허블 우주망원경

라이먼 스피처가 지구 대기 밖에 망원경을 두면 별빛의 흐트러짐과 대기의 흡수를 피할 수 있다고 설명함. 이 구상은 훗날 허블로 이어지는 대형 우주망원경 운동의 중요한 출발점이 됨.

미국 의회가 승인한 자금이 적용되면서 대형 우주망원경 사업이 공식적으로 시작됨. 오랫동안 논의되던 구상이 실제 제작 사업으로 전환됐으며, 이후 광학계와 우주선 본체의 개발이 진행됨.

대형 우주망원경이 천문학자 에드윈 허블을 기려 허블 우주망원경으로 명명됨. 우리은하 바깥의 은하와 우주 팽창에 관한 관측을 발전시킨 인물의 이름을 새로운 우주 관측 장비에 부여함.

우주왕복선 챌린저가 발사 직후 사고로 파괴되면서 왕복선 운항이 중단되고 허블의 발사도 미뤄짐. 조립을 마친 망원경은 지상에서 기다려야 했으며, 연구진은 이 기간에 태양전지판과 통신·컴퓨터 장비를 개선하고 추가 시험을 수행함.

발사 지연은 우주 관측이 망원경 자체의 완성도만으로 성사되는 일이 아니라 발사체의 안전성과 전체 우주비행 체계에 의존함을 보여줌.

우주왕복선 디스커버리가 STS-31 임무로 허블을 싣고 발사됨. 다음 날인 4월 25일 망원경이 화물칸에서 나와 지구 궤도에 배치됨. 발사와 궤도 배치는 서로 다른 날에 이루어진 절차임.

NASA와 ESA가 협력한 이 관측소는 대기의 방해를 줄여 자외선·가시광선·근적외선으로 우주를 살피도록 설계됨. 발사 뒤에도 우주비행사가 찾아가 부품과 관측 장비를 교체할 수 있다는 점이 이후의 역사에 결정적인 역할을 함.

NASA가 허블의 주거울 형상에 오차가 있어 빛이 한곳에 모이지 않는다고 발표함. 이는 단순한 초점 조절로 해결되지 않는 구면수차였음. 망원경이 완전히 무용해진 것은 아니었지만, 기대했던 선명도를 충분히 얻지 못하는 심각한 문제였음.

엔데버호의 STS-61 임무가 발사돼 허블의 첫 궤도 정비를 수행함. 우주비행사들은 새 광시야·행성 카메라 WFPC2와 보정 장치 COSTAR를 설치하고 태양전지판 등도 교체함.

주거울을 떼어내 다시 깎은 것이 아니라, 거울의 오차를 상쇄하도록 빛의 경로를 보정하는 방식이었음. 이 작업으로 허블은 본래 기대했던 정밀 관측 능력을 회복했으며, 궤도에서 수리할 수 있도록 한 설계의 가치도 입증됨.

연구진이 허블로 관측한 M87 은하 중심부의 가스 운동을 분석해 초대질량 블랙홀의 존재를 뒷받침하는 결과를 발표함. 좁은 영역에서 가스가 빠르게 움직이려면 매우 큰 질량이 집중돼 있어야 한다는 점이 핵심 근거였음.

이는 블랙홀의 표면을 직접 촬영한 사건이 아니라 주변 물질의 운동에서 보이지 않는 중심 질량을 추론한 관측임. 훗날의 블랙홀 그림자 영상과 구별해 이해할 필요가 있음.

독수리성운 안의 거대한 가스와 먼지 기둥을 담은 허블 이미지가 공개됨. 기둥의 일부에는 별이 형성되는 조밀한 영역이 있으며, 주변의 강한 빛이 물질을 깎아내리는 과정도 관측됨.

‘창조의 기둥’이라는 이름으로 널리 알려진 이 사진은 별의 탄생을 연구하는 과학 자료인 동시에 허블을 대중에게 각인시킨 대표 이미지가 됨. 아름다운 풍경처럼 보이는 천체 사진에도 관측 파장과 물리적 해석이 담겨 있음을 보여줌.

1995년 12월 18일부터 28일까지 얻은 342장의 노출을 합친 허블 딥 필드가 공개됨. 눈에 띄는 천체가 거의 없어 보이는 작은 하늘 영역을 오래 바라보자 서로 다른 형태와 발달 단계의 수많은 은하가 드러남.

멀리 있는 은하의 빛은 오랜 시간에 걸쳐 도착하므로, 이 사진은 현재의 우주를 한 번에 보여주는 지도라기보다 서로 다른 과거를 겹쳐 보여주는 관측 자료임. 은하가 어떻게 형성되고 변해 왔는지 비교하는 새로운 연구의 토대가 됨.

디스커버리호의 STS-82 임무가 출발해 허블에 NICMOS와 STIS를 설치함. NICMOS는 근적외선 관측을, STIS는 빛을 파장별로 나누어 천체의 성질과 운동을 분석하는 분광 관측을 발전시킴.

이 정비는 고장 난 장비를 단순히 원상 복구한 작업이 아니었음. 새로운 검출기와 장비를 궤도에서 교체함으로써 이미 발사된 망원경의 과학적 활용 범위를 넓혔다는 의미를 지님.

NASA가 1997년 11월 별빛이 트리톤에 가려지는 현상을 관측한 결과를 발표함. 별빛이 대기를 통과하며 약해지는 양상을 분석하자 1989년 보이저 관측 때보다 대기압이 높아졌다는 증거가 나왔으며, 연구진은 계절에 따른 표면 온도 상승과 얼음의 기체화 가능성을 제시함.

여기서 온난화는 지구의 인위적 기후변화와 같은 원인을 뜻하지 않음. 또한 이후 관측과 재분석에서는 압력이 계속 증가했다는 단순한 해석이 지지되지 않았으므로, 당시의 관측 결과와 장기적인 변화 양상을 구분할 필요가 있음.

허블과 지상 망원경의 먼 초신성 관측을 활용한 연구가 우주의 팽창이 느려지기만 하는 것이 아니라 가속되고 있다는 증거를 제시함. 초신성의 밝기로 추정한 거리와 빛의 적색편이를 비교한 결과가 핵심이었음.

허블 한 대가 단독으로 내린 결론이 아니라 여러 관측 장비와 연구팀의 성과가 결합된 발견이었음. 이는 이후 암흑에너지 연구를 이끄는 중요한 계기가 됐으며, 1998년 9월은 관련 논문의 학술지 발표 시점에 해당함.

허블 핵심 연구팀이 약 8년에 걸친 은하 거리 측정 사업의 완료를 발표함. 주기와 밝기 사이의 관계가 알려진 세페이드 변광성 등을 이용해 거리 측정의 기준을 다듬고 우주 팽창률의 불확실성을 줄임.

은하까지의 거리가 부정확하면 팽창 속도와 우주의 나이를 추정하는 데에도 큰 오차가 생김. 이 사업은 우주론을 더 정밀한 측정의 영역으로 옮긴 성과였지만, 오늘날의 모든 팽창률 논쟁을 끝낸 최종 정답으로 이해해서는 안 됨.

디스커버리호의 STS-103 임무가 출발함. 허블은 자이로스코프 고장으로 과학 관측을 멈춘 상태였으며, 우주비행사들은 여섯 자이로스코프와 컴퓨터 등을 교체해 관측 재개의 기반을 마련함.

당초의 세 번째 정비가 긴급한 복구 작업과 후속 성능 개선으로 나뉘면서 이번 임무는 3A로 불리게 됨. 따라서 정비 임무의 숫자와 실제 우주왕복선 방문 횟수가 정확히 일치하지 않음.

연구진이 허블로 외계행성 HD 209458 b의 대기를 직접 측정한 결과를 발표함. 행성이 별 앞을 지날 때 별빛 일부가 행성 대기를 통과하며 남긴 흡수 신호를 분석해 나트륨을 검출함.

이는 외계행성의 존재를 확인하는 데서 더 나아가 그 대기에 무엇이 있는지 연구할 수 있음을 보여준 이정표였음. 다만 나트륨 검출은 생명체의 발견을 뜻하지 않으며, 이 행성은 별 가까이 도는 뜨거운 거대 가스 행성임.

컬럼비아호의 STS-109 임무가 출발해 허블에 첨단관측카메라 ACS를 설치함. 태양전지판과 전력 제어 장치도 교체했으며, 전력 제어 장치를 바꾸는 동안에는 망원경의 전원을 완전히 내려야 했음.

ACS는 넓은 영역의 희미한 천체를 효율적으로 관측하는 능력을 높임. 관측 장비의 발전과 이를 뒷받침하는 전력·열 제어 체계의 개선이 함께 이루어진 정비였음.

약 100만 초에 해당하는 관측을 결합한 허블 울트라 딥 필드가 공개됨. 작은 하늘 영역에 약 1만 개의 은하가 담겼으며, 더 먼 과거의 은하 집단을 비교할 수 있는 자료가 마련됨.

1990년대의 허블 딥 필드가 보여준 장시간 노출 관측의 가능성을 새로운 장비로 확장한 성과임. 영상 속 은하들은 모두 같은 시기의 모습이 아니며, 거리와 빛이 도달하는 시간을 고려해 우주 진화의 단서를 읽어야 함.

애틀랜티스호의 STS-125 임무가 출발해 허블의 다섯 번째이자 마지막 유인 정비를 수행함. 광시야카메라 3(WFC3)와 우주기원분광기(COS)를 설치하고, 기존 관측 장비를 수리하며 배터리와 자이로스코프도 교체함.

임무 명칭은 정비 임무 4(SM4)이지만 앞선 세 번째 정비가 3A와 3B로 나뉘었으므로 실제로는 다섯 번째 방문이었음. 허블은 5월 19일 다시 궤도로 놓였으며, 이때의 개선은 이후 장기 관측을 지속하는 기반이 됨.

NASA가 허블을 자이로스코프 하나로 운용하는 방식으로 전환해 일상 과학 관측을 재개함. 앞서 자이로스코프의 잘못된 신호 때문에 5월 24일부터 안전 모드에 들어가 관측을 멈춘 상태였음.

전환의 목적은 관측 품질을 포기하는 것이 아니라 남은 장비를 활용해 임무를 더 안정적으로 이어가는 데 있었음. 노후 우주 관측소의 수명을 연장하는 데에는 새 부품뿐 아니라 자세 제어와 운용 방식의 개선도 중요함을 보여줌.

허블이 지구 주위를 20만 번째로 공전함. NASA는 9월 23일 이 이정표를 소개하며, 허블이 발사 후 36년 동안 170만 회 이상의 관측을 수행했다고 설명함.

해당 시기에는 중력렌즈로 여러 경로를 거쳐 도착하는 초신성 빛의 재출현을 관측하는 연구도 진행됨. 같은 하늘을 오랫동안 반복해서 관측할 수 있다는 허블의 장점이 우주 팽창률 연구와 연결된 사례임. 예측된 초신성 재출현은 당시 진행 중인 관측 목표이며 이미 확인된 결과와 구분할 필요가 있음.