 중국 국영언론은 천톈이 허블이 관측한 것보다 300배 더 큰 우주 공간을 관측할 것이라고 밝히고 있다.

허블의 뒤를 이을 진정한 후계자는 어쩌면 NASA가 제안한 ‘대형 자외선, 광학, 적외선 관측 우주망원경(LUVOIR, Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor space telescope)’이 될 수 있을 것이다. 이 망원경은 적외선, 광학, 자외선을 포함한 다양한 파장으로 우주를 관측할 수 있는 다목적 우주망원경이다. 그러나 자금이 지원된다 해도, LUVOIR는 빨라봤자 2039년에나 발사될 것이다.

허블 망원경은 완전히 교체될 때까지 계속해서 운용될 가능성이 있다. 그러나 천문학자들은 대부분 허블이 멈출 때 생길 큰 지식 격차에 대비하고 있다. 브라운은 “허블은 자외선과 광학 천문학 연구에 있어서는 최고의 관측 장비다”라고 말한다. 그는 “천문학은 허블 망원경에 상당 부분, 특히 태양계 밖의 온도와 화학 조성을 이해하는 데 있어서는 전적으로, 의지하고 있다. 나는 허블이 작동을 멈출 때 우주 분야를 연구하는 공동체가 상실감을 느끼지 않을까 우려한다”고 말한다.

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