천왕성 하늘빛 아냐?…우주 망원경마다 행성 사진 다른 이유

제임스웹 우주망원경이 촬영한 천왕성의 모습.

미 항공우주국( NASA )의 '제임스웹 우주망원경'이 태양계 행성들의 새로운 모습을 공개했다. 
지난해 해왕성의 모습을 촬영한 데 이어 이번에는 세로 고리를 가진 천왕성의 형상을 선보였다.

나사가 공개한 제임스웹 촬영 천왕성은 밝은 하늘색과 흰색이 섞인 구체가 여러 겹의 원형 고리에 둘러 쌓인 모습이다. 
그간 교과서 등에 실려 대중들에게 익숙했던 밝은 하늘색의 반들반들한 구슬 같은 형태와 상반되는 역동적인 모습이 담겼다.

특히 천왕성의 극지방에 해당하는 행성의 가장자리는 밝은 흰색 물감으로 칠 해쳐 있는 모습이다. 
이에 대해 나사는 적외선 파장에서 포착되는 전형적인 구름의 형태이고 행성의 폭풍 활동과 관련됐을 가능성이 높다고 설명했다.

제임스웹의 적외선 관측 기능과 높은 민감도를 통해 천왕성의 대기 움직임이 실제로 얼마나 역동적이고 활발한지 자세히 파악할 수 있었다는 것이다.

제임스웹은 지난해에도 다소 낯선 모습의 태양계 행성 사진을 보여줬다. 
태양계의 마지막 행성인 해왕성의 모습이다. 
제임스웹이 촬영한 사진에는 해왕성 본체뿐만 아니라 본체를 둘러싼 얇은 고리들과 희미한 먼지 띠까지도 선명하게 담겼다.

제임스웹의 해왕성 사진 또한 흔히 알고 있는 푸른빛의 행성이 아니라 거의 흰색에 가까운 형태로 촬영됐다.

제임스웹 우주망원경이 촬영한 해왕성의 모습

 

하늘빛 천왕성, 바닷빛 해왕성 아냐?…보이저 2호 촬영 행성이 육안과 가장 흡사

 
우리가 알고 있는 태양계 행성의 모습을 담은 사진들은 모두 눈으로 볼 수 있는 가시광선으로 촬영됐다. 
천왕성이나 해왕성이 푸른 행성으로 보이는 것도 해왕성의 대기 성분인 메탄이 적외선을 강하게 흡수하기 때문이다. 
하지만 제임스웹은 적외선 카메라를 이용하기 때문에 행성이 보다 밝은 색을 띠게 된다.

가시광선은 '인간의 눈으로 지각되는 색을 가진 파장'이다. 
가시광선을 이용해 찍은 행성 사진이 실제 우리의 눈으로 보는 모습과 가장 비슷할 가능성이 높다.

가시광선을 이용해 촬영된 행성 사진은 제임스웹의 선배라 할 수 있는 '허블 우주망원경'과 '보이저 2호' 탐사선의 작품들이 대표적이다.

다만 허블 우주망원경은 지구 상공 559㎞에 떠있는 만큼 수억㎞ 가량 떨어져 있으면서 지름은 수만㎞에 그치는 작은 외행성들을 정확하게 포착하는 데 한계가 있다. 
실제로 허블이 촬영한 태양계 행성 사진들을 보면 목성이나 토성까지는 비교적 명확하게 촬영됐으나, 천왕성과 해왕성은 행성의 윤곽이나 색깔 만을 확인할 수 있을 정도로 품질이 떨어진다.

천문학계에 따르면 태양계 행성의 사진들을 가장 정확하게 찍은 것은 행성들을 직접 찾아간 보이저 2호다. 
과학 교과서 등에 실려 가장 대중적으로 널리 알려진 행성 사진들도 대부분 보이저 2호가 보내온 것들이다. 
직접 행성 인근에 찾아가 가시광선으로 촬영한 만큼 인간의 눈으로 보는 행성의 모습도 보이저 2호의 촬영 사진과 가장 비슷할 것으로 예상된다.

보이저 2호 우주탐사선이 촬영한 천왕성(왼쪽)과 해왕성의 모습.

 

 

희뿌옇게 보이는 적외선 사진, 어디에 쓸까…가시광선이 못 보는 먼지 고리까지 포착

가장 정확한 행성의 모습을 보이저 2호가 보여줬음에도 제임스웹으로 행성들을 촬영하는 이유는 뭘까. 
이는 제임스웹이 이용하는 적외선 촬영 방법의 특장점 때문이다.

보이저 2호가 행성에 직접 가서 촬영했음에도 천왕성이나 해왕성의 고리들은 명확하게 포착되지 못했다. 
반면 제임스웹은 육안으로도 확실하게 두 행성의 고리를 촬영했고, 천왕성의 경우에는 알려진 13개의 고리 중 11개를 명확하게 찍어냈다.

제임스웹의 적외선 카메라는 상당히 긴 파장대의 빛을 활용해 천체를 찍게 되는데, 이를 통해 우주 공간의 웜 더스트( Warm   dust ), 즉 태양열 등에 의해 데워진 따뜻한 먼지들의 구조까지 볼 수 있게 된다.

가장 유명한 고리 행성인 토성의 경우 가시광선으로도 명확하게 고리가 포착된다. 
이는 토성의 고리는 비교적 큰 소행성 알갱이나 얼음 등으로 구성돼 있기 때문이다. 반면 천왕성은 얼음 성분의 먼지들로 고리가 이뤄져 있는데 이 먼지들이 상당히 작고, 또 가시광선의 빛을 오히려 흡수하기 때문에 가시광선 카메라나 사람의 육안으로 식별하는 게 사실상 불가능하다.

이 먼지들은 행성 본체가 반사한 태양빛으로 인해 데워지는데, 제임스웹의 적외선 카메라는 이 빛과 열을 이용해 고리들을 선명하게 찍어내는 것이다.

또한 적외선 카메라는 행성의 대기가 보이는 분자 스펙트럼을 관측하는 데도 용이하다. 
그만큼 허블이나 보이저 2호의 사진에서 파악하지 못했던 태양계 행성들의 대기 순환이나 기상 현상을 연구하는 데에도 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

허블 우주망원경이 촬영한 목성, 토성, 해왕성, 천왕성(왼쪽부터 시계방향)

차세대 '로먼 망원경'도 적외선 촬영에 초점…나사, 태양계 외행성 연구 본격화 예정

제임스웹에 이어 2026년 발사 예정인 '낸시 그레이스 로먼 우주망원경' 또한 차세대 적외선 우주망원경으로 개발돼 육안으로 보는 것과는 다른 형태의 행성을 촬영할 전망이다. 
최근 우주 관측은 태양계를 넘어서 더 멀리 떨어진 외계행성의 탄생 과정 및 초기 우주의 모습을 보는데 초점을 두고 있다. 
가시광선은 이같은 목적을 달성하는 데 한계가 있어 적외선 망원경이 주축을 이루는 셈이다.

태양계를 벗어나 외우주로 떠난 보이저 2호를 다시 돌아오게 할 방법도 없고, 이를 잇는 새로운 우주 탐사선 발사 계획도 따로 수립된 게 없는 만큼 한동안 보이저 이상의 정확한 행성 모습을 확인하기는 어려울 것으로 보인다.

한편 나사는 제임스웹이 촬영한 천왕성과 해왕성 사진을 바탕으로 그간 베일에 쌓여있던 두 행성에 대한 집중 연구를 추진할 계획이다.

나사는 "이번에 촬영된 천왕성 사진은 단지 2개의 필터로 천왕성을 12분 간 노출한 짧은 이미지다. 
제임스웹이 이 신비로운 행성을 관찰할 때 할 수 있는 것의 빙산의 일각일 뿐"이라며 "2033년까지의 행성과학 및 우주생물학 조사에서 천왕성이 우선순위로 지정됐다. 
천왕성에 대한 추가 연구가 이미 진행되고 있고, 향후에도 더 많은 탐사가 예정돼 있다"고 전했다．