세계 최고 ‘눈높이’ 천문대 문 열어
계획에서 완공까지 총 26년 소요
숨쉬기 불편, 산소통 들고 다녀야

대기 수증기 탓에 놓치는 별빛 많아
건조한 사막 고원 적외선 관측 최적
우주를 가장 선명하게 보는 망원경
은하·행성 기원 연구에 진전 기대

#. 미국 하와이섬에 설치된 대형 망원경 앞에서 한 연구자가 좀 전에 촬영된 천체 사진을 의아한 표정으로 바라본다. 얼마간 사진을 골똘히 살피던 이 연구자는 순간적으로 외마디 소리를 지른다. 사진 속 주인공이 지금까지 학계에 알려진 적 없는 혜성이었기 때문이다. 새로운 혜성을 자신의 손으로 발견했다는 기쁨도 잠시, 혜성 크기와 비행 방향을 살피던 연구자의 표정이 서서히 경직된다. 지름 최대 10㎞, 에베레스트산만 한 혜성의 이동 경로에 지구가 놓여 있었기 때문이다. 지구가 혜성 충돌 위기에 직면한 것이다. 10㎞는 6600만년 전 공룡을 멸종시킨 소행성 크기와 같다.

2021년 선보인 미국 영화 <돈 룩 업>의 도입부다. 영화에서 인류는 위기가 임박했는데도 각자의 정치적 입장과 경제적 이해관계 탓에 제 시점에 혜성의 비행 방향을 바꾸지 못한다. 그리고 결국 절멸하고 만다.

흥미로운 점은 <돈 룩 업>에서 사건의 시작을 알린 망원경이 허구가 아니라는 점이다. 진짜 있다. 하와이섬 마우나케아산의 고도 약 4200ｍ에 있는 ‘스바루 망원경’이다. 일본이 운영 중이다.

스바루 망원경을 포함해 미국과 영국, 캐나다 등에서 관리하는 12기의 고성능 천체 망원경이 함께 포진해 있다. 이 망원경 집단을 ‘마우나케아 천문대’라고 부른다. 그런데 최근 마우나케아 천문대보다 더 높은 ‘역대급’ 고도에 또 다른 천문대가 지어졌다. 과학계는 왜 이렇게 높은 곳에서 별을 보려는 것일까. 이유가 있다.

6.5ｍ짜리 대구경 주경 지닌 ‘TAO’

지난달 30일 남미에서 한 천문대가 문을 열었다. 이름은 ‘도쿄대 아타카마 천문대(TAO)’다. 도쿄대가 만들고 운영하는 천체 망원경과 부대 시설이 들어간다.

계획을 세우고 공사를 끝내기까지 총 26년이 소요된 TAO는 과학계의 비상한 관심을 끌고 있다. 천문대가 들어선 땅의 고도 때문이다.

TAO는 세계에서 가장 높은 천문대다. 칠레 아타카마 사막에 있는 차난토르 고원 꼭대기에 건설됐는데, 고도가 무려 5640ｍ다. 백두산 높이(2744ｍ)의 2배가 넘는다. 대표적인 ‘고지대 천문대’인 하와이섬의 마우나케아 천문대보다 약 1500ｍ 높다. TAO 고도는 사람이 숨을 쉬기에 불편할 정도다. 산소통을 들고 다녀야 한다. 2009년 도쿄대는 별빛을 모으는 거울, 즉 주경 지름이 1ｍ인 시험용 소형 망원경을 TAO와 같은 곳에 지어 ‘세계 최고봉 천문대’ 깃발을 이미 꽂기는 했다.

하지만 TAO는 시험용 소형 망원경 주경보다 훨씬 큰 6.5ｍ짜리 대구경 주경을 지녔다. 주경이 클수록 희미하고 멀리 떨어진 별까지 볼 수 있다. 이번에 제대로 된 관측 능력을 지닌 TAO를 지으면서 하늘과 가장 가까운 천문대 자리를 명실공히 꿰찬 것이다.

수증기 적어 적외선 파장 선명히 보여

왜 굳이 이렇게 높은 곳에 천문대를 지었을까. 적외선을 제대로 관측하고 싶어서다.

지구로 쏟아지는 광선은 눈에 보이는 가시광선, 소독 효과가 있는 자외선, 열을 가진 적외선 등으로 나뉜다. 이 가운데 적외선은 먼 곳에서 날아드는 별빛에 많이 섞여 있다. 빛은 장거리 이동을 할수록 적외선으로 바뀌는 경향이 강해서다. 적외선을 관측하면 우주 공간에 떠 있는 먼지와 구름, 즉 성운 너머의 별까지 투시할 수도 있다.

문제는 적외선이 대기권 안에서는 잘 관측되지 않는다는 점이다. 대기에 포함된 수증기가 적외선을 빨아들여서다. 이 때문에 지상에 설치한 망원경으로도 적외선을 잘 보고 싶다면 대기가 옅어져 수증기도 적어지는 곳, 즉 산꼭대기 같은 고지대로 가야 한다.

아예 대기권 밖으로 나가는 우주망원경을 쓰면 적외선을 더 잘 볼 수 있기는 하다. 하지만 우주망원경은 지상 망원경보다 덩치가 작다. 우주선 화물칸에 실어야 하기 때문이다.

덩치가 작아지면 각종 부품을 충분히 장착할 수 없어 관측 능력이 떨어질 수밖에 없다.

지상 망원경이지만 대기가 희박한 높은 고도에서 운영하는 TAO가 적외선 관측을 위한 좋은 타협점이라는 얘기다.

TAO가 설치된 아타카마 사막의 연 강수량이 15㎜에 불과한 점도 장점이다. 적외선 관측을 방해하는 수증기가 애초부터 적은 지역이라는 뜻이다.

도쿄대는 설명자료를 통해 “높은 고도와 건조한 환경 덕분에 TAO는 중적외선 파장을 선명하게 볼 수 있는 세계에서 유일한 지상 망원경이 될 것”이라고 밝혔다. 중적외선은 파장 범위가 3~8㎛(마이크로미터)인 적외선을 뜻한다.

도쿄대는 “내년부터 본격적인 관측에 나설 예정”이라며 “은하 탄생 과정과 행성의 기원을 찾는 데 TAO를 활용할 것”이라고 덧붙였다.