허블: NASA를 거의 무너뜨릴 뻔한 10억 달러짜리 거울

31초의 심장 박동

카운트다운 31초를 남긴 시점, 역사상 가장 비싼 카메라는 한순간의 심장 박동 차이로 수십억 달러짜리 고철덩어리가 될 위기에 처해 있었습니다. 1990년 4월 24일 아침, 5명의 우주비행사가 우주왕복선 디스커버리호(Space Shuttle Discovery)에 탑승한 채 컴퓨터 결함으로 인해 30년간의 노력이 수포로 돌아갈지 모르는 긴박한 상황을 기다리고 있었습니다. 연료 밸브 하나가 제대로 닫히지 않으면서 카운트다운은 멈췄고, 플로리다의 습한 기온은 지상 통제실 엔지니어들에게 압박감을 가중시켰습니다.

그들은 촉박한 발사 시간을 앞두고 수동으로 문제를 해결했습니다. 마침내 디스커버리호가 굉음을 내며 솟아올랐을 때, 그것은 단순한 왕복선 임무 그 이상이었습니다. 허블 우주 망원경(Hubble Space Telescope)에게 가장 선명한 시야를 제공하기 위해 승무원들은 왕복선 역사상 가장 높은 고도인 380마일까지 상승했습니다. 그들은 12톤에 달하는 장비를 허공에 띄우며, 지구 대기의 흐릿한 장막에 가려지지 않은 우주를 관측하기를 고대했습니다.

화물칸 문이 열리고 칠흑 같은 궤도 위에서 망원경이 햇빛을 받아 빛나기 시작했을 때, 그것은 승리의 순간처럼 보였습니다. 하지만 첫 사진들이 도착하자 상황은 달라졌습니다. '완벽한' 장비에는 눈으로 볼 수 없을 만큼 작지만, 세계에서 가장 유명한 우주 기관의 명성을 거의 파괴할 뻔한 치명적인 결함이 있었습니다.

재앙까지 머리카락 한 올 차이

두 달 후 지구로 첫 이미지가 전송되었을 때, 상태는 엉망이었습니다. 선명한 은하 대신 과학자들은 빛나는 유령 같은 형상을 보았습니다. 별 주위에는 기괴한 후광이 나타나 있었죠. 범인은 '구면 수차(spherical aberration)'였습니다. 쉽게 말해 주경(primary mirror)의 가장자리가 2.2마이크론 정도 너무 평평하게 연마된 것입니다. 참고로 이는 사람 머리카락 굵기의 50분의 1 수준입니다.

이 실수는 지상 테스트 장비에 잘못 배치된 3mm 와셔 하나 때문이었음이 밝혀졌습니다. 그 후 3년 동안 허블은 미국 심야 토크쇼의 단골 조롱거리가 되었습니다. 정치인들은 이를 "기술적 실패작(techno-turkey)"이라 불렀고, 정부 예산 낭비의 상징이 되었습니다. 1993년이 되어서야 우주비행사들이 역사상 가장 고위험 수리 작업 중 하나인 COSTAR라는 보정 거울 세트를 장착해 망원경에 일종의 콘택트렌즈를 씌워주었습니다.

M100 은하의 첫 선명한 이미지가 미션 컨트롤 화면에 나타난 순간, 통제실은 환호성으로 가득 찼습니다. 망원경은 더 이상 실패작이 아닌 전설이 되었습니다. 이 사건은 수십억 달러의 실수라는 서사를 결국 허블을 "국민의 망원경(The People's Telescope)"으로 만든 구원의 이야기로 탈바꿈시켰습니다.

공허의 설계자들

허블은 갑자기 나타난 것이 아닙니다. 미래가 오기 수십 년 전부터 이를 예견했던 사람들의 집념이 만들어낸 결과물입니다. 이론 물리학자 라이먼 스피처 주니어(Lyman Spitzer Jr.)는 로켓이 전쟁의 원시적인 도구로 쓰이던 1946년에 우주 기반 관측소를 제안했습니다. 그는 우리가 현실을 보기 위해서는 별빛을 굴절시키는 대기의 '반짝임' 위로 올라가야 한다는 사실을 세상에 알리기 위해 50년을 바쳤습니다.

또한 '허블의 어머니'라 불리는 낸시 그레이스 로먼(Nancy Grace Roman)이 있었습니다. NASA의 초대 천문학 국장으로서 그녀는 정치적 지뢰밭을 헤쳐 나간 인물입니다. 그녀는 물리학을 이해했을 뿐만 아니라 설득의 힘을 알고 있었고, 수십억 달러의 예산이 필요한 프로젝트에 회의적인 정부를 끌어들였습니다. 그녀가 없었다면 스피처의 꿈은 칠판 위에서 사라졌을 것입니다.

미국 여성 최초로 우주 유영을 한 캐시 설리번(Kathy Sullivan)을 포함한 STS-31 승무원들은 새로운 세대의 과학자-우주비행사를 대표했습니다. 배치 과정에 문제가 생기면 직접 나가서 해결하겠다는 그들의 태도는 이후 30년 넘게 허블을 유지시킨 다섯 번의 정비 임무를 위한 본보기가 되었습니다.

스쿨버스 안에서 교과서를 다시 쓰다

36년이 지난 지금, 허블은 기본적으로 우주에 대한 우리의 이해를 완전히 뒤집어 놓았습니다. 발사 전만 해도 우리는 우주의 나이조차 알지 못했습니다. 추정치는 100억 년에서 200억 년 사이로 제각각이었습니다. 허블은 '우주 거리 측정기'로 알려진 세페이드 변광성(Cepheid variable stars)을 추적하여 그 수치를 약 138억 년으로 확정했습니다.

하지만 가장 큰 충격은 90년대 후반에 찾아왔습니다. 모두가 중력 때문에 우주의 팽창이 느려지고 있다고 가정했습니다. 허블은 먼 곳의 초신성을 관측하여 정반대의 사실을 증명했습니다. 우주 팽창은 오히려 가속화되고 있다는 것이었습니다. 이는 모든 것의 68%를 차지하는 신비로운 힘인 암흑 에너지(Dark Energy)의 발견으로 이어졌습니다. 이는 노벨상을 안겨줄 만큼 거대한 발견이었습니다.

오늘날 허블은 유물이 아니라 든든한 팀원입니다. 최신 제임스 웹 우주 망원경(JWST)이 적외선 열을 관측하는 동안, 허블은 여전히 가시광선과 자외선을 보는 우리의 주된 눈 역할을 합니다. 그들은 협력합니다. JWST는 고대의 먼지 섞인 탄생의 순간을 보고, 허블은 뜨겁고 젊은 별들을 포착합니다. 이는 어느 하나만으로는 얻을 수 없는 현실의 파노라마 뷰입니다.

마지막 우주적 미스터리

허블의 유산은 단지 '창조의 기둥(Pillars of Creation)'과 같은 아름다운 사진만을 의미하지 않습니다. 허블은 현재 현대 물리학의 가장 큰 난제인 '허블 텐션(Hubble Tension)'의 중심에 있습니다. 망원경이 측정한 우주의 팽창 속도와 빅뱅의 여광을 통한 데이터가 일치하지 않기 때문입니다. 이러한 불일치는 우리가 가진 물리학의 '표준 모델'에 무언가 중요한 것이 빠져 있음을 시사합니다. 어쩌면 새로운 입자이거나 중력에 대한 우리의 이해가 틀렸을지도 모릅니다.

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