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올해 초 ‘MIT 테크놀로지 리뷰’는 남미 안데스산맥에 설치된 베라루빈천문대를 ‘2025년 10대 혁신 기술’의 하나로 꼽았다. 지난해 말부터 관측 준비를 하고 있는 베라루빈천문대가 마침내 23일 첫번째 관측 사진을 공개한다.
미국 국립과학재단(NSF) 광적외선천문학연구소(NOIRLab)는 이날 오전 11시(한국시각 24일 0시) 사진 공개와 함께 기념 행사를 연다. 행사는 유튜브를 통해 생중계된다.
해발 2647m의 칠레 세로파촌산 정상에 자리한 베라루빈천문대는 역대 망원경 중 가장 큰 시야(3.5도)로 3일 밤마 중소기업진흥청 다 남반구에서 보이는 하늘 전체를 관측할 수 있다. 한 번에 관측하는 영역이 보름달 크기의 45배다. 허블우주망원경이 보름달 크기의 1%, 제임스웹우주망원경이 보름달 크기의 75%인 것과 비교하면 얼마나 큰 눈을 가졌는지 짐작이 간다.
2022년 관측 활동을 시작한 제임스웹우주망원경이 ‘깊은 눈’으로 우주 기반 관측의 새 시대를 열었다면, 최고이자율 베라루빈천문대는 ‘큰 눈’으로 지상 기반 관측의 새 지평을 열어젖힐 것으로 기대된다. 제임스웹우주망원경 가동 3년만에 또 한 번의 천문학 혁명이 시작되는 셈이다.
베라루빈천문대는 이를 위해 최대 지름 8.4m인 3개의 대형 반사경과 최대 지름 1.65m인 3개의 렌즈, 32억화소의 디지털 카메라, 근자외선에서부터 근적외선에 이르는 빛(3 학자금대출 금리인하 20~1050nm)을 포착할 수 있는 6개 필터를 갖추고 있다. 카메라 무게만 3톤이며 전체 무게는 무려 350톤에 이른다. 베라루빈천문대가 찍은 사진을 하나의 전체 화면으로 보려면 4K급 초고해상도(UHD) 텔레비전 400대를 연결해야 한다.



베라루빈천문대의 32억화소 카 농협 농지담보대출 메라는 지름 1.65m로 세계에서 가장 큰 디지털 카메라다. 베라루빈천문대 제공


매일 1000장씩…‘우주 10년 타임랩스’ 만든다
이 천문대엔 별도의 관측 프로그램이 없다. 밤하늘에 보이는 모든 것을 관측하기 때문이다. 천문학자들은 자신이 원하는 관측 데이터 부분을 골라 분석하면 신용보증재단 된다. 이 천문대의 데이터관리담당 부소장 윌리엄 오멀레인은 뉴욕타임스에 “우리는 모두를 위한 데이터를 생산하기 때문에 직접 망원경에 가서 관측한다는 생각은 있을 수 없다”며 “관측은 이미 이뤄진 것이고, 당신은 관측 결과를 찾기만 하면 된다”고 말했다. 천문학자들은 클라우드 컴퓨팅, 인공지능 알고리즘을 활용해 언제 어디서나 이 데이터로 새로운 발견을 할 수 있다.
베라루빈천문대는 앞으로 10년 동안 매일 밤 1000장 이상의 사진을 촬영해 차곡차곡 쌓아가면서 말 그대로 우주의 ‘타임랩스’ 영상을 만들게 된다. 똑같은 영역을 연간 100번씩 촬영해 총 200만장 이상으로 구성될 타임랩스 영상엔 소행성에서부터 거대한 별과 은하에 이르기까지 가시광선으로 수집할 수 있는 모든 것이 담긴다.
한국천문연구원의 황나래 책임연구원은 “하늘 전체를 봐야 하기 때문에 한 번에 15~20초의 짧은 노출 시간만 주면서 반복해서 찍는다”고 말했다. 이처럼 빠르고 넓게 하늘을 살펴보기 때문에 지금까지 놓치거나 관측하기 어려웠던 일시적인 천체 현상도 실시간에 가깝게 포착할 수 있다. 초신성 폭발, 감마선 폭발, 태양계 소행성들의 움직임 등 다양한 우주 현상을 고스란히 담아 알려준다. 이전 사진과 비교해 조금이라도 변화가 생기면 자동으로 알려주는 경보시스템이 작동하도록 돼 있다. 과학자들은 매일 사진 하나당 1만건씩 최대 1천만건의 경보가 울릴 것으로 예상한다.



디지털 카메라의 초점면. 폭 60cm에 189개 센서가 32억화소의 이미지를 생성한다. 베라루빈천문대 제공


방대한 관측 데이터로 암흑물질 추적
베라루빈천문대의 최대 임무 중 하나는 우주의 구조를 파악하는 것이다. 남반구 하늘 전역을 샅샅이 훑어보면서 우주의 95%를 차지하는 암흑물질과 암흑에너지의 존재에 관한 단서를 찾는 걸 목표로 삼고 있다. 이 천문대의 케빈 라일 연구원은 뉴사이언티스트에 “3일마다 하늘 전체를 촬영한 사진을 10년간 쌓으면 아주 깊고 먼 우주까지 볼 수 있다”고 말했다.
베라루빈천문대가 하룻밤에 쌓는 관측 데이터는 20테라바이트(1테라=1조)다. 제임스웹우주망원경의 350배나 된다. 국제학술지 사이언스에 따르면 지금까지 모든 망원경이 수집한 것보다 더 많은 데이터를 관측 첫해에 수집한다.
과학자들은 10년 후 관측이 끝날 무렵엔 200억개 은하와 170억개 별, 1000만개의 초신성 목록이 포함된 60페타바이트(1페타=1000조)의 데이터를 수집할 수 있을 것으로 예상한다. 이 데이터를 슈퍼컴퓨터로 분석하면 암흑물질이 은하와 별에 미치는 중력 효과를 찾아낼 수 있을 것으로 기대한다.
영국 퀸스 유니버시티 벨파스트 연구진은 최근 베라루빈천문대가 태양계에서만 9만개의 지구근접천체(NEO)와 140만~500만개의 소행성대 천체를 추가로 발견할 것으로 추정한 연구 결과를 발표했다.



지름 8.4m의 주거울. 베라루빈천문대 제공


천문대 이름의 주인공 베라 루빈은 누구?
천문대 명칭에 쓰인 ‘베라 루빈’은 1970년대 암흑물질의 단서를 포착한 여성 천문학자의 이름이다.
그는 은하의 바깥쪽 가장자리에 있는 별들이 생각보다 너무 빨리 움직이는 걸 보고, 우리가 볼 수 있는 것보다 더 많은 물질이 존재할 것이라고 가정했다. 은하 중심부에는 외곽보다 별이 더 많다. 따라서 중력도 더 강하게 작용한다. 이는 중심부에 가까운 천체일수록 회전 속도가 더 빨라야 한다는 걸 뜻한다. 하지만 그가 관측한 결과는 그렇지 않았다. 외곽의 별이 안쪽 별들과 같은 속도로 회전하고 있는 것으로 나타났다. 그는 우리 눈에 보이지 않는 물질의 중력이 작용하지 않고서는 설명할 수 없는 현상이라고 생각했다. 이후 이 보이지 않는 물질은 암흑 물질이라고 명명됐다.
천문학자들은 현재 우주에는 일반 물질보다 약 5배 많은 암흑 물질이 존재하며, 암흑물질의 거대한 중력이 현재 우리가 보는 우주의 틀을 만들었을 것으로 추정한다. 우주는 실(필라멘트)로 이어진 3차원 거미줄 구조 비슷한데, 암흑물질은 은하와 성간 가스를 필라멘트로 묶어주는 역할을 한다.



베라루빈천문대는 3.5도 시야각으로 한 번에 보름달 45개 크기의 하늘 영역을 촬영한다. 베라루빈천문대 제공


‘빠르면서도 넓고 깊게’…새로운 탐사의 시작
베라루빈천문대처럼 넓은 하늘을 관측할 망원경이 필요하다는 아이디어는 1996년 우주의 팽창 속도를 연구하던 토니 타이슨 데이비스캘리포니아대 교수(물리학)한테서 처음 나왔다. 그와 동료 학자들은 이 생각을 가다듬어 2009년 거대개괄탐사망원경(LSST) 필요성을 제안하는 600쪽 분량의 문서를 발표했다. 이후 미국 국립과학재단이 이를 받아들여 2015년부터 본격 망원경 건설 작업에 들어갔고, 2020년엔 망원경 이름을 베라루빈천문대로 바꿨다.
현재 베라루빈천문대 수석과학자이기도 한 타이슨 박사는 뉴욕타임스에 “그동안 수많은 탐사가 있었지만 동시에 ‘빠르면서도 넓고 깊게’ 탐사하지는 못했다”며 “루빈천문대는 이전엔 하지 못했던, 새로운 천문학 시대의 시작”이라고 말했다.
스탠퍼드대 국립가속기연구소(SLAC)의 마르고 로페스 연구원은 과학잡지 사이언티픽아메리칸에 “천체관측 역사상 가장 큰 카메라인 베라루빈천문대 관측의 핵심은 방대한 양의 데이터를 수집하는 것”이라며 “인간은 항상 가장 높은 산이나 가장 먼 바다에 가고 싶어했는데, 이 천문대도 바로 그런 것 중 하나”라고 말했다.
베라루빈천문대는 미국 국립과학재단(NSF)과 미국 에너지부(DOE)가 공동으로 8억달러의 자금을 지원했으며, 과학재단의 광적외선천문학연구소(NOIRLab)와 스탠퍼드대의 국립가속기연구소가 공동으로 운영한다.
베라루빈천문대에는 미국과 칠레 외에 한국천문연구원을 포함한 30여개 국가가 후속 관측, 연구원 파견 등 현물기여 방식으로 참여하고 있다. 앞으로 2년간은 이들 나라의 과학자들이 관측 데이터를 독점 사용한다.
곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr