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- James Webb 우주 망원경이 지구로 보낸 첫 번째 별 이미지의 모습
- 목표는 18개의 거울 부분을 모두 사용하여 동일한 별의 이미지를 재현하는 것
- 처음 몇 시간 만에 NASA 팀은 18개의 거울 세그먼트로 대상 별을 성공적으로 포착

제임스 웹(James Webb) 망원경의 첫 번째 이미지와 셀카
별의 18x 노출은 거울 보정의 기초를 형성한다.

초점이 맞지 않고 동시에 18개 버전;
이것은 새로운 James Webb 우주 망원경이 지구로 보낸 첫 번째 별 이미지의 모습이다.
이것은 실수가 아니라 의도적이었다. 지상 팀은 이제 이 기록의 도움으로 망원경의 18개 거울 세그먼트와 곡률을 나노미터 정밀도로 정렬하기 시작할 수 있다. 동시에 망원경은 첫 번째 "셀카"를 지구로 보냈다. 

▲ James Webb 망원경의 이 첫 번째 이미지는 보기 흉하지 않으며 같은 별의 18개 버전도 보여준다. 이것이 바로 미러 세그먼트의 미세 조정에 도움이 되는 것이다. ©NASA

James Webb 우주 망원경은 우주로 발사된 가장 크고 복잡하며 가장 비싼 장비다.
테니스 코트 크기의 파라솔과 거울을 펼치는 것만으로도 거의 300개의 볼트, 케이블, 접는 메커니즘 및 기타 공정이 필요했다. 그 복잡하고 어려운 과정을 극복하고 성공했다. 2021년 12월 25일과 29일 "두려운 날"에 시작된 후 망원경은 라그랑주 지점 2에서 사용 장소에 도달했다.

▲ NASA 과학자들이 제임스 웹 망원경의 성공적인 진행을 기뻐하고 있다. (출처: 아래 관련 영상 스냅샷)

나노미터까지 미세 조정

이제 천문학에서 가장 중요한 단계인 18개의 거울 세그먼트를 정렬한다.
“Webb를 우주로 데려온 것은 흥미진진한 순간이었다. 과학자와 광학 엔지니어에게 중요한 순간은 별의 빛이 처음으로 성공적으로 시스템을 통해 탐지기로 가는 길을 찾는 것이다”고 NASA 고다드 우주 비행 센터의 Michael McElwain이 설명했다.

그래야만 교정을 시작할 수 있다. 몇 달이 걸리는 이 미세 조정의 일환으로 18개의 미러 세그먼트의 기울기와 곡률이 조정돼 중단되지 않은 단일 미러 표면으로 함께 작동한다. 각 세그먼트의 뒷면에는 베릴륨과 금 거울의 모양을 변경하는 6개의 액추에이터가 있다. 적외선 망원경은 모든 세그먼트가 거의 나노미터 정밀도로 서로 일치하는 경우에만 예리하게 본다.

▲ 몇 달이 걸리는 이 미세 조정의 일환으로 18개의 미러 세그먼트의 기울기와 곡률이 조정돼 중단되지 않은 단일 미러 표면으로 함께 작동한다.

18개 부문의 스타

망원경은 이제 이 보정을 위한 가장 중요한 요구 사항을 충족했다.
처음으로 기본 거울, 보조 거울 및 근적외선 카메라(NIRCam)가 함께 작동해 별의 빛을 포착하고 첫 번째 이미지를 생성했다. 목표는 18개의 거울 부분을 모두 사용하여 동일한 별의 이미지를 재현하는 것이었다. 팀은 큰곰자리에서 HD 84406 별을 선택했는데, 그 이유는 이 별이 밝고, 찾기 쉬우며, 같은 밝기의 별들과 비교적 멀리 떨어져 있기 때문이다.

녹음을 위해 Webb 망원경은 계산된 별 위치 주변의 156개 위치를 겨냥했다.
NIRCam의 10개의 탐지기는 25시간 이상 동안 본 것을 기록했다. 처음 몇 시간 만에 NASA 팀은 18개의 거울 세그먼트로 대상 별을 성공적으로 포착할 수 있었다.

잔열로 인해 흐려짐

그 결과 하나의 이미지에 대상 별의 모든 버전을 보여주는 수백 개의 개별 이미지로 구성된 모자이크가 생성된다. 전체적으로 전체 모자이크에는 20억 픽셀이 넘는 픽셀이 포함돼 있지만 여전히 흐릿하다.

NASA 과학자들이 설명하는 것처럼 이 이미지는 거울 세그먼트를 공통 초점으로 점차적으로 가져오는 데 필요하다. 이 미세 조정 과정에서 흐릿한 18개의 빛 포인트가 점차 하나의 선명한 포인트가 된다.

▲ 여기에서 동일한 별의 18개 버전이 해당 별이 생성된 기본 미러의 18개 세그먼트와 일치됐다. ©NASA

볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소(Space Telescope Science Institute)의 마샬 페린(Marshall Perrin)은 "이것은 거울을 정렬하기 위한 훌륭한 출발점"이라고 말했다. 그가 설명했듯이 흐릿함의 일부는 망원경이 충분히 냉각되지 않기 때문이기도 하다. 광학 기기와 거울은 작동 온도가 영하 220도에서 영하 243도에 도달했을 때만 제대로 작동한다. 아직까지는 그렇지 않다.

NIRCam은 최적의 온도 이상에서도 작동하기 때문에 이 지나치게 따뜻한 상태의 녹음은 NIRCam에서만 가능하다. 이제 이 기기는 변경 사항과 진행 상황을 보여주기 위해 다음 몇 개월 동안의 보정을 기록한다. Webb 망원경이 충분히 차가워질 때까지 망원경의 나머지 3개 기기는 꺼진 상태로 유지된다.

기본 미러에서 첫 셀카

Webb 망원경은 심지어 첫 번째 셀카를 지구에 보냈다.
이것은 기본 거울의 부분에서 이미지를 생성하도록 특별히 설계된 NIRCam 장비의 특수 렌즈로 만들어졌다. 망원경에는 "정상적인" 사진 또는 비디오 카메라가 탑재돼 있지 않기 때문에 거울 상태를 시각적으로 확인할 수 있는 유일한 방법이다.

▲ James Webb Telescope의 이 첫 번째 "셀카"는 근적외선에서 기본 거울의 부분을 보여준다. 그것은 망원경의 NIRCam에 의해 생성됐으며, 여전히 너무 따뜻해 흐릿하다. ©NASA

셀카는 여전히 상대적으로 흐릿한 근적외선 미러 부분의 윤곽을 보여준다.
이 시점에서 밝게 보이는 거울 부분은 대상 별과 직접 정렬되어 빛을 반사한다. NASA 과학자들도 이것을 대성공으로 평가한다. 애리조나 대학의 NIRCam 수석 연구원인 Marcia Rieke는 "전체 Webb 팀은 초기 인수 및 조정 단계가 얼마나 잘 진행됐는지에 대해 매우 기뻐하고 있다“고 말했다.

모든 것이 이전처럼 순조롭게 진행된다면 새로운 우주 망원경은 여름에 작업을 시작할 예정이다. 그러면 천문학은 가깝고 멀리 있는 우주의 독특하고 전에 본 적이 없는 모습을 기대할 수 있다.
출처: NASA/Webb 블로그

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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