허블의 고장—어떻게 되었는가?

‘허블의 고장이라니?’ 하고 질문할지 모릅니다. HST(허블 우주 망원경)의 고장을 말하는 것입니다. 이것은 우주를 관찰하는, 대단히 비싸고(1조 2800억 원 이상) 정교한 눈인데, 지난 1990년에 갑자기 시력에 이상이 생겼음이 밝혀졌습니다.

허블 우주 망원경은 “아마 이제까지 제작된 과학 위성 중 가장 정교”할 것이라고 볼티모어 소재 존스 홉킨스 대학교의 R. W. 스미스 박사는 「국제 천문학 백과 사전」(The International Encyclopedia of Astronomy)에서 말합니다.a “이제까지 우주에 띄워진 관측소 중 가장 크고 복잡하고 성능이 좋다”고 에릭 체이슨은 저서인 「허블 전쟁」(The Hubble Wars)에서 허블 망원경을 가리켜 말합니다. 그는 또한 「천문학」(Astronomy)지에서 이렇게 기술합니다. “매일 허블 망원경에 명령을 내리고 그것을 제어하는 데 필요한 400만 행의 컴퓨터 코드—민간 세계에서 가장 긴 코드 중 하나—는 허블이 고도로 복잡하다는 사실을 잘 나타내 준다.” 이 관측소는 지상 약 615킬로미터 상공에서 궤도를 돌고 있어, 빛의 진로를 굽게 하는 지구의 대기에서 훨씬 벗어나 있습니다.

발사에 앞서, 스미스 박사는 “영상의 우수성은 ·⁠·⁠· 광학 법칙, 거울의 성능, HST가 얼마나 정확하고 안정되게 목표물에 조준되느냐에 의해서만 좌우될 것”이라고 장담하였습니다. 당시 그는 자기 말이 얼마나 의미 있는 말이 될 것인지 미처 깨닫지 못하였습니다!

발사—의기 양양과 실망

1990년 4월, 대망의 발사 날이 되었습니다. HST는 우주 왕복선 디스커버리 호에서 궤도에 투입되었습니다. 항공 관제 기술자들은 결과에 흡족해하였습니다. 존 노블 윌퍼드는 「뉴욕 타임스」지에서 공학 자료를 검토해 볼 때, “망원경이 아무런 손상 없이 발사되었고 15년 이상 계속될 수 있는 우주 탐사 임무를 수행하기 시작할 준비가 된 것 같다”고 보도하였습니다. 그는 이 망원경이 “먼 곳에 있는 별들과 은하들을 이전 어느 때보다 10배는 더 선명하게 관측할 것으로 기대”된다고 부언하였습니다. 「타임」지는 “우주의 새로운 창문”이라는 낙관적인 표제 아래, “가장 먼 곳에 있는 별들을 뚜렷이 봄으로, 시력이 좋은 허블 망원경은 먼 과거를 들여다볼 수 있을 것”이라고 부언하였습니다. 흥분이 고조된 가운데, 천문학자와 설계자들은 첫 번째 영상이 지구로 전송되기를 기다렸습니다. 과연 어떻게 되었습니까?

결과는, 한국 속담에도 나오듯이, 김칫국부터 마신 격이 되었습니다! 첫 번째 영상들은 1990년 5월에 도착하기 시작하였는데, 기대하였던 초선명 영상은 어디 가고, 대신 흐릿한 빛이 가슴 졸이던 천문학자들에게 나타났습니다. 에릭 체이슨은 이렇게 썼습니다. “이번 관측은 궤도를 돌고 있는 관측소에 심각한 광학적 결함이 있다는 참으로 두려운 생각을 굳히게 해주었습니다.” 망원경에는 예기치 못한 결함 즉 두 개의 반사경 중 하나에 극히 미세한 오차가 있었습니다! 그 오차는 사람의 머리카락 굵기보다도 훨씬 적었지만, 영상을 흐리기에는 충분하였습니다. 참으로 낙심 천만한 일이었습니다.

누구의 실수인가?

무엇 때문에 허블에 비용이 많이 드는 문제가 생기게 되었습니까? 허블 계획에 참여한 에릭 체이슨은 저서인 「허블 전쟁」에서 여러 가지 요인을 열거합니다. 그는 이렇게 말합니다. “허블의 두드러진 기계적 결함은 공학의 근시안적인 상태, 즉 더 큰 것을 보는 일에서 분명하고도 지속적으로 실패한 데서 기인한다. 예를 들면, 과신한 기술자들은 망원경의 광학 부품들을 잘못 제작하고 검사도 제대로 하지 않았으며, 기밀을 유지하는 청부업자들 외에 다른 곳으로부터 기술적으로나 과학적으로 의미 있는 정보를 입수하지 않았으며 ·⁠·⁠· 허블에 중고품, 이를테면 수십 년 된 자이로스코프(회전의)[망원경에 장착되기 전에 약 7만 시간 동안, 한 기술자의 말을 빌리자면 ‘수명이 다할 때까지 검사받은’ 자이로]와 골동품 우주선에나 어울릴 메모리 보드를 사용하였다.”

허블의 2.4미터짜리 주거울이 완성되면, 최종 검사가 있을 예정이었습니다. 그러나 「뉴욕 타임스」지에 의하면, 이 계획은 시간적 제약과 재정 문제 때문에 백지화되었습니다. 당시 그 거울을 제작한 광학 연구 회사의 수석 과학자였던 고(故) 로데릭 스콧 박사는 더 검사할 것을 요청하였지만, 그의 경고는 무시되고 말았습니다. 따라서 우주에 있는 HST는 결함이 있는 영상을 전송할 수밖에 없었던 것입니다.

체이슨의 견해는 이러하였습니다. “아마도 그 우주선과 거기에 내장된 [40만 개 이상의 부품과 4만 2000킬로미터에 달하는 배선을 비롯한] 무수한 부품들 그리고 광범위한 지상 지원 기능은, 비교적 신출내기인 우리의 기술 문명에 비해 너무 복잡했던 것 같다. 노아의 후손들이 고대 도시인 바빌론에 하늘에 닿을 정도로 높은 탑을 세우려고 하였을 때, 창세기는 하느님께서 그들에게 주제넘다 하여 벌을 내리셨다고 알려 준다. 아마 우리가 훨씬 덜 복잡한 우주 망원경—좀더 효율적이고 진보된 장비—을 만들었더라면 덜 심한 질책을 받았을 것이다.” 체이슨은 계속 이렇게 말하였습니다. “과학적 방식은 편견이 없고 객관적이라는 견해, 과학자들은 연구 중에 인간적 감정이 없으며 언제나 그래 왔다는 견해가 널리 퍼져 있는데, 우스운 생각이다. 오늘날의 과학적인 노력은, 가치 기준이 대부분의 일상사의 경우와 흡사하다.” 체이슨에 의하면, 야망과 질투가 허블의 고장 원인이었습니다.

물거품처럼 사라진 희망

대중 매체의 몇몇 표제를 다시 살펴보면, 허블의 고장 일지를 둘러싼 극적 사건들의 윤곽이 잡힐 것입니다. “우주 왕복선 615킬로미터 비상, 망원경과 꿈을 싣고”라고 한 신문은 말하였습니다. 「사이언티픽 아메리칸」지는 “허블의 유산—우주 망원경이 천문학에 새로운 장을 열다”라고 공언하였습니다. 1990년 7월에, 「타임」지는 전에 내린 평가를 조정하여 이렇게 말하지 않을 수 없었습니다. “위대한 과학의 불투명한 전망—나사[미국 항공 우주국]의 우주 왕복선 희망에 구멍, 허블에 시력 이상.” 「사이언스」지는 문제를 좀더 객관적인 말로 이렇게 설명하였습니다. “천문학자들, 허블의 손상 조사—이처럼 미세한 오차가 이처럼 큰 소동 일으킨 적 없어—그러나 16억 달러짜리 망원경에는 극미한 오차도 심각.” 동 지는 1990년 12월에 “허블의 과신: 실명 ‘공인’ 사례”라고 보도하였습니다. 그 기사는 이렇게 밝혔습니다. “허블 우주 망원경을 고철 덩어리가 되게 만든 광학적 결함은 모든 면에서 부주의한 결과라고, 나사의 공식 조사 위원회의 최종 보고서는 결론 내린다.”

그러나 전혀 소득이 없었던 것은 아닙니다. 1992년 3월, 「스미소니언」지에서는 “병든 우주 망원경으로부터 깜짝 놀랄 영상이”라는 보도가 있었습니다. 그 기사는 이렇게 기술하였습니다. “많은 기능이 여전히 심각하게 손상된 상태임에도 불구하고, 그 망원경은 천문학자들에게 귀중한 자료를 홍수처럼 보내 오고 있다. ·⁠·⁠· 그 망원경은 (전통적으로 우주에서 가장 오래 된 구조 중 하나로 여겨졌지만) 청춘을 과시하고 있는 구상 성단과 같은 놀라운 영상을 잡아냈으며, 멀리 있는 은하의 심장부를 탐사하여 별을 집어삼키는 블랙 홀이 그 은하의 중심에 있다는 학설을 확증하는 증거를 찾아냈다.”b

“나사의 목숨을 건 임무”

그러던 중 1993년 11월에, 과학자와 천문학자들이 기다리던 이러한 표제가 「사이언스 뉴스」지에 실렸습니다. “대보수 공사—나사, 허블 우주 망원경 수리 시도.” 「뉴 사이언티스트」지에 의하면, 이것은 “우주 비행 역사상 가장 야심에 찬 수리 임무”였습니다. 7인의 우주 비행사로 이루어진 팀이 우주 공간으로 나가 화물칸에서 HST를 복원하고 수리해야 하였습니다. 이 수리 임무는 “나사의 목숨을 건 임무”, “운명과의 대결”이라 불리었습니다. 과연 성공하였습니까?

비행 책임자였던 밀트 헤플린은 농구 용어를 사용하여, 「뉴스위크」지에 이렇게 말하였습니다. ‘우리는 슬램 덩크 슛을 하였습니다.’ 이 우주 안과 의사들은 다섯 번에 걸친 우주 유영을 수행하면서, HST의 광학 부품들을 수리하고 피아노 크기만한 새 카메라를 장착하는 과학적 개가를 올렸습니다! 이들이 그 곳에 나가 결함 있는 부품을 교체하고, 보정하기 위한 부품을 부착하기까지는 3년이라는 세월이 걸렸습니다. 그러나 안과 의사에게는 비용이 많이 든 왕진이었습니다. 한 출처에 의하면, 렌즈 수리 작업에 2억 6300만 달러(약 2100억 원)가 들었습니다!

이 드라마는 1994년 1월에 “허블 망원경, 더 이상 근시 아니다”와 “허블, 드디어 하늘을 보다”와 같은 표제로 절정에 달하였습니다. 「천문학」지는 “허블—처음보다 낫다”라고 발표하였습니다. 그 기사는 첫 번째 영상이 도착하였을 때 우주 망원경 과학 연구소의 천문학자들이 나타낸 반응을 이와 같이 보도하였습니다. “기가 막히군.” “첫 번째 영상을 보고 몹시 흥분하였습니다.” “허블은 우리가 기대했던 것보다 훨씬 더 잘 수리”되었다면서 이 계획의 수석 과학자인 에드워드 J. 와일러 박사는 크게 기뻐하였습니다.

어떤 유익이 있는가?

광학 부품들을 보정하자 곧 효과가 나타났습니다. 1994년 6월, 「타임」지는 HST가 블랙 홀의 존재를 뒷받침하는 확실한 증거를 발견했다고 보도하였습니다. 나사는 HST가 “시속 190만 킬로미터라는 엄청난 속도로 회전하는 원반 모양의 가스 구름”을 발견했다고 발표하였습니다. 이것은 약 5000만 광년 떨어진 곳인, M87 은하의 중심에 있습니다. 이것은 질량이 태양 크기의 별 20억에서 30억 개에 해당하는 것이 태양계 만한 공간으로 압축된 것이라고 합니다! 과학자들은 이 가스 원반의 온도가 섭씨 1만 도일 것으로 추산합니다. 이 현상에 대한 현존하는 유일한 설명은 거대한 블랙 홀에 의해서 엄청난 중력이 가해지고 있고, 그 주위에서 원반이 소용돌이치고 있다는 것입니다.

허블은 또한 슈메이커-레비 제9 혜성이 자멸 항로를 그리며 목성을 향해 돌진하다가 1994년 7월에 거기서 붕괴되는 장면을 멋진 사진으로 보내 왔습니다. HST가 보내 오는 은하 사진들이 어찌나 선명했던지, 한 과학자는 그 수리 작업에 관해 “거울의 작은 변화가 천문학의 큰 도약을 가져왔다”고 말하였습니다. 「사이언티픽 아메리칸」지에 의하면, “허블은 분해력이 지상의 그 어떤 기구보다 최소한 10배는 뛰어나, 우주를 [다른 망원경보다] 1000배는 더 뚜렷하게 볼 수 있”습니다.

허블은 이론가들로 하여금 우주의 나이에 관한 그들의 견해를 일부 수정하게 하고 있습니다. 실제로, 그들은 현재 이해되고 있는 것과 모순되는 사실에 부딪쳤습니다. HST가 가장 최근에 제공한 증거는, 「뉴욕 타임스」지의 과학면 집필자인 윌퍼드에 의하면, “우주가 과학자들이 예전에 추측한 것보다 훨씬 젊을지도 모른다는 강력한 증거”를 제시합니다. “우주는 80억 살밖에 안 되었을지도 모르”는데, 이것은 많게는 200억 살까지 보던 예전의 추측과는 비교가 됩니다. 문제는 “일부 별들이 160억 살은 되었을 것이라는 신빙성 있는 추측이 나오고 있다”는 데 있습니다. 윌퍼드의 말대로, “우주가 우주론자들에게 절묘한 커브 볼을 계속 던져서 그들의 지식의 비참한 한계를 드러내는 것 같다” 해도 놀랄 것 하나 없습니다. 윌퍼드는 이렇게 부언합니다. “우주를 학문의 한 분야로 보는 사람들은 자기들이 아무리 똑똑하고 머리가 좋아도, 많은 궁극적인 해답은 자기 능력 밖에 있을지도 모른다는 사실을 받아들이지 않으면 안 됩니다.”

인간은 여호와께서 폭풍 속에서 이와 같이 물으셨을 때 욥이 가르침받은 겸손을 배워야 합니다. “네가 묘성[플레이아데스]을 매어 떨기 되게 하겠느냐 삼성[오리온]의 띠를 풀겠느냐 네가 열두 궁성을 때를 따라 이끌어 내겠느냐 북두성과 그 속한 별들을 인도하겠느냐 네가 하늘의 법도[법칙]를 아느냐.”—욥 38:31-33, 「예루살렘 성서」 참조.

미래는 어떠한가?

허블 망원경은 가까운 미래에 더 많은 것을 밝혀 줄 것으로 예상됩니다. 한 천문학자는 “허블 우주 망원경으로 우리는 퀘이사[준항성 전파원, 우주에서 가장 밝은 물체] 근처에 있는 많은 은하의 모양을 알게 될 것”이라고 썼습니다. 은하의 기원을 이해하는 문제에 관해, 영국 케임브리지 대학교의 리처드 엘리스는 이렇게 말합니다. “우리는 매우 흥미진진한 시대로 접어들고 있습니다.”

인간의 호기심은 우주 그리고 그 시작과 목적에 대한 지식을 얻으려는 노력에 계속 박차를 가할 것입니다. 그러한 지식은 우리 마음속에 광활한 우주를 창조하신 여호와 하느님에 대한 숭상심을 심어 줄 것입니다. 그분은 이렇게 말씀하셨습니다. “너희는 눈을 높이 들어 누가 이 모든 것을 창조하였나 보라 주께서는 수효대로 만상을 이끌어 내시고 각각 그 이름을 부르시나니 그의 권세가 크고 그의 능력이 강하므로 하나도 빠짐이 없느니라.”—이사야 40:26; 시 147:4.

[각주]

[16, 17면 도해와 삽화]

(온전한 형태의 본문을 보기 원한다면, 출판물을 참조하십시오)

ㄱ: 주거울

ㄴ: 부거울

ㄷ: 망원경을 조준하는 데 사용하는 자이로스코프 네 개 교체

ㄹ: 손상된 태양 전지판 교체

ㅁ: 새로운 광역 행성 카메라 설치

ㅂ: 결함이 있는 거울을 보정할 교정용 광학 우주 망원경 축 교체

ㅅ: 태양 전지판 위치 조정용 전자 장치 교체

[16면 삽화]

왼쪽 위: 수리 전에 HST로 본 M100 은하

[자료 제공]

NASA photo

[17면 삽화]

가운데 위: 새로운 행성 카메라 설치

[자료 제공]

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[17면 삽화]

오른쪽 위: 수리 후에 HST로 본 M100 은하

[자료 제공]

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[15면 사진 자료 제공]

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