[박종진의 과학 이야기] 라그랑주 점

라그랑주는 18세기 말 프랑스의 수학자이자 천문학자인데 그의 업적을 기리기 위해서 우주 공간에 중력이 평형을 이루는 곳을 라그랑주 점이라고 부른다. 조제프-루이 라그랑주는 에펠탑에 새겨진 프랑스를 대표하는 과학자 72명의 이름 중 하나로 역사에 남았다.     무엇보다도 우주 시대를 맞은 지금 라그랑주 점으로 불리는 우주 공간의 중요한 위치 때문에 요사이 특히 많이 등장하는 용어다. 참고로 2021년 성탄절에 발사돼서 그 성능을 한껏 발휘하고 있는 제임스웹 우주망원경은 라그랑주 점 중 하나인 L2 위치에 자리하고 있다.   지구상에서 망원경으로 우주를 관찰하기는 쉽지 않다. 지구 표면을 둘러싼 대기가 우주에서 날아오는 전자기파를 흡수하고 복사하거나 산란시켜 온전히 지상에 도달하는 것을 방해하기 때문이다. 그런 이유로 망원경을 지구 밖 우주 공간으로 보내서 관측하면 훨씬 효과적인데 천체 간에 작용하는 인력 때문에 망원경이 움직이므로 위치를 바로잡아주는 작업이 필요하다. 그러나 오랜 기간 그런 일을 하기 위해서는 불필요한 연료 소모가 너무 많으므로 천체 간의 중력이 상쇄되는 곳인 라그랑주 점을 이용하면 큰 도움이 된다.   만약 우주망원경이 지구 근처 어딘가에 있다면 당연히 태양의 인력에 영향을 받을 것이 분명하다. 그 움직임을 방지하려면 당연히 로켓을 분사해서 그 반대쪽으로 움직여야 한다. 하지만 한두 번의 조정으로 끝나지 않고 계속해야 한다면 상당한 연료 소모를 피할 수 없다. 그래서 우주 공간에 천체 간의 인력이 균형을 이루는 곳에 우주망원경을 배치해 놓으면 천체의 인력이 평형을 이루어 그 궤도를 공전하는 우주선이나 망원경이 추가 연료 소비 없이 작동할 수 있다.   큰 천체의 중력과 작은 천체의 원심력이 상쇄되는 곳을 라그랑주 점이라고 하는데 우리의 경우 태양을 공전하는 지구 주위에는 L1, L2, L3, L4, L5라고 이름 붙인 총 다섯 곳의 라그랑주 점이 있다. L1, L2, L3는 태양과 지구를 잇는 일직선 위에 있는데 불완전한 평형점이라고 불리며 조금씩이기는 하지만 위치를 수정해 줘야 한다. 현재 사용 중인 곳은 L1과 L2 두 곳이다.   L1; 직선상 태양-L1-지구 순으로 나열된 라그랑주 점 L1은 태양과 지구 사이에 있는데 1995년 미국과 유럽 우주국이 함께 발사한 태양관측위성 SOHO와 중국의 창어 5호가 그곳에 있다. 한쪽이 태양을 향해 있으므로 태양 관찰에 적합한 곳이다.     L2; 태양-지구-L2 순으로 직선상 나열된 라그랑주 점 L2에는 유럽 우주국의 가이아 우주망원경과 NASA의 제임스웹 우주망원경이 있다. 특히 L2는 항상 지구 그림자 안에 있으므로 우주 관측에 아주 유리하다. 그러나 장비가 오작동하거나 고장 나면 머나먼 그곳까지 우주선을 보내서 수리할 수 없는 단점이 있다. 이에 반해 지구 상공 600km에서 한 시간 반마다 지구를 공전하며 천체를 관측했던 허블 우주망원경은 몇 번 우주선을 보내서 수리한 적이 있다.     L3; 태양을 중심으로 지구와 정반대 쪽에 있는 라그랑주 점이다. 거기까지 가기도 힘들고 태양에 가려 통신도 불가능하다.   L4와 L5; 이 두 곳의 라그랑주 점은 완전 평형점이지만, 아직 사용하지 않는다. (작가)     박종진박종진의 과학 이야기 라그랑주 제임스웹 우주망원경 가이아 우주망원경 허블 우주망원경