별빛 10만분의 1도 흔들리지 않게 잡는다…NASA 로만망원경, 코로나그래프 첫 우주광 관측
9월 15~21일 미세유도 시험 통과, 9월 22일 코로나그래프가 처음으로 우주빛 받아 초점 영상 생성
광시야 관측 30분, 코로나그래프 8시간 동안 1만분의 1이 아니라 10만분의 1도보다 더 나은 자세 안정성 확인
이번 이미지는 외계행성 촬영 성공이 아니라, 별빛 차단 장비가 우주에서 작동할 수 있는지 점검한 기술실증 단계다
외계행성을 직접 찍으려면 우주망원경의 자세는 사실상 거의 움직이지 않아야 한다. 미국 항공우주국이 9월 30일 공개한 자료를 보면, 낸시 그레이스 로만우주망원경은 광시야 관측에서 30분, 코로나그래프 관측에서 8시간 동안 1도의 10만분의 1보다 더 나은 수준으로 시선을 유지하는 데 성공했다. 별빛을 가려야만 옆의 어두운 행성을 볼 수 있는 외계행성 직접영상에서는 이 정도의 안정성이 성능의 출발점이 된다.
이번 발표의 핵심은 로만우주망원경이 이미 외계행성을 찍었다는 데 있지 않다. NASA가 확인한 사실은 두 가지다. 첫째, 9월 15일부터 21일까지 미세유도 시스템이 시험을 통과했다. 둘째, 9월 22일 로만의 코로나그래프가 처음으로 실제 우주빛을 받아 초점 영상을 만들었다. 다시 말해 과학 관측 성과라기보다, 앞으로 외계행성 직접영상을 시도할 수 있는지 가늠하는 첫 기술 검증에 가깝다.
왜 ‘미세한 흔들림’이 별빛 차단을 무너뜨리나
외계행성 직접영상이 어려운 이유는 행성이 멀어서만이 아니다. 문제는 별과 행성의 밝기 차이다. 로만에 실린 코로나그래프는 별빛의 강한 눈부심을 가려, 그 옆에 있는 훨씬 희미한 천체를 드러내는 장비다. 그런데 망원경의 시선이 아주 조금만 흔들려도 별빛이 마스크 가장자리와 광학계 안으로 새어 들어오고, 그 새어나온 빛이 화면 전체에 잡광처럼 퍼지면서 행성 신호를 덮어버린다.
그래서 코로나그래프의 성능은 거울 품질이나 검출기 감도만으로 결정되지 않는다. 망원경이 목표를 얼마나 오래, 얼마나 정밀하게 붙잡아 둘 수 있는지가 함께 맞물려야 한다. NASA는 로만의 주관측장비인 광시야관측기 18개 검출기 각각의 일부 영역을 이용해 기준별의 위치를 빠르게 읽고, 그 정보를 자세제어 시스템에 초당 약 4회 전달해 미세한 표류를 상쇄한다고 설명했다. 외계행성 직접영상은 결국 ‘빛을 더 모으는 망원경’이 아니라 ‘빛이 새지 않게 버티는 망원경’의 성격도 강하다.
로만의 코로나그래프가 특별한 이유
로만우주망원경의 코로나그래프는 정식 과학장비라기보다 기술실증 장비로 분류된다. 목표는 우주에서 별빛 차단, 파면 제어, 고대비 영상 기술이 실제로 어느 수준까지 가능한지 입증하는 것이다. NASA 제트추진연구소 자료에 따르면 이 장비는 마스크, 프리즘, 필터, 검출기, 변형거울을 결합해 별보다 최대 1억 배 어두운 행성을 겨냥하도록 설계됐다.
여기서 변형거울은 특히 중요하다. 우주망원경의 거울이 아무리 정밀해도 미세한 결함과 열적 변화, 구조적 흔들림은 남는다. 로만의 코로나그래프는 스스로 형상을 조절하는 거울로 이런 오차를 보정하는 ‘능동형 코로나그래프’를 채택했다. 허블우주망원경이나 제임스웹우주망원경의 수동형 코로나그래프와 다른 지점도 여기에 있다. 별빛을 차단하는 데서 끝나는 것이 아니라, 남은 산란광까지 계속 눌러야 더 가까운 궤도의 더 어두운 천체를 구분할 수 있기 때문이다.
첫 우주광 관측이 뜻하는 것과 뜻하지 않는 것
9월 22일 첫 관측에서 코로나그래프가 만든 초점 영상은 말 그대로 ‘빛이 장비를 통과해 예상한 위치에 맺히는지’ 확인하는 단계였다. NASA는 이후 검출기를 더 민감하게 냉각하고, 대마젤란은하의 별이 많은 구역을 관측해 실제로 다수의 별이 찍히는지 점검했다고 밝혔다. 이는 초점, 정렬, 유도 성능을 맞춰 가는 커미셔닝 절차의 일부다.
따라서 이번 결과를 외계행성 촬영 성공으로 해석하면 과장이다. 직접영상 과학은 앞으로 훨씬 더 까다로운 단계를 거쳐야 한다. 별빛 차단 마스크 정렬, 변형거울 보정, 파면센싱, 장시간 안정성 유지, 잡광 억제, 데이터 후처리 검증이 차례로 따라와야 한다. 지금까지 확인된 것은 로만이 그 긴 과정의 입구를 통과하고 있다는 점이다.
왜 이 기술이 다음 세대 우주망원경으로 이어지나
로만의 임무 전체를 보면 코로나그래프는 주역이 아니라 시험대에 가깝다. 로만의 본래 강점은 넓은 시야로 암흑에너지, 암흑물질, 외계행성 통계를 조사하는 광시야 관측에 있다. 그럼에도 코로나그래프가 주목받는 이유는, 장차 지구형 행성을 직접 찍으려는 후속 우주망원경의 핵심 난제를 미리 우주에서 검증하기 때문이다.
NASA는 로만이 목성급 행성의 반사광과 주변 먼지 원반을 직접 보는 기술을 다듬는 발판이 될 것으로 본다. 현재 직접영상은 주로 적외선에서 매우 젊고 밝은 초대형 행성에 치우쳐 있다. 로만이 겨냥하는 것은 보다 오래되고 차가우며, 별빛을 반사하는 가시광 영역의 행성이다. 이번 미세유도 시험과 첫 우주광 관측은 바로 그 전환이 실험실이 아니라 실제 우주 환경에서 가능한지 확인하는 첫 증거다.
로만우주망원경이 보여준 10만분의 1도 이하의 안정성은 숫자 하나로 끝나는 성과가 아니다. 외계행성 직접영상에서 필요한 것은 더 큰 거울만이 아니라, 오랜 시간 같은 점을 흔들림 없이 바라보는 제어 능력이라는 점을 드러낸다. 로만의 첫 이미지는 아직 과학적 발견이 아니라 정밀 제어의 합격 통지서에 가깝다. 그러나 그 통지서가 있어야만, 다음 단계의 별빛 차단과 외계행성 직접영상도 비로소 현실적인 과제가 된다.