천문학자들이 해당 분야의 연구 발전을 위해 가장 필요로 하는 것은 무엇일까?

연구 기반 뉴스 및 분석 콘텐츠를 제공하고 있는 <더 컨버세이션(The Conversation)>은 28일 (현지 시간) 천체 과학 연구의 방향을 결정하는 과정과 최근 천체 과학 분야에서 집중적으로 연구가 이뤄질 테마들을 소개했다.

미국의 천문학자와 천체물리학자들은 지난 1960년대부터 매 10년 마다 가장 필요한 새로운 장비와 시설에 대한 우선순위를 정하기 위해 다양한 제안을 받고 이를 검토해 관련 예산을 요청하는 보고서를 작성한다.

허블 우주망원경과 허블의 뒤를 이어 지난해 발사된 차세대 우주망원경 제임스 웹이 이런 과정을 거쳐 탄생했다.

가장 최근의 보고서는 “2020년대 천문학 및 천체 물리학의 발전 경로”라는 제목으로 ‘국립 과학 · 공학 및 의학 아카데미’가 지난 2021년에 발간한 것이다.

20명의 관련 주요 위원회 위원과 1000명 이상의 학자들은 특정한 프로젝트의 필요성을 설명하는 573개의 계획서를 검토했으며 총 615페이지에 달하는 보고서를 완성했다.

현재 이를 토대로 미국 의회와 천문학 관련 주요 예산지원 기관인 NASA와 국립 과학재단, 에너지부 등과 예산 논의가 활발히 진행되고 있다.

위원회는 차세대 천문학의 발전과 관련된 24개의 핵심 질문을 검토한 뒤 이를 3가지 주요 테마로 분류했다.

첫째는 지구를 닮은 외계에 대한 연구이다. 그동안 천문학의 발전으로 태양계 외부에서 발견되는 외행성은 폭발적으로 늘어 최근 2년 마다 약 2배로 증가하는 추세다. 현재 알려진 5000개 이상의 외계 행성 중에는 지구와 유사하고 잠재적으로 생명체가 존재할 수 있는 행성이 수 백 개에 달한다.

향후 10년의 주요 연구 초점은 지구와 유사한 외계행성의 대기를 분석하는 일이다. 지상과 우주에 필요 장비가 실린 대형 망원경을 설치해 산소와 같은 가스가 있는 지를 감지하는 것이 목표다.

둘째는 중력파, 소립자, 전자기 복사 등과 관련된 정보를 취합해 우주의 기본적인 천체 물리학에 대한 이해의 깊이를 더 한다는 것이다. 비교적 새로운 분야의 천체 물리학인 ‘메타메신저 천문학’을 더 발전시키는 것이 목표다.

이 연구에는 새로운 장비가 시설이 필요하지는 않으며 연구자들이 더 많이 협력하고 데이터를 공유할 수 있도록 기금을 지원하는 것이 요구된다.

세 번째 테마는 거대하고 복잡한 우주 생태계 시스템을 이해하기 위한 것으로, 은하와 그 중심에 있는 블랙홀의 기원과 진화를 집중적으로 연구한다.

여기에는 더 멀리 떨어진 은하를 찾아내기 위한 거대한 광학 망원경과 블랙홀을 발견하기 위한 전파 망원경이 필요하다.

예산 요구사항 가운데 큰 금액을 필요로 하는 사업은 망원경 개발이다. 오는 2040년 연구 개시를 목표로 우주에 ‘거대한 천문기지’를 건설하겠다는 계획에는 110억 달러(약 13조 4000억 원)가 소요되는 초대형 차세대 망원경을 건설하는 것이 들어있다. 이 망원경의 반사경은 약 6미터로 허블 망원경의 8배에 달하는 크기다.

이와는 별도로 적외선과 X선에 감응하는 이 보다 작은 망원경을 만드는 데 각각 30억 달러에서 50억 달러를 요구하고 있다.

우주 뿐 아니라 지상에도 초거대 망원경 건설이 추진된다. 현재 가동 중인 가장 큰 망원경의 집광면적에 비해 5~7배나 큰 직경 25~30미터에 달하는 광학 망원경을 세우겠다는 것이다. 여기에는 20억 달러의 비용이 필요하다.

이밖에 미국 전역에 걸쳐 263개의 새로운 전파 망원경을 세우는 데 30억 달러의 예산이 요구됐다.