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우주 이야기 1638 - 외계 행성의 대기를 직접 관측할 LIFE 우주 망원경


 (Artist's concept of a habitable exoplanet. Credit: ESO/M. Kornmesser)

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제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 역사상 가장 비싼 망원경일 뿐 아니라 가장 강력한 망원경으로 외계 행성의 관측해 여러 가지 정보를 알아냈습니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 성능으로도 대기를 부분적으로만 관측할 수 있을 뿐 생명체가 그곳에 존재하는지 여부를 확실히 판단하기에는 충분하진 않습니다.

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따라서 천문학자들은 새로운 유형의 망원경이 필요하다고 보고 있습니다. 최근 WM 켁 우주 연구소 (W.M. Keck Institute for Space Studies)은 외계행성 탐사를 위한 대형 간섭계(LIFE, Large Interferometer For Exoplanets) 임무에 대한 보고서를 발표했습니다.

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LIFE는 2040년대에 개발될 주요 우주 망원경으로 "우리는 우주에서 혼자인가?"라는 간단한 질문에 대한 답을 찾는 데 결정적인 답을 줄 것으로 기대되고 있습니다. 하나의 망원경으로는 제공할 수 없는 강력한 분해능을 여러 개의 우주 망원경을 합친 우주 간섭계를 이용해 달성할 수 있기 때문입니다.

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외계행성을 직접 관측하기는 대단히 어렵습니다. 관측 목표인 외계 행성들은 모항성에 매우 가까이 위치해 있는데, 모항성은 외계행성보다 수십억 배나 밝기 때문입니다. 이 문제를 해결하기 과학자들은 코로나그래프라는 장치를 사용합니다.

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코로나그래프는 본래 태양 관측에 사용되던 장치로 최근에는 다른 별의 관측에도 사용되고 있습니다. 원리는 간단히 말해 중앙의 밝은 별을 가려 주변의 행성이나 동반성을 관측하는 것입니다. LIFE와 비슷한 시기인 2040년대 외계 행성의 대기를 관측하기 위해 구상 중인 NASA의 거주 가능 세계 관측소(Habitable World Observatory (HWO))가 코로나그래프 기술을 적용합니다. HWO는 주로 가시광선과 자외선에서 관측하게 됩니다.

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(LIFE 설명)

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가시광과 적외선도 중요한 관측 파장이지만, 거주 가능한 외계행성을 찾는 데 중요한 파장대가 바로 중적외선입니다. 이 파장대는 행성에서 방출되는 열을 감지하는 데 유리합니다. 더욱 중요한 것은 중적외선이 오존, 메탄, 물, 이산화탄소, 심지어 잠재적인 "최종" 생명체 신호로 제안된 포스핀 등 중요한 신호를 감지하는데 적합하다는 것입니다.

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하지만 파장에 관계 없이 외계 행성의 희미한 빛을 감지하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 그렇다고 제임스 웹 우주 망원경보다 훨씬 거대한 망원경을 궤도로 올려보내는 것 역시 현실성이 떨어집니다. 따라서 LIFE 계획은 대안으로 편대 비행 눌 간섭계(formation-flying null interferometry)를 사용합니다 쉽게 말해 여러 대의 작은 우주 망원경이 힘을 합쳐 빛을 수집한 다음 이를 중앙 수집 우주선으로 보내고, 중앙 우주선은 정교한 광학 기술을 사용하여 중심별의 빛을 "제거"하는 동시에 행성 자체의 열 신호를 증폭시켜 관측하는 것입니다. 이를 통해 수십 - 수백 미터 지름의 망원경처럼 빛을 관측할 수 있습니다.

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물론 이것도 쉬운 일은 아니지만, 최근 기술이 발전함에 따라 LIFE 임무의 기술적 실현 가능성은 점점 높아지고 있습니다. 다만 막대한 예산은 해결해야 할 과제입니다. 연구팀은 보고서에서 LIFE와 HWO가 동시에 2040년 대 발사될 경우 예산 중복 낭비가 아니라 훌륭한 협력 관계가 될 수 있다고 지적했습니다. 왜냐하면 HWO는 제임스 웹 우주 망원경처럼 거대한 망원경이고 LIFE는 간섭계로 서로 다른 기술을 사용하기 때문입니다. 따라서 두 가지 기기로 같은 결과를 얻으면 더 확신할 수 있을 뿐 아니라 서로 조금 다른 파장을 보완해 관측 범위를 넓힐 수 있습니다.

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아마도 진짜 문제는 둘 중 어느 것도 아직 예산을 확보하지 못한데 있을 것입니다. 지금 당장에는 어려워도 이 프로젝트들이 실제로 추진될 수 있기를 기대합니다. 앞서 영상으로도 소개한 프록시마 센타우리 b가 아마도 가까운 거리를 감안하면 첫 관측 목표가 되지 않을까 생각합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-06-astronomers-swarm-telescopes-life.html

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https://en.wikipedia.org/wiki/Large_Interferometer_For_Exoplanets

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https://en.wikipedia.org/wiki/Habitable_Worlds_Observatory

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Sascha P. Quanz et al, Exploring Exoplanets with Interferometry, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2606.10108

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