제임스웹의 위치
지금 어디에 있는 걸까?
제임스웹은 지구에서부터 150만 km떨어진 곳에 위치해 있다. 반면 허블의 고도는 약 570km다. 제임스 웹이 허블에 비해 2600배나 멀리 떨어져있는 것이다.
허블은 문제가 발생하면 수리하기 쉽도록 지구에 가까운 위치에 띄웠다. 실제로 허블은 현재까지 총 5번의 수리 및 개선을 거쳤다. 하지만 제임스웹은 지구로부터 150만 km 떨어져있어 수리가 불가능하다. 왜 이렇게 수리도 불가능할만큼 멀리 있는 걸까?
우주망원경은 지구에서 볼 때 항상 같은 위치에 있는 것이 좋다. 매일 우주망원경의 위치가 달라진다면 관측해야 하는 별이 지구에 가려져서 관측을 하지 못할 때가 발생하기 때문이다. 또 제임스웹은 지구보다는 태양을 중심으로 공전하는 것이 좋다. 제임스웹에 있는 선 쉴드(차단막)의 존재 때문이다. 선 쉴드는 태양에서 오는 빛을 막는 역할을 하지만, 지구에서 나오는 적외선을 막는 역할도 한다. 제임스웹이 지구를 중심으로 공전하면 아무리 잘 조절해도 태양과 지구에서 오는 적외선 중 하나는 차단하지 못하게 된다.
이 두 가지 조건을 만족하는 지점이 바로 라그랑주 점이다. 제임스 웹은 라그랑주 점 중 하나인 ‘L2’에 위치해 있다.
라그랑주 점. 출처 : 나사
우주에 떠다니는 물체가 천체 근처에 있으면 중력의 영향으로 위치가 계속 변화한다. 하지만 두 천체가 하나의 물체를 끌어당기면 물체가 가진 원심력과 물체에 작용하는 두 천체의 중력이 상쇄되어 물체가 받는 힘이 0이 되는 지점이 존재한다. 이 지점을 ‘라그랑주 점’이라고 한다. 위성이 이 지점에 위치하게 되면 지구에서 볼 때 항상 같은 위치에 위성이 있어 우주망원경이 자리하기에 가장 좋다.
수학적으로 라그랑주 점은 총 L1부터 L5까지 5개가 존재한다. 이 중 L1 ~ L3는 불완전 평형점이고 L4 ~ L5는 완전 평형점이다. 불완전 평형점은 물체가 그 지점에서 살짝 벗어나면 다시 제자리로 돌아오지 못하는 지점을 말한다. 반면 완전 평형점은 약간 벗어나도 다시 제자리로 돌아올 수 있는 지점이다. 우주망원경이 완전 평형점에 위치해 있으면 특별한 조작 없이 계속 그 위치에 있을 수 있다. 제임스웹은 불완전 평형점인 L2에 위치해있어 약간의 연료를 소비하면서 가동 중이다. 연료가 모두 소모되면 수명도 다하게 된다.
제임스웹이 연료를 쓰면서까지 불완전 평형점인 L2에 있는 이유는 무엇일까? 완전 평형점인 L4와 L5의 경우 너무 안정적인 탓에 주변의 운석들까지 끌어들이기 때문이다. 만약 제임스웹이 L4나 L5에 있다면 머지 않아 운석을 맞고 고장이 날 것이다.
같은 불완전 평형점에서도 L3는 태양 반대편에 있다. 지구에서 볼 때 망원경이 태양에 항상 가려지는 탓에 좋은 위치가 아니다. L1은 태양과 가깝기에 태양열과 지구 적외선의 영향을 쉽게 받는다. L2에 위치해있다면 제임스웹 하단에 달린 선쉴드로 태양열과 지구 적외선을 모두 가릴 수 있다.
제임스웹은 L2를 중심으로 회전한다. 불완전 평형점인 L1~L3 주변을 도는 궤도를 ‘헤일로 궤도’라고 하는데, 제임스웹은 약간의 연료를 소비하며 이 헤일로 궤도를 도는 것이다. 제임스웹이 L2 중심에 위치해 지구가 항상 태양을 가리면 제임스웹 하단에 있는 태양 전지판을 활용하기 어렵다.
이러한 여러 이유 탓에 제임스웹은 L2에 자리했고, L2를 중심으로 회전하고 있다.

제임스웹의 성능

기존 우주망원경보다 얼마나 더 좋을까?

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제임스웹의 발사 과정

어떻게 우주로 날아갔을까?

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제임스웹의 원리

어떻게 사진을 찍을까?

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제임스웹의 가능성

외계 생명체를 발견할 수 있을까?

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별별·질문

  • 왜 이름이 제임스웹일까?

    '제임스웹 우주망원경'은 2002년 NASA의 제 2대 국장이었던 제임스 E. 웨브의 이름을 따서 만들어졌다.

  • 제임스웹이 망가지면 어떻게 할까?

    허블 우주망원경은 지구와 가까운 곳에 있어 수리가 가능했지만, 제임스웹 망원경은 문제가 생길 경우 고칠 수 있는 방법이 없다. 망가진 상태로 관측해야 한다.

  • 운석에 맞으면 어떻게 될까?

    제임스웹은 미세한 운석 충돌에도 버틸 수 있도록 여러 테스트를 통해 견고하게 제작됐다.실제로 그동안 여러 차례 충돌이 있었음에도 불구하고 큰 영향을 미치진 않았다. 하지만 2022년 5월 테스트 때보다 큰 운석이 충돌해 제임스웹의 18개 육각형 거울 중 하나가 작은 손상을 입었다. 다행히 거울의 기능 자체에는 문제가 없었다. 엔지니어가 주경의 거울을 개별적으로 조정한 끝에 다시 정상으로 돌아왔다.

  • 우주에서 얼마나 버틸 수 있을까?

    제임스웹 망원경의 설계 수명은 원래 5~10년이었다. 하지만 발사가 성공적으로 이뤄지고 관측 지점까지 무사히 안착한 덕분에 추가 궤도 조정에 필요한 연료를 아낄 수 있었다. 과학계에서는 예상 수명 10년을 넘어 최대 20년까지 작동할 수 있을 것으로 보고 있다.

* 제임스웹에 대한 더 많은 소식은 동아사이언스에서 확인하실 수 있습니다.

출처 및 제작 방법

사진과 영상은 NASA에서 공개한 자료를 사용했다. 기사 속 모든 3D 장면은 three.js 라이브러리를 사용해 제작했다. 아리안5호 로켓제임스웹 3D 모델은 sketchfab 무료 모델을 사용했다. 3D 모델의 변형은 모델을 구성하는 각 부품의 속성값을 찾아낸 뒤 위치에 변화를 주거나 하이라이트 효과를 적용했다. 뉴욕타임즈에서 개발한 three-story-controls를 활용해 스크롤에 따라 카메라 위치가 이동하도록 만들었다.

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