허블보다 100배 넓게 본다…NASA 로만 우주망원경이 천문학을 바꿀 이유

미국 항공우주국(NASA)의 낸시 그레이스 로만 우주망원경이 새로운 우주 관측 시대를 열 준비를 하고 있다. NASA와 스페이스X는 2026년 8월 30일 오전 7시 26분(미 동부시간) 플로리다 케네디 우주센터 발사단지 39A에서 팰컨 헤비 로켓을 발사할 계획이다. NASA의 생중계는 오전 6시 20분부터 시작될 예정이지만, 실제 발사 시각은 기상과 기술 상황에 따라 달라질 수 있다. 1

로만의 목표는 허블보다 더 선명한 사진을 찍는 데만 있지 않다. 핵심은 허블급 해상도로 하늘을 훨씬 넓고 빠르게 훑는 것이다. 이 능력은 외계행성 탐색은 물론, 우주의 팽창과 보이지 않는 물질의 분포를 연구하는 방식까지 바꿀 수 있다.

발사와 임무 개요

로만은 스페이스X의 팰컨 헤비에 실려 지구에서 약 93만 마일(150만㎞) 떨어진 태양·지구 라그랑주점 L2로 향한다. L2는 태양과 지구의 중력이 만들어내는 안정적인 우주 공간으로, 제임스 웹 우주망원경도 이 주변에서 관측하고 있다.

NASA는 로만의 기본 임무 기간을 5년으로 계획하고 있다. 다만 우주망원경의 상태가 양호하고 예산이 확보되면 과학 관측이 더 이어질 가능성도 있다. 8월 31일 발사 기회는 예비 일정일 뿐이며, 실제 발사와 초기 점검 결과에 따라 정규 과학 관측의 시작 시점이 결정된다.

이 망원경은 처음에는 ‘광시야 적외선 탐사망원경(WFIRST)’이라는 이름으로 개발됐다. 2020년 NASA 최초의 수석 천문학자 낸시 그레이스 로만을 기리기 위해 현재의 이름으로 바뀌었다.

허블과 같은 거울, 100배 넓은 시야

로만의 주경은 지름 2.4m로 허블 우주망원경과 같다. 하지만 광학 설계가 달라 한 번에 담을 수 있는 하늘의 면적은 허블보다 최소 100배 넓다. 그러면서도 광시야 관측에서 허블에 견줄 만한 선명도를 유지하도록 설계됐다.

주요 장비인 광시야기기(WFI)는 3억 화소 적외선 카메라다. 약 0.5~2.3마이크로미터 파장의 빛을 관측해 가시광선과 근적외선 영역을 함께 살핀다. 로만이 찍는 한 장의 사진에는 보름달이 하늘에서 차지하는 겉보기 면적과 비슷하거나 그보다 넓은 영역이 담긴다. 19

이 차이가 로만의 존재 이유다. 허블은 특정 은하나 성운을 깊고 정밀하게 들여다보는 데 강하다. 반면 로만은 넓은 하늘을 같은 기준으로 반복 관측해, 개별 표적 관측으로는 놓치기 쉬운 희귀 천체와 우주의 큰 흐름을 찾아낸다.

NASA는 비슷한 광역 관측에서 로만이 허블보다 최대 1,000배 빠르게 하늘을 조사할 수 있다고 설명한다. 주요 탐사 기간 동안 은하 20억 개 이상을 촬영하고 초신성 수만 개를 찾아낼 것으로 예상된다. 36

로만이 풀려는 우주의 질문

암흑에너지와 우주의 가속 팽창

로만의 핵심 임무 중 하나는 우주 팽창이 왜 점점 빨라지는지 밝히는 것이다. 연구진은 초신성, 은하의 분포와 군집, 약한 중력렌즈 등 서로 다른 관측 방법을 함께 활용해 우주 구조가 시간에 따라 어떻게 형성됐는지 추적한다.

이 자료는 암흑에너지가 가속 팽창의 원인인지, 아니면 현재의 중력 이론을 수정해야 하는지를 검증하는 데 쓰인다. 또한 먼 천체의 빛이 보이지 않는 물질의 중력에 의해 얼마나 휘어지는지를 측정하면 암흑물질의 분포도 지도처럼 그릴 수 있다. 17

우리 은하의 외계행성 인구 조사

로만은 특정 행성을 하나씩 찾아내는 데 그치지 않고, 우리 은하에 어떤 행성계가 얼마나 흔한지 통계적으로 조사할 예정이다.

주요 방법은 중력 마이크로렌즈다. 앞쪽에 있는 별이 더 먼 별과 거의 일직선에 놓이면 앞쪽 별의 중력이 뒤쪽 별의 빛을 일시적으로 확대한다. 앞쪽 별 주위를 도는 행성이 있으면 이 밝기 변화에 추가적인 흔적이 나타난다.

이 방식은 별 가까이를 도는 행성에 유리한 다른 탐사법과 달리, 별에서 비교적 멀리 떨어진 차가운 행성을 찾는 데 강점이 있다. 별을 공전하지 않는 떠돌이 행성도 탐지 대상이다. NASA는 로만이 행성 탐사를 통해 10만 개가 넘는 행성을 발견할 수 있을 것으로 예상한다. 3

로만은 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 조금 어두워지는 현상을 이용하는 통과 관측에도 기여할 예정이다.

행성 직접 촬영 기술 시험

로만에는 코로나그래프 기기도 탑재된다. 코로나그래프는 별의 강한 빛을 가리거나 억제해, 바로 옆에 있는 훨씬 어두운 천체를 관측할 수 있도록 돕는 장비다.

이 장비의 주된 역할은 기술 실증이다. 일부 거대 외계행성과 행성 형성 원반을 직접 촬영하고 특성을 분석하는 기술을 시험한다. 지구와 비슷한 행성을 모두 찾아내는 장비는 아니지만, 향후 생명체 거주 가능 행성을 직접 촬영할 우주망원경을 설계하는 데 중요한 자료를 제공할 수 있다. 2

정찰위성용 거울에서 우주망원경으로

로만의 2.4m 주경은 원래 미국의 기밀 정찰 프로그램을 위해 제작된 두 개의 거울 중 하나였다. 미국 국가정찰국(NRO)은 2012년 이 거울들을 NASA에 넘겼고, NASA는 새 거울을 처음부터 개발하지 않고도 허블급 구경을 확보할 수 있었다. 3

개발 과정에는 일정과 비용을 압박한 여러 요인이 있었다. 코로나19 팬데믹과 관련한 차질도 그중 하나였다. NASA의 재계획 이후 발표된 약 43억 달러의 수명주기 비용은 망원경 본체 제작비만이 아니라 개발·시험·발사·운영을 포함한 전체 사업 비용이다.

NASA는 2025년 5월까지 발사한다는 공식 기한보다 이른 발사 가능성을 염두에 두고 주요 조립을 완료했으며, 2026년 발사 준비를 계속해 왔다.

허블과 웹을 대체하는 망원경은 아니다

로만은 허블이나 제임스 웹 우주망원경을 대신하지 않는다. 세 망원경은 역할이 다르다.

로만은 넓은 영역을 빠르게 스캔해 통계적으로 중요한 천체 집단과 희귀한 폭발·변광 현상, 특이한 표적을 찾아낸다. 이후 허블과 웹, 지상 대형 망원경이 그중 일부를 골라 더 깊고 세밀하게 관측할 수 있다.

한 은하를 놀라운 세부 묘사로 연구하도록 설계된 망원경으로 광활한 하늘에서 희귀한 사건을 찾는 일은 비효율적이다. 로만은 ‘발견의 그물’을 넓게 펼치고, 다른 망원경이 집중적으로 조사할 대상을 골라주는 역할을 맡는다.

가장 큰 발견은 아직 이름조차 없을 수 있다

로만의 공식 연구 목표는 암흑에너지, 암흑물질, 외계행성, 적외선 천문학이다. 그러나 임무를 대표할 가장 인상적인 발견은 과학자들이 아직 예상하지 못한 천체일 가능성도 있다.

넓은 영역을 같은 방식으로 반복 관측하면 예상 밖의 일시적 천문 현상, 독특한 행성계, 지금까지 분류하지 못했던 은하와 별의 집단이 드러날 수 있다. 로만은 우주의 넓은 장면을 찍는 데 그치지 않고, 천체가 시간에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 방대한 기록도 만들게 된다.

이런 접근법은 낸시 그레이스 로만의 유산과 맞닿아 있다. NASA 최초의 수석 천문학자였던 그는 대형 우주망원경의 필요성을 알리는 데 힘썼고, 훗날 ‘허블의 어머니’로 불렸다. 그의 이름을 딴 로만 우주망원경은 특정 천체를 깊이 들여다보는 시선을 넘어, 우주 전체를 더 넓게 지도화하려는 비전을 이어간다. 117