<어린이과학동아> 편집부에서 사진 왕을 뽑는 대회가 열렸어요. <어린이과학동아>에 실린 사진 중 가장 멋진
사진은 무엇이었을까요?

통합과학 개념 이해하기

광활한 우주를 어떻게 찍을까?

우주망원경은 우주에 떠다니는 망원경이에요. 우주망원경이 생기기 전까지 천문학자들은 지구에 있는 망원경으로 천체를 관측했어요. 이 망원경으로는 지구 대기를 통과한 빛만 볼 수 있었어요. 일부 빛은 망원경에 도착하기 전에 대기에 흡수돼 버렸죠. 1946년 미국의 천문학자 라이먼 스피처는 이러한 문제를 해결하기 위해 우주 관측기기를 띄워야 한다는 논문을 발표했어요. 그리고 미국항공우주국은 1968년에 처음으로 우주망원경 궤도 천문대 2(OAO-2)를 우주에 발사하는 데 성공했어요.

우주망원경은 두 거울을 통해 천체의 빛을 모아 멀리 있는 천체를 우리가 볼 수 있게 도와줘요. 천체에서 나온 빛이 커다란 주 거울에 부딪혀 반사되면, 반사된 빛이 작은 보조 거울로 이동해요. 보조 거울에 반사된 빛은 관측기기로 갑니다. 관측기기 안에는 모은 빛을 촬영하는 카메라와 빛이 진동하는 주기인 파장에 따라 빛을 분해하는 분광기가 있어요.

분광기로 망원경에 도착한 빛의 파장을 분해하면, 천체가 우주망원경으로부터 떨어진 거리를 추측할 수 있어요. 빛과 소리는 관찰자가 멀어질수록 관찰자에게 파장이 길게 보이는 현상이 일어나요. 파장이 길수록 천체는 멀리 떨어져 있는 셈이지요.

천체의 파장으로 천체 나이도 추측할 수 있어요. 원소는 불꽃에 넣으면 종류에 따라 다른 파장의 색이 나타나요. 천체에서 나온 빛의 파장을 원소의 파장과 비교하면 천체를 이루는 원소를 알 수 있어요. 천체는 시간이 흐르면서 충돌 등의 이유로 융합 반응이 일어나고 구성 원소가 달라져요. 구성 원소를 보면 천체의 나이를 추측할 수 있습니다.

우주에는 제임스 웹 우주망원경과 허블 우주망원경 등이 떠 있어요. 제임스 웹 우주망원경은 허블 우주망원경과 달리 우리 눈에 보이는 빛인 가시광선보다 파장이 긴 적외선을 포착하는 특징이 있습니다. 또 2025년 3월에는 스피어엑스라는 우주망원경이 발사돼 관측 임무를 시작했답니다.

우주망원경의 촬영 원리

통합과학 넓히기

해왕성의 오로라, 첫 포착

2025년 3월 26일 미국항공우주국(NASA)은 해왕성의 오로라를 공개했어요. 오로라는 전하를 띠는 태양의 입자가 행성의 자기장에 끌려온 뒤, 행성 대기와 충돌해 빛이 나는 현상이에요. 자기장은 자석의 힘이 미치는 공간입니다. 행성이 행성 중심을 지나는 축을 중심으로 회전하는 자전을 하면, 자성을 띠는 철과 니켈이 행성 속에서 회전하며 자기장이 만들어져요.

1979년부터 2005년까지 과학자들은 자전 속도가 느려 자기장이 약한 수성과 금성을 제외하고, 태양계 중 지구와 화성, 목성, 토성, 천왕성의 오로라를 우주 탐사선 등을 이용해 발견했어요. 그런데 해왕성의 오로라는 발견할 수 없었습니다. 이번 관측으로 NASA가 처음으로 해왕성의 오로라를 포착한 거예요.

NASA는 제임스 웹 우주망원경의 근적외선 분광기로 해왕성의 오로라를 찾을 수 있었어요. 근적외선은 적외선 중에서 파장이 짧은 빛을 의미합니다. 해왕성에서 나오는 빛을 분광기로 분석한 결과, 삼중수소 이온을 불꽃에 넣을 때 발생하는 색의 파장과 같은 파장의 빛을 발견할 수 있었어요. 삼중수소 이온은 목성과 토성 등 다른 행성에서 오로라가 일어났을 때도 대기에서 방출된 이온이지요.

해왕성에서는 위도 남위 30~60°에서 다른 구역보다 삼중수소 이온의 신호가 두 배 정도 강하게 발생했어요. 위도 남위는 지구의 적도로부터 아래로 떨어진 거리입니다. 극지방에서 주로 오로라가 일어나는 다른 행성과 달리 해왕성은 적도와 남극 사이의 중간 정도 되는 지점에 오로라가 일어나요. 해왕성은 N극과 S극의 자성을 띠어 태양 입자를 끌어당기는 곳이 자전축으로부터 47°만큼 더 기울어져 있기 때문이에요. 다른 태양계 행성은 이 위치가 자전축과 가깝지요. 연구팀은 “발견을 통해 해양성의 자기장이 기울어져 있는 이유를 알아내고, 해왕성의 자기장이 태양 입자와 어떤 방식으로 상호작용을 하는지 알아낼 수 있을 것”이라고 밝혔습니다.

▲셔터스톡

▲GIB

해왕성의 모습(왼쪽)과 해왕성의 오로라(오른쪽.

토성의 오로라(왼쪽)와 목성의 오로라(오른쪽.

▲NASA, ESA and M. W·howalter

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