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Next Tech 2030
초대형 망원경으로 ‘제2의 지구’를 찾는다
불안정한 대기의 영향을 보정

망원경이 기술 혁신과 함께 대형화되고 있다. 초대형 망원경이 완성된다면 태양계 밖에 있는 ‘제2의 지구’를 직접 관찰할 수 있는 등 획기적인 성과를 기대할 수 있게 된다. 일본과 미국 등 5개국이 미국 하와이에서 계획하고 있는 세계 최대급 망원경 ‘TMT’의 전망은 불투명한 상태이지만, 이와 동일한 2개의 차세대 망원경 계획도 칠레에서 추진되고 있다.

TMT는 지름 30m의 초대형 망원경이다. 현재 최대급인 미국의 케크(Keck)망원경과 일본의 스바루망원경(지름 10m)을 상회, 빛을 모으는 능력은 10배 이상, 해상도는 3배 이상으로 비약적으로 향상된 것이다.

TMT 건설은 미국 캘리포니아대학과 캘리포니아공과대학, 일본의 국립천문대(国立天文台) 외에도 캐나다, 인도, 중국 등 총 5개국이 공동으로 계획하고 있다. 건설지는 하와이 마우나케아산 정상에서 조금 아래의 해발 4,012m 지점. 공기가 희박하고 맑게 갠 날이 많아 천체 관측의 최적지이다. 스바루, 케크 등도 이 산 정상에 있다.

갈릴레오 갈릴레이가 약 4000년 전에 최초로 망원경을 천체 관측에 이용한 이래, 천체 망원경은 기술 진화와 함께 단계적으로 대형화되어 왔다.

스바루망원경은 완성 당시, 세계 최대 단일 반사경을 가진 망원경이었다. 반사경이 무게로 인해 휘는 것을 방지하기 위해 반사경을 지지하고 있는 261개의 기둥을 제어하는 시스템을 도입했다. 한편 케크망원경은 복수의 반사경이 조합되어 마치 단일 반사경처럼 제어할 수 있는 ‘분할경(分割鏡)’을 실현했다.

TMT에서는 스바루망원경을 운영하는 국립천문대와 케크망원경의 캘리포니아대학 등이 협력한다. 국립천문대의 우스다(臼田) 프로젝트리더는 “최고 수준의 주요 기술들이 모였다”라고 말한다. 대각 1.44m의 육각형 반사경 492장을 연결해 지름 30m를 실현. 위치에 따라 미묘하게 형태가 다른 82종류의 거울을 조합하는 등, 반사경 제작과 그에 대한 연구 중 3분의 1을 일본이 담당한다.

TMT에서 또 하나 중요한 것이 대기 요동 영향을 보정하는 ‘보상광학(報償光學)’이라고 하는 기술이다. 대기는 수증기 양과 온도 등의 차이로 인해 일정하지 않아 우주에서 대기를 뚫고 망원경으로 들어오는 빛은 흩어진다. 미국 허블우주망원경과 같은 우주관측 망원경으로는 선명한 영상을 볼 수 있지만, 이와 같은 대형화에는 방대한 비용이 필요하다.

보상광학장치는 망원경의 관측장치 앞에 1장의 특수한 반사경을 준비한다. 반사경을 거의 실시간으로 미세하게 변형시켜 빛의 흩어짐을 해소한다. 스바루망원경은 보상광학 도입으로 우주망원경 수준의 시력으로 개선되었다.

TMT와 칠레에서 건설 중인 초대형 망원경은 빠르면 2030년 전후 본격적으로 가동될 수 있을 것으로 전망된다. 가장 큰 목표 중 하나가 ‘태양계 밖의 혹성’을 발견하는 것이다. 태양계 밖에 있는 행성의 주위를 도는 혹성을 고해상도로 직접 관찰해 물과 산소, 메탄 등을 발견할 수 있게 된다면 생명이 존재하는 ‘제2의 지구’일 가능성이 있다.

지금까지 태양계 밖에 있는 혹성은 간접적으로 밖에는 검출되지 않았다. 국립천문대의 이와타(岩田) 부 프로젝트리더는 “역사적인 성과가 될 것이다”라고 말한다. 빅뱅 이후 우주에 최초로 탄생한 별과 은하 관측, 정체불명의 ‘암흑에너지’ 성질 해명 등에도 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

-- TMT, 칠레의 2기와의 연계 불가결 --
일본과 미국 등 5개국이 미국 하와이에서 계획하고 있는 초대형 망원경 ‘TMT’의 전망이 불투명하다. 현재 계획으로는 2027년의 완공을 예정하고 있지만, 지연될 것이 분명하다. 건설의 장기화로 총 비용도 약 18억달러(약 1,900억엔)에서 더 늘어날 것으로 보인다.

TMT는 2014년에 착공되었지만, 건설지인 마우나케아산 정상을 신성한 장소로 여기고 있는 주민들의 항의 시위로 일시적으로 중단. 하와이 주 최고법원은 2015년, 절차에 미비한 점이 있다 라며 건설 허가를 취소했다.

하와이 주 정부는 공청회를 40회 이상 연 다음 2017년 다시 허가했고, 최고법원도 건설에 반대하는 주민들의 소송을 2018년에 파기 환송했다. 하와이 주지사들은 올 7월, TMT의 건설 재개를 발표했지만 반대하는 주민들이 산 정상으로 이어지는 도로에 모여 항의 시위를 전개. 현재 지자체가 중심이 되어 대화를 이어가고 있지만 재개될 조짐은 보이지 않고 있다.

한편, TMT와 같은 초대형 망원경으로 유럽남천천문대(European Southern Observatory, ESO)의 ‘E-ELT’(지름 39m)와 미국 카네기연구소천문대 등의 ‘GMT’(지름 24.5m) 건설이 칠레에서 추진되고 있다. 빠르면 2020년대 후반에 완공될 전망이다.

TMT는 북반구, 칠레의 2기는 남반구에 위치해 각각 관측에 적합한 천체가 다르다. 서로 보완하는 관계를 실현하기 위해서라도 TMT의 동향에 이목이 집중되고 있다.

▶ 망원경 대형화와 ‘TMT’를 둘러싼 움직임
- 1609년: 갈릴레오 갈릴레이가 망원경으로 달을 관찰. 천체 망원경의 시작
- 1948년: 미국 팔로마(Palomar)천문대의 지름 5m 망원경 설치 완공
- 1999년: 스바루망원경(지름 8.2m), 하와이 마우나케아산 정상에서 설치 완공
- 2009년: TMT(지름30m)의 건설지를 마우나케아산 정상 부근으로 결정
- 2019년: 하와이주지들이 TMT의 건설 재개를 발표. 지역 주민들의 항의 시위 활발
- 2030년 전후: TMT와 칠레에서 건설 중의 초대형 망원경이 본격적으로 가동. 태양계 밖에 있는 ‘제2의 지구’를 직접 관찰하는 등이 실현될 수도 있어

 -- 끝 --