2022년 7월 12일, 제임스웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope, 2021 ~ )의 첫 사진 공개

제임스 웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope, 2021 ~ )은 NASA, ESA, 캐나다 우주국 (Canadian Space Agency; CSA)이 개발한 허블 우주 망원경과 스피처 우주 망원경의 뒤를 잇는 우주 망원경으로, 주황색의 가시광선부터 근적외선 및 적외선 영역의 관측을 수행한다.
현재 허블 망원경의 관측 범위를 넘어선 더 멀리 있는 오래된 천체를 관측하는 목적 중 하나이기에, 허블의 후계기이다. 또한, 동시에 적외선 우주 망원경이므로 스피처의 후계기이기도 하다.

2022년 7월 12일, 제임스웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope)의 첫 사진이 공개됐다.

수개월 동안의 준비과정을 거쳐 완성한 이번 관측 사진에는 기존 망원경으로는 불가능했던 심우주 은하가 다채로운 색으로 선명하게 담겨 있다.

빌 넬슨 나사 국장은 “지금까지 찍은 우주 가운데 가장 깊은 곳을 촬영한 것”이라고 평가했다.

1990년 발사된 허블 우주망원경의 후계기로 개발된 제임스 웹 우주망원경은 약 100억 달러(13조1천400억 원)를 투입한 역사상 가장 강력한 우주 관측 장비라고 할 수 있다. 현재 지구에서 약 160만㎞ 떨어진 ‘제2 라그랑주 점(L2:태양과 지구 사이에서 중력의 균형을 맞출 수 있는 지점)’에 설치되어 있다.

2021년 12월 25일 우주로 발사된 이후 미세운석 충돌 사고를 겪으면서도 각종 관측 장비 조정과 주경 위치 맞춤을 거쳐 2022년 7월 정식 공개에 앞서 피사체 추적용 센서 ‘FGS(Fine Guidance Sensor)’로 촬영한 테스트 이미지를 공개했다.

공개된 우주 사진은 FGS로 촬영한데다 노광(light exposure) 재조정을 거치지 않은 악조건에서 촬영했음에도 다른 우주망원경에 비해 경이로운 성능을 자랑한다. 아래 이미지를 보면 밝은 별의 중심부가 검게 보이며 픽셀끼리 겹치는 등의 현상이 발생하고 있음을 알 수 있다.

이번에 공개된 풀컬러 사진은 각종 조정을 마친 상태에서 과학 분석용 메인 센서인 NIRCam (Near Infrared Camera·근적외선카메라)를 이용해 촬영한 ‘SMACS-0723 은하단 딥필드’의 모습이다.

다양한 은하가 밀집해 있는 SMACS-0723 은하단은 강력한 중력으로 인한 ‘중력렌즈’ 현상을 관측할 수 있다.

NASA는 이번 우주 사진은 중력렌즈로 인해 보다 먼 위치의 은하들을 확대해 보여준다고 밝혔다.

SMACS-0723 사진은 12.5시간에 걸쳐 촬영한 데이터를 몇 주에 걸쳐 처리한 후 현상한 것이다.

NASA측은 “지금까지 적외선을 이용해 촬영한 우주 이미지 가운데 가장 어두운 천체를 포함한 수천개에 달하는 은하를 포착한 것”이라며 제임스 웹 우주망원경의 압도적인 성능을 강조했다.

제임스 웹 우주 망원경은 기존 지상 망원경이나 우주 망원경이 관측할 수 없었던 아주 먼 거리에 위치한 심우주 천체들을 관측하는 것이 주 목표 중 하나로, 이를 위해 적외선 관측 능력이 매우 뛰어나도록 설계되었다.

반사경의 직경은 6.5미터로 허블의 직경보다 3배 더 커서 훨씬 더 높은 분해 능력을 선사한다. 여기에는 태양의 열과 빛으로부터 거울과 기구를 보호하기 위한 테니스장 크기의 차폐막이 달려 있다. 엔지니어들은 제임스 웹 우주 망원경이 무사히 우주에 도달하도록 거울과 차폐막을 접어 로켓 페어링 내부에 넣을 수 있게 설계하였다. 이는 망원경이 지구에서 150만 킬로미터 떨어진 최종 목표 궤도로 이동하는 발사 후 펼쳐진다.

또한 외계 행성의 대기를 통과한 빛을 관측해서 외계 행성의 대기 조성 및 환경에 대해서 제대로 연구할 수 있을 것으로 기대된다. 제작에는 노스롭 그루먼이 주도적으로 참여하고 있다. 원래는 “차세대 우주 망원경 (NGST; Next Generation Space Telescope)”이라 불렸으나, 2002년 NASA 제2대 국장인 제임스 에드윈 웹의 이름을 따서 현재 이름이 되었다.

개발 배경

허블 우주 망원경이 1990년에 가동하기 시작하면서 NASA에서는 후계 망원경에 대한 논의가 시작되었다. 마침 세계적인 관심이 우주론으로 쏠린 것도 있었고, 올라가고 보니 너무나도 좋은 성능을 보여 준 탓에 일단 큰 걸 만들더라도 사이즈를 좀 줄여서 지구 밖으로 보내자는 여론이 조성되면서 1996년, 허블 망원경의 수명이 다할 것으로 예상되는 시기에 쏘아올릴 거대 우주 망원경을 계획하였다.

그리하여 허블 망원경이 볼 수 없는 더욱 깊은 우주를 볼 수 있는 망원경을 만들자는 일념하에 개발 프로젝트를 시작하였고, 2002년에 과거 아폴로 계획을 헌신적으로 지원했던 제임스 에드윈 웹 NASA 제2대 국장의 이름을 따 ‘제임스 웹 우주 망원경 (JWST)’으로 프로젝트명을 결정했다.

주요 임무

제임스 웹 (JWST)의 임무는 빅뱅에 의한 것으로 추정되는 우주의 탄생과 기원을 이해할 수 있도록 과학적 관측 자료를 수집하는 것이다. NASA가 밝힌 JWST의 주요 관측 활동은 4가지 테마에 따라 진행된다.

초기의 우주 (Early Universe)
은하의 변천 (Galaxies over Time)
항성의 생명주기 (Star Lifecycle)
외계의 발견 (Other Worlds)

NASA는 JWST 운영 초기 12개월을 일반 제안서 관측 (GO), 개발 기여 집단에 할당되는 시간의 제안서 관측 (GTO), 연구소장이 재량으로 쓸 수 있는 시간의 데이터 선공개 제안서 관측 (DD-ERS)으로 구성된 사이클 1 (Cycle 1)에 따라 행한다. 이러한 세 종류 프로그램 가운데, GO 및 DD-ERS는 무기명 전문 평가단의 이중 심사에 의해 세부 임무가 선별되며, GTO는 천체 과학자에게 일정 시간이 보장된 관측 임무이다. 특히, DD-ERS 관측은 운영 초기 5개월 간 과학자 그룹을 통한 시급한 연구 분석이 필요할 경우 배정된다.

발사

첫 계획의 수립 시 설정된 발사 목표는 2007년이었지만, 연이은 과학적 접근의 착오와 예방할 수 있던 기술적 오류로 전반적인 개발이 수 차례 지연되면서 엄청나게 밀렸다.

2018년 10월로 발사 예정일이 잡혔지만 2017년 9월 29일부로 2019년 3월로 연기되었고, 이후 2018년 3월 27일부로 2020년 5월로 또 연기되었고, 이후 2018년 6월 27일부로 2021년 3월 30일로, 2021년 10월 31일, 2021년 12월 22일 이후 2021년 12월 15일부로 2021년 12월 24일 이후로 연기되었고, 마지막으로 2021년 12월 22일부로 2021년 12월 25일로 연기되었다.

원래는 2014년경을 목표로 계획이 수립되었으나 예산 문제로 수차례 지연되었다. 그나마 허블의 하드웨어 및 소프트웨어를 업그레이드하는 방식으로 시간 공백을 메우기는 했지만 천문학자들이 오랜 세월 걱정이 이만저만이 아니었다. 이후 제임스 웹 망원경 제작에 속도가 붙으면서, 우주왕복선 프로그램 종료 후 불가능해진 허블 망원경 유지 관리에 긴장하던 나사와 천문학계는 비로소 차세대 우주 망원경을 기대할 수 있게 되었다.

2016년 11월 광학 부분이 완성되었다.

2019년 8월 말 전체 조립이 완료되었다.

2020년 코로나19 등 요인으로 여러 차례의 연기를 거쳐 결국 2021년 12월 22일로 발사일이 정해졌다.

그러나 2021년 12월 15일, 12월 22일에 할 예정이었던 발사를 12월 24일 이후로 또 연기했다. 이후 또다시 12월 24일로 발사 일정을 확정했지만, 최종적으로는 12월 25일로 결정되었다. 발사체는 아리안 5, 발사 장소는 프랑스령 기아나에 있는 기아나 우주센터이다.

2021년 12월 25일, 프랑스령 기아나 현지 시각 오전 9:20, 한국 시각으로는 오후 9:20에 발사하였다. 계획된 궤도를 따라 아주 안정적으로 라그랑주점을 향하여 이동을 시작하였으며, 추진체의 카메라에 태양광 반사판이 전개가 되는 모습을 마지막으로 더 이상 지구에서 제임스 웹 망원경을 볼 수 없게 되었다. 분리되기 직전 속도는 9.58km/s, 고도 1,376km 지점에서 아리안 5 로켓과 분리되었다 (T+ 00:27:07).

발사 약 1개월 뒤 라그랑주 점에 도착하여 위치 안정과 각종 점검을 거친 뒤 본격적으로 지구에 관측 결과를 보냈다.

2022년 2월 18일에는 제임스 웹 망원경보다 8년 앞선 2013년 12월 발사돼 먼저 라그랑주점 L2에서 천체를 관측 중인 가이아 우주 망원경이 약 100만 km 떨어진 제임스 웹을 포착, 동년 3월 16일 ESA에서 관련 이미지를 공개했다. 참고로, 제임스 웹과 가이아 우주 망원경은 서로 40만 km~110만 km 거리를 두고 L2에서 공전하게 된다.

한편, 제임스 웹 망원경의 발사 이후의 위치와 임무 준비 및 관측 계획은 NASA의 홈페이지에서 확인 가능하다.

관측 업적

.2022년

2월 10일: 제임스 웹 망원경 (JWST)가 촬영 테스트를 시작했다. 큰곰자리의 별빛을 포착하는 데 성공했고, 셀카까지 찍었다. 앞으로 몇 달에 걸쳐서 주경 정렬을 한 후 본격적인 관측을 시작한다.
3월 11일: 18개 주경의 초점 정렬을 실시한 후 시험 가동을 통하여 2MASS J17554042+655127을 촬영했다.
3월 18일: NASA에서 소모된 연료량을 계산한 결과 아리안 5가 매우 정확하게 궤도로 올려보내 준 덕분에 자세 및 궤도 조정을 위해서 필요한 연료를 아낄 수 있게 되었다. 이 덕분에, 기존의 10년에서 20년으로 수명을 늘릴 수 있을 것으로 보고 있다.
3월 30일: 허블 우주 망원경이 지금까지 발견한 개별 항성 중 가장 먼 항성으로 추측하는 개체인 WHL0137-LS/Earendel을 발견하였다. 추후 이를 JWST가 자세히 관측할 계획이다.
5월 9일: 스피처 우주 망원경과 동일하게 대마젤란은하를 찍은 사진의 해상도 비교 샷이 업로드되었다.

6월 1일: NASA와 ESA는 JWST의 첫 공식 관측 사진이 7월 12일 공개된다고 발표했다. 다음 달 12일에 공개될 이미지와 자료는 천체의 특징을 가늠할 수 있는 화상군과 관측된 천체의 스펙트럼을 담은 분광 관측 데이터이다.
6월 8일: JWST의 세그먼트 C3 주경이 5월 23일에서 25일 사이, 모래 알갱이보다 작은 크기의 미소 유성체 (micrometeoroid)와 충돌한 것으로 나타났다. 이번이 JWST의 여정 시작 이후 5번째이자 가장 큰 미소 유성체 입자의 충돌로써 웹 망원경 관측 자료에서 작게나마 영향이 감지됐지만, 내달 12일 최초의 관측 사진을 공개하는 일정 등에 대한 영향은 일단 없다고 한다.
6월 21일: 6월 넷째 주부터 일정이 잡힌 DD-ERS 프로그램 일부에 대해 관측에 나서고 있다. 이날 M92에 1.95시간을 할당하여 관측하였다.
6월 25일: 첫 번째 관측 계획 사이클에 대해 공개되었다. 대부분 항성 주위를 가깝게 도는 불지옥 행성들이다. 하지만 지구처럼 생명체 존재 가능성이 있는 행성도 관측 대상에 포함되어 있다. 하나당 10~30시간 정도의 관측 시간이 주어졌다.

7월 8일: NASA는 12일 온라인을 통해 풀 컬러 이미지와 분광 데이터로 최초 공개되는 JWST 관측 대상 목록을 공지했다. 그 가운데는 우리에게도 잘 알려진 용골자리 성운 (Carina Nebula), 남쪽 고리 성운 (Southern Ring Nebula), 스테판의 5중주 (Stephan’s Quintet)와 더불어 WASP-96 b와 SMACS 0723이다.
7월 11일: 미국 동부 표준시 오후 5시 30분 (한국 시간 12일, 오전 6시 30분), 조 바이든 대통령이 백악관에서 열리는 JWST Preview 행사에서 직접 최초의 JWST 풀 컬러 이미지로써 SMACS 0723 (12일 발표 목록 중 하나) 은하단을 공개했다. 허블 망원경이 찍은 허블 울트라 딥 필드 시리즈의 후속기 버전이라고 할 수 있다. 다만 은하단을 타깃으로 하였으므로 성격 자체는 울트라 딥 필드의 자매 프로젝트인 허블 프론티어 필드에 가깝다고 할 수 있다.

7월 12일: NASA는 NGC 3132 (일명 남쪽 고리 성운 또는 팔렬 성운, Caldwell 74)를 포함한 제임스 웹 우주 망원경의 첫 번째 관측 사진을 공개하였다.
7월 14일: 예정대로 NASA는 JWST의 커미셔닝 데이터를 공개했다. 미컬스키 우주 망원경 아카이브 (MAST)에서 엠바고가 걸리지 않은 모든 관측 자료의 메타데이터에 대해 접근이 가능하지만, 관측 제안서를 낸 연구자가 독점하는 데이터는 즉시 이용이 불가능하고 독점 기간이 끝난 후 이용 가능하다. 탐사 데이터는 하루에 두 번 심우주 통신망 (DSN)을 통해 지구로 전송되는데, 그 속도는 망원경 저장 장치의 용량 관리와 DSN의 자료 전송 평균 속도에 좌우된다.
7월 19일~25일: 최근 한 달 간의 본격적인 관측에서 적색편이가 10에서 최대 20으로 추정되는 초기 은하들이 다수 발견되어 Nature 등을 포함한 천문학계 최고 권위 학술지들에 제출되었고 현재 동료 심사 중이며, 제출본이 arXiv에 공개되었다. 이러한 은하들의 적색편이는 분광학적으로 확인한 가장 초기의 은하인 GN-z11보다도 큰 것 (333억 광년에서 최대 359억 광년)으로 여겨지지만, 측광으로 적색편이를 추정한 것이기 때문에 후속 관측으로 스펙트럼에서 적색편이를 확인하는 절차가 필요하다. 은하가 아무리 멀리 떨어져 있어도 원소의 고유 분광 스펙트럼은 같기 때문에, 정확한 적색편이를 얻기 위해서 원자에서 나오는 분광 스펙트럼을 조사해서 고유의 스펙트럼이 얼마나 이동했는지를 확인하는 것이다. 측광으로 얻은 데이터는 고유 분광 스펙트럼을 확실하게 얻을 수 있을 정도로 정확하지는 않아 확률적으로 적색편이를 추정하며, JWST에 달려 있는 분광기인 NIRSpec을 활용한 추가적인 관측을 통해 정확한 적색편이를 얻어야 한다.

8월 2일: 수레바퀴 은하 (Cartwheel Galaxy)를 찍어서 이미지를 공개했다. 이 성과로 인해 1994년 허블 우주 망원경이 찍은 이미지와 비교 연구가 가능해졌다.

9월 7일: 타란튤라 성운의 관측 결과를 공개하였다. 그리고, 항성 ‘HIP 65426’의 외계행성 ‘HIP 65426 b’의 관측 결과도 같이 공개하였다.
9월 21일: 해왕성의 고리와 위성 7개 (트리톤/갈라테아/네레이드/탈라사/라리사/프로테우스/데스피나)를 선명하게 포착하는 데 성공했다. 특히 고리는 1989년 보이저 2호의 탐사를 통해 최초로 존재를 확인하긴 했지만, 너무 옅은 데다 거리가 멀다는 문제 때문에 지구에선 도저히 손을 못 대고 있었는데 약 33년 만에 관측 및 촬영을 이뤄냈다는 게 돋보인다.
9월 28일: 관측 장비 중 하나인 NIRCam의 파이프라인 캘리브레이션 초기 버전이 정확하지 않아서 제임스 웹의 초기 관측을 분석한 연구 논문들이 대대적으로 수정되어야 했다는 네이처 보도가 나왔다.지난 7월 말, 제임스 웹의 데이터에서 고적색편이 은하 후보가 많이 발견되는 추세에 관해서 이상함이 감지되고 있었는데, 알고 보니 관측 데이터가 덜 보정되어서 실제로는 조금 가까울 고적색편이 은하 후보를 좀 더 먼 고적색편이 은하 후보로 오인하고 있었던 것. 이미 7월 말에 발견된 원거리 은하 후보 몇 개는 저널 제출 전에 아카이브에 게재된 프리프린트 논문이 수정되어서 측광 적색편이가 처음보다 줄어든 상황이다. 8월 이후부터 나온 논문은 이러한 이슈를 인지하고 따로 처리했기 때문에 해당 사항이 없는 경우가 많다.

10월 11일: NIRCam으로 20.42시간에 걸쳐 허블 울트라 딥 필드를 관측했다.
10월 19일: 수리 성운의 창조의 기둥 관측 사진을 공개했다
11월: WASP-39 b의 대기 분자의 존재와 광화학반응까지 처음으로 밝혀냈다.
2022년 4분기: Cycle 1 초기 단계에 배정된 특정의 과학목적 탐사 과제는 마무리하고, 정상적인 운영 단계로 전환을 시작한다. 이 시기에, 당초 약 5개월로 계획된 긴급 과제를 수행하는 DD-ERS 프로그램은 마감하고 GO/GTO 프로그램 중심의 탐사 과제에 집중한다는 뜻으로 보인다.

.2023년

1월 31일: JWST Cycle 1 (시운전 단계, Commissioning) 후속의 Cycle 2 과학 탐사용 세부 프로그램에 대한 천문학 전문가 집단의 제안서 접수를 마감한다. NASA 측은 전 세계 천문학자들이 그간 의문을 품었던 JWST의 성능이 7월에 공개한 커미셔닝 결과에 따라 얼마나 좋은지 실감하게 되었기에, Cycle 2의 탐사 제안은 Cycle 1 보다 ‘훨씬 더 모험적인’ 과제로 제출해 주길 바란다고 밝혔다.
센타우르스 소행성군에 있는 소행성 10199 커리클로를 자세히 관측하였다. 제임스 웹은 이 소행성의 고리가 배경 별 앞을 지나가는 엄폐 현상 (occultation)을 관측하였다. 이번 관측에서는 커리클로 표면의 결정체 얼음에 대한 명확한 증거를 보여주고 있다.
카멜레온자리에 있는 분자 구름 (암흑성운) 관측 임무를 수행하였다. 관측 스펙트럼 데이터를 통해서 물과 같은 단순한 얼음 이외에도 이산화탄소, 암모니아, 그리고 메탄 등 가장 단순한 형태의 분자와 복합 유기물 분자인 메탄올에 이르기까지 광범위한 분자가 얼어 있는 모습의 형태로 존재하고 있음을 식별했다. 또한 이 관측을 통해 연구 팀은 메탄올보다 더 복잡한 분자들에 대한 존재 증거도 발견했다.
앞서 공개한 SMACS J0723.3-7327의 데이터를 추가 분석한 결과 은하단의 중력으로 발생한 중력 렌즈로 증폭된 배경 은하의 빛에서 최초로 적색편이 값이 z = 20이 넘어가는 은하 F200DB-045를 발견했다. z = 20.4로 거리를 역산하면 약 361억 광년이 떨어져 있다는 결과가 나오게 된다.

5월. 남쪽 물고기자리에 있는 별인 포말하우트 Fomalhaut 주변에서 세 번째 디스크를 발견했다.
토성의 위성 엔셀라두스의 거대 수증기 기둥을 관측하였다. NASA의 표현을 옮기면 “로스앤젤레스에서 부에노스아이레스 간 거리보다 긴” 길이라고 한다. 이 관측을 통해 엔셀라두스가 토성의 고리에 물을 직접 공급하고 있음이 확인되었다.
6월: 1,350광년 떨어진 행성인 d203-506 에서 DNA 생성에 필수적인 메틸 양이온이 관측되었다. 또, 네덜란드 흐로닝언 대학의 피에루이기 리날디가 이끄는 국제 연구 팀은 제임스 웹 우주 망원경의 중적외선 장치 (MIRI)를 이용한 MIRI European Guaranteed Time 관측에서 초기 우주의 재이온화기 (Epoch of Reionisation)의 빛을 포착했다.
7월 3일: 바다뱀자리-센타우루스자리 초은하단에 위치한 특이은하인 NGC 3256의 관측 임무를 수행하였다.
7월 6일: 백조자리와 세페우스자리의 경계선에 위치한 NGC 6946 (불꽃놀이 은하)에서 발견된 초신성 SN 2004et, SN 2017eaw의 초신성 잔해의 관측 임무를 수행하였으며 해당 관측에서 SN 2004et의 잔해에 5,000 지구 질량의 성간 먼지가 존재한다는 것이 밝혀져, 실제로 초신성 이후에도 성간 먼지가 흩어지지 않고 살아남을 수 있다는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다.
7월 7일: 심우주의 적색편이 관측 결과 우주의 나이는 약 260억 년으로 추정된다는 값이 관측되었다.
7월 8일: 우주진화조기방출과학 조사 (CEERS)에서 조사된 11개의 활동성 초대질량 블랙홀에 대한 관측 임무를 수행하였으며, 특히 CEERS 1019 초대질량 블랙홀의 나이가 무려 132억년인 것이 밝혀지면서 빅뱅에서 불과 5억 7천만 년밖에 되지 않은 짧은 시간 안에 블랙홀이 생성될 수 있음이 밝혀졌다.
7월 20일: 전갈자리와 뱀주인자리에 위치한 뱀주인자리 로 분자운 복합체에 위치한 뱀주인자리 로 성운의 관측 임무를 수행하였다.
7월 20일: 127억 년 전의 원시은하 JADES-GS-z6 관측 임무를 수행하였다. 해당 관측에서 JADES-GS-z6 은하에 탄소 성분이 포함되어 있다는 흔적이 발견되었는데, 이는 빅뱅 이후 불과 10억 년밖에 되지 않는 짧은 시간에 다환 방향족 탄화수소 같은 복잡한 유기화합물이 형성되었다는 증거 중 하나라고 한다.
7월 25일: 센타우루스자리의 원시 행성 디스크를 가지고 있는 황소자리 T형 별인 PDS 70 관측 임무를 수행하였다. 해당 관측에서 관측사상 최초로 암석행성 형성 영역에서 물 (정확하게 말하자면 수증기)이 발견되었다.
7월 26일: 돛자리의 허빅-아로 천체인 HH 46/47 관측 임무를 수행하였다. 해당 관측에서 이때까지는 성간가스로 인해 선명하게 관측이 불가능했던 HH 46/47을 선명하게 촬영하는데에 성공했다.
7월 31일: 궁수자리에 위치한 불규칙 은하인 NGC 6822 (바너드 은하) 관측 임무를 수행하였다.
8월 9일: WHL0137-LS (에아렌델) 관측 임무를 수행하였으며, 해당 관측에서 에아렌델이 태양보다 2배 더 뜨겁고, 수백만배 더 밝은 거대한 B형 별임이 밝혀졌다.

8월 22일: 거문고자리에 위치한 행성상성운인 고리 성운 관측 임무를 수행하였다.
8월 30일: 사냥개자리에 위치한 정상나선은하인 소용돌이 은하 (M51) 관측 임무를 수행하였다.
8월 31일: 대마젤란은하에 위치한 초신성 잔해인 SN 1987A 관측 임무를 수행하였으며, 해당 관측에서 이때까지는 관측하지 못한 초신성 폭발에서 분출된 가스의 외부층의 일부로 생각되는 작은 초승달 모양의 구조가 발견되었다.
9월 11일: 지구 질량의 8.6배에 달하는 질량을 가지고 있는 K2-18b 관측 임무를 수행하였으며, 해당 관측에서 K2-18b 행성의 대기 성분에 이산화탄소와 메테인이 포함되어 있다는 것이 발견되었다. 이는 K2-18b 행성에 바다가 존재할 가능성을 뒷받침해주는 증거 중 하나라고 한다. 또한 지구상에서는 미생물에 의해서만 생성되는 디메틸 황화물이 K2-18b에 존재한다는 증거를 포착했다.
9월 14일: 페르세우스자리에 위치한 IC 348에 위치한 허빅-아로 천체인 HH 211 관측 임무를 수행하였다.
9월 22일: 유로파 관측 임무를 수행하였다. 해당 관측에서 유로파의 얼음 지각에 지하 바다에서 기원한 것으로 추정되는 이산화탄소가 존재한다는 것이 밝혀졌다.
9월 30일: JWST Cycle 1 커미셔닝을 완료하고, 동년 10월부터 Cycle 2 탐사 프로그램을 개시할 예정이다.
10월 2일: 오리온 성운 중심부 관측을 수행하였으며, 해당 관측에서 오리온성운의 성간가스에 가려져 보이지 않던 OMC-1 분자운을 관측하는 데 성공했다. 또한 오리온자리 성운 내부에서는 목성 크기의 물체 40여 개가 감지되었다.

.2024년

고장 이력

.2022년

9월 20일 공식 블로그를 통해 중적외선 관측 장치(MIRI)의 중해상도 분광 (Medium-Resolution Spectroscopy, 이하 MRS) 기능을 하는 기구에 문제가 생겼음을 공표했다. 문제가 발생한 것은 공식 발표보다 한 달 정도 이른 8월 24일이며, 관측 장치가 MRS 기능으로 볼 수 있는 중적외선에서 긴 파장을 분광할지 짧은 파장을 분광할지 선택하는 기구 (grating wheel)가 기계적으로 뻑뻑하게 작동하는 증상이 감지되어 MRS를 사용하기로 예정된 관측들이 모두 일시 중지되었다. 사전에 하드웨어 상태를 체크하고 문제를 살펴본 후, 9월 6일에 오작동을 검토하는 위원회가 소집되어 최선의 해결 방향을 검토하였다고 한다. MIRI의 또 다른 기능인 중적외선 이미징, 저해상도 분광 (Low-Resolution Spectroscopy, LRS), 코로나그래프 이미징은 MRS와 별개이기 때문에 정상적으로 관측을 수행하고 있다.
9월 22일 스페이스뉴스 보도에 의하면 프로젝트 관계자들은 MRS의 기능이 정상화되는 데 오랜 시간이 걸리지 않으리라 확신하고 있다. NASA 본사의 JWST 프로그램 과학자 에릭 스미스 (Eric Smith) 교수는, 제임스 웹 엔지니어들은 MRS 기능이 뻑뻑하게 작동하는 문제가 향후 그 장치를 못 쓰게 하지는 않으리라 생각하고 있으며, MRS 기능을 중지한 것은 그것의 원인을 규명하고자 여러 방면의 주의에서 비롯된 결정이라고 밝혔다.
11월 8일, 지난 8월 24일에 문제가 발생했던 MIRI 중해상도 분광 (MRS) 기능이 원상 복구되었다는 소식이 NASA 제임스 웹 블로그를 통해 전해졌다. 장비의 문제점을 진단한 엔지니어들은 특정 조건에서 그레이팅 휠 중앙의 베어링을 구성하는 부품들의 접촉력이 커지면서 마찰이 증가한 것으로 결론 내렸고, 이를 토대로 관측을 진행하는 동안 장치가 손상되지 않게끔 하는 방법을 개발하고 검증하였다. 테스트는 11월 2일에 이루어졌으며, 휠의 마찰은 엔지니어들의 예상대로였다. MRS 관측은 11월 12일 토성의 극지방을 관측하는 것을 시작으로 재개된다.

허블 우주 망원경과의 차이

허블 우주 망원경은 직경 2.4m의 단일 반사경을 사용하지만, 제임스 웹 망원경은 그보다 집광 면적이 7.3배 더 넓은 직경 6.5미터의 반사경을 쓴다. 이렇게 큰 망원경을 그대로 운반할 수 있는 발사체가 아직 없기 때문에 18개의 1.3m 짜리 작은 정육각형 반사경으로 나눠서 구겨 넣고 발사해 나중에 펼쳐서 조합해서 큰 반사경으로 쓴다. 반사경의 재질도 유리가 아니라 가볍고 강하고 열 변형이 적고 적외선 반사 능력이 뛰어난 베릴륨을 소재로 금을 코팅한 거울을 쓴다. 덕분에 반사경은 훨씬 커졌지만 망원경 전체의 무게는 6.5t으로 허블의 절반밖에 안 된다.

빛이 망원경을 통해 이동하는 경로를 보여주는 영상.
광학적으로도 허블은 반사경이 두 개인 (주 반사경+2차 반사경) 리치-크레티앵 (Ritchey – Chrétien) 방식을 쓰는데, JWST은 3차 반사경까지 쓰는 코르슈(Korsch) 방식이라 허블 망원경보다 시야가 월등히 넓고 모든 광학적 수차를 없앴다. 바로 KH-11 키홀 스파이 위성 등이 쓰는 망원경의 방식이다. 시야가 넓으니 한정된 시간에 넓은 영역을 관측할 수 있어서 훨씬 효율적이다. 우주 망원경이라 대기의 교란은 없으므로 적응광학 장치는 필요없지만, 중력이나 태양풍 등의 영향으로 가끔 기계적 조정은 필요하므로 능동광학장치로 반사경을 미세 조정할 수 있다.

허블 우주 망원경의 주된 관측 영역은 가시광선과 근적외선 정도였다. 하지만 허블보다 더 멀고 희미한 천체를 관측하려면 반사경이 커야 하는 건 물론이고, 관측 영역도 가시광선보다는 적외선 영역을 관측하는 게 좋다. 그리고 가시광선 관측은 이미 적응광학 기술 등으로 개선된 지상의 초대형 지상 망원경이 더 잘할 수 있으므로, 우주 망원경은 대기의 수증기 등의 흡수로 지상 망원경으로는 관측하기 어려운 적외선 영역을 관측하는 것이 더 효과적이다. 그래서 허블의 후계자인 제임스 웹 망원경은 주로 적외선을 관측하게 설계되었다. 다만 반사경이 커졌지만 적외선을 주로 관측하니 파장도 길어져서 회절은 상쇄되어 해상도는 비슷하게 유지되었다.

그런데 적외선 영역은 상온 수준의 낮은 온도의 물체도 쉽게 뿜는다는 특징이 있다. 즉 망원경이 열을 받으면 렌즈와 필름 속에서 플래시 터지는 카메라 꼴이 되어 관측이 불가능해진다. 그러므로 망원경의 온도를 항상 절대온도 40K (섭씨 -233도) 정도로 크게 낮춰야 한다. 이를 위해 망원경의 아래쪽에 마치 천막처럼 보이는 5겹의 차양을 설치해 태양으로부터 오는 직사광선과 지구로부터 오는 복사열선을 차단하고, 관측 시에는 차양 쪽을 태양과 지구를 향하게 하고 관측한다. 발열을 막기 위해 11밀리와트급 초저전력 컴퓨터를 사용한다.

그런데 고정된 차양 하나로 태양 빛과 지구 빛을 동시에 차단해야 하므로 태양과 지구의 상대위치가 계속 변하는 지구 중심 궤도는 부적합하고 태양과 지구가 언제나 같은 방향에서 보이는 궤도에 있어야 한다. 그게 바로 태양을 공전하게 만드는 것이다. JWST의 궤도 반지름은 마치 지구가 태양을 공전하는 궤도를 반지름만 1% 가량 확장한 수준이다.

이 때문에 지구-태양의 라그랑주점 L2 근처가 선정되었다. L2 지점과 지구와의 거리는 약 150만 km로, 달까지의 거리의 3.9배 정도이고 지구 반지름의 235배, 허블 우주 망원경 고도의 2680배다. 이는 지구에서 나오는 적외선의 영향을 최소화하기 위해서 선택된 지점이라고 한다. 추가로, 기존 허블이 지구에 가려서 관측할 수 없는 시간대까지 무시하고 상시 관측을 진행할 수 있는 능력을 얻었다. L2 궤도를 유지하기 위해 지구 궤도에 올라가 있는 우주정거장들 같이 별도의 궤도 유지 추진체가 있으며, 추진체는 10년간 충분히 사용할 수 있는 용량의 분사 능력을 가지고 있다. 단, L2는 불완전 평형점이기 때문에 그냥 두면 태양풍의 압력과 중력의 영향으로 인해 점차 위치를 벗어나게 된다. 따라서 위치 유지에 연료를 소모하는데 연료가 다하면 망원경의 사용 수명이 끝난다. 임무 기간/설계 수명은 5년이고, 목표 수명은 10년 정도로 잡고 있다. 냉각에 따로 헬륨 등 냉각제를 소모하지 않으므로 냉각재는 수명과 관계없다.

정확한 궤도는 딱 L2 지점은 아니고, L2 지점을 중심으로 지구의 공전 궤도면과 직각인 궤도를 마치 바람개비나 바퀴처럼 남북 방향으로 돈다. 궤도 반경은 달의 공전 궤도 반경보다 약간 큰 40만 km 정도이고, 공전주기는 6개월이다. 그래서 허블과는 달리 지구나 달의 그림자에 가리지 않고 항상 태양 빛을 받아 태양전지로 2kW를 발전한다. 이런 궤도는 태양 입장에서 지구를 바라보면 햇무리나 광배 비슷해서 헤일로 궤도 (Halo Orbit)라고 한다. 이 궤도의 좋은 점은 계절에 관계없이 지구에서 본 하늘에서의 위치는 일정하다는 것이다. 지구의 자전축이 기울어져 있어서 계절마다 변하는 고도를 궤도 운동으로 상쇄하는 셈이다. 그래서 지구상의 일정한 위치에서 일정한 시간에 매일 교신하기에 유리하다.

문제는, 너무나도 멀리 떨어져 있기 때문에 문제가 생기면 그대로 버려야 한다는 것. 허블의 경우 문제가 발생하면 우주왕복선을 띄워서 수리를 할 수 있었지만, 제임스 웹은 너무 멀어서 불가능하다. 스타십이나 SLS 로켓 같은 인류 역사상 최고 스펙의 로켓에 루나 게이트웨이의 인프라까지 이용하는 미션, 혹은 간략한 무인 보급선을 보내 연료 정도만 재보급하는 수준의 미션을 구상해볼 수도 있겠지만 아마도 그냥 새것 하나 새로 설치하는 것보다도 많은 비용이 들어갈 가능성이 높다. 다만 제임스 웹 망원경의 제작 비용이 너무 커졌기 때문에 버리는 것보다는 고쳐서 쓰는 게 낫다는 주장도 있다. 어쨌든 절대로 실패하지 않도록 여러 겹의 안전 장치를 하고 철저하게 시험해야 했기 때문에 비용과 시간이 많이 들었다. 참고로, 케플러 우주 망원경도 2013년에 망원경의 구동부가 반쯤 고장났고, 이 때문에 천체를 제대로 조준할 수 없는 상태가 되었다. 수리가 불가능했기에, 이후 수명을 다할 때까지의 5년 동안은 남은 2개의 반작용 휠과 태양 복사압까지 받아다 쓰며 관측을 계속했다.