거대마젤란망원경(GMT) 완성 모습(예상도). 지름 8.4m의 거대한 반사경 7장이 특징이다 (사진=한국천문연구원)

GMT는 구경 25.4m의 차세대 초거대망원경으로 2020년대 말 완공을 목표로 하고 있다. 이 망원경은 지름 8.4m, 17톤의 원형 반사경 7장을 벌집모양으로 배치해 25.4m의 단일 반사경과 동일한 성능을 갖는다.

또한 GMT는 제임스웹보다 4배 더 선명한 해상도와 200배 높은 감도를 가진다. 망원경의 성능을 결정하는 중요한 요소인 집광*면적은 368㎡으로, 이는 160km 떨어진 곳에서 동전의 그림을 구분할 수 있는 수준이다.

거대마젤란망원경(GMT) 완성 모습(개념도) (사진=한국천문연구원)

GMT의 반사경은 미국 투산에 소재한 애리조나대학의 리처드 캐리스 반사경 연구소(Richard F. Caris Mirror Laboratory)에서 제작하고 있다. 반사경 하나당 형상 제작부터 표면 정밀 연마까지 약 4년이 소요된다. 첫 번째 반사경은 2012년에 완성됐으며 이어 여섯 번째 반사경까지 순차적으로 제작공정이 진행되고 있다.

GMT의 반사경 제작은 크게 세 단계로 나뉜다. 1단계는 반사경의 기본 형상을 만드는 주조(casting), 2단계는 반사경의 형상을 다듬는 성형(generating), 마지막으로 3단계는 반사경 표면을 다듬는 연마(polishing) 작업이다. 반사경을 만드는 소재인 유리는 온도 변화에 따른 비틀림, 휨, 표면 왜곡 등을 최소화하기 위해 팽창계수가 낮은 특수 유리를 사용한다.

이 특수 유리블록 약 20톤을 주형에 넣어 섭씨 1,165도로 가열하여 녹인 후 고체화되기 전에 주형을 회전시켜 원심력에 의해 상부 표면이 포물면이 되도록 한다. 약 3개월 동안 냉각시킨 유리는 연마의 과정을 거치는데 완성된 반사경 표면의 높낮이 차이는 사람 머리카락 두께의 1,000분의 1보다도 작다.

완성된 반사경들은 칠레 아타카마 사막의 라스 캄파나스 천문대(Las Campanas Observatory)에 있는 GMT 부지로 옮겨 설치된다. GMT가 건설되는 라스 캄파나스 천문대는 청명하고 어두운 하늘과 안정적인 대기조건을 갖추고 있어 남반구에서 천문관측 최적지로 꼽힌다.

주형의 뚜껑을 닫는 모습. (사진=한국천문연구원)

GMT가 가동되면 기존의 대형 천체관측 망원경의 성능을 넘어 천체관측 역사에 한 획을 그을 새로운 시대를 열 것으로 기대하고 있다. GMT는 인류 역사상 가장 먼 우주에 대한 관측으로부터 우주 탄생의 수수께끼를 밝히는 데에 큰 기여를 할 것으로 기대되며, 외계행성의 대기 성분에 대한 정밀한 분석으로부터 생명체가 존재할 수 있는 환경 등 외계생명에 대한 연구에 획기적인 진전을 만들 것으로 기대된다.

가장 최근 완성된 반사경은 내년 초에 실제 크기로 제작된 시험용 반사경 지지시스템에 조립해서 광학 성능 시험을 실시할 예정이다. 이 성능 시험을 표준 삼아 전체 7개의 반사경에 대한 광학 성능 시험을 하게 된다.

거대마젤란망원경(GMT) 완성 모습(예상도). (사진=한국천문연구원)

GMTO 이사회의 한국 대표를 맡고 있는 박병곤 한국천문연구원 대형망원경사업단장은 “2020년대 말 완공을 목표로 하는 GMT는 주반사경뿐만 아니라 망원경의 뼈대에 해당하는 마운트와 적응광학이 적용된 부반사경 등의 제작이 순조롭게 진행되고 있다”며 “한국천문연구원이 참여하는 세계 최대의 망원경을 통해 우리나라 천문학의 수준이 비약적으로 발전할 뿐만 아니라 최첨단의 광학 및 광기계 기술을 확보하게 될 것”이라고 밝혔다.

대형망원경사업단의 교육홍보책임자인 김상철 책임연구원은 “GMT 주경 7장 중 마지막 거울의 공정이 시작된다는 것은 21세기 초거대 망원경 시대를 가장 먼저 여는 첫걸음이라는 의미가 있다. GMT가 완성되면‘우리는 어디에서 왔는가, 우주에는 우리뿐인가’와 같은 질문에 대한 답을 찾아가며 우리나라가 추격자 역할이 아닌 선도자 역할을 하는 데 토대가 되어줄 것”이라고 말했다.