제임스 웹이 천문학을 어떻게 바꾸었는가: 영어 학습 노트

This is MIRI, the mid-infrared camera onboard the James Webb telescope. 문화 배경

이것은 제임스 웹 우주망원경에 탑재된 중적외선 카메라 MIRI입니다.

Watch what happens when light enters the camera.

빛이 카메라에 들어오면 어떻게 되는지 지켜보세요.

A complex series of mirrors and filters direct and split the light up into different wavelengths,

거울과 필터로 이루어진 복잡한 장치가 빛을 조절하고 여러 파장으로 나눕니다.

which are then resized and directed onto the sensors.

그런 다음 크기가 조정되어 센서로 향하게 되죠.

With this camera,

이 카메라를 통해

Webb can see extremely distant stars and galaxies

웹 망원경은 엄청나게 멀리 떨어진 별과 은하를 볼 수 있습니다.

that are completely invisible to the human eye.

이들은 인간의 눈에는 전혀 보이지 않죠.

This is only possible by cooling the camera down to just 6° above absolute zero. 문화 배경

이것은 카메라를 절대영도보다 불과 6도 높은 온도까지 냉각해야만 가능합니다.

But why does it need to be so cold?

그런데 왜 이렇게까지 차가워야 할까요?

In this video,

이번 영상에서는

we're going to look at how Webb captures infrared light 문화 배경

웹 망원경이 적외선을 포착하는 방법과

and how a simple sound like this

어떻게 이와 같은 단순한 소리를 이용해

is used to cool its camera all the way down to a mind-boggling temperature. 해설

카메라를 상상조차 힘든 온도까지 냉각시키는지 알아보겠습니다.

We'll also be giving away this LEGO ISS model,

또한 이 레고 ISS 모델을 선물로 드릴 예정이니,

so stick around to the end of the video 구동사

영상 끝까지 함께하셔서

to see how you could win.

당첨 방법을 확인해 보세요.

All of the cameras onboard James Webb detect infrared light,

제임스 웹에 탑재된 모든 카메라는 적외선을 감지하는데,

which is invisible to the human eye.

적외선은 인간의 눈에는 보이지 않습니다.

As light travels through space,

빛이 우주를 통과해 이동할 때,

its wavelength is constantly being stretched.

그 파장은 끊임없이 늘어납니다.

If something is far enough away, 문법

어떤 천체가 충분히 멀리 떨어져 있다면,

the light will be stretched so much that it is no longer visible by the time it reaches us. 문법

그 빛이 우리에게 도달할 즈음에는 파장이 너무 늘어나 더 이상 눈에 보이지 않게 됩니다.

This means there is a physical limit on how far we can see into space.

이는 우리가 우주를 볼 수 있는 거리에 물리적인 한계가 있음을 의미합니다.

Since MIRI's sensors are made from arsenic and silicon,

MIRI의 센서는 비소와 규소로 만들어져 있기 때문에,

it can detect this super stretched infrared light and see beyond that limit.

이렇게 극도로 늘어난 적외선을 감지하여 그 한계 너머를 볼 수 있습니다.

These sensors work like regular camera sensors

이 센서들은 일반 카메라 센서와 마찬가지로

by converting photons of light into an electrical signal.

빛의 광자를 전기 신호로 변환하는 방식으로 작동합니다.

But in order to detect the faint signals of infrared light,

하지만 적외선의 희미한 신호를 감지하려면,

the sensors on MIRI have to be extremely sensitive.

MIRI의 센서는 극도로 민감해야 합니다.

Increasing the sensitivity, however, introduces a lot of noise. 어휘 쓰임

그러나 민감도를 높이면 많은 노이즈가 발생합니다.

Whenever we point a camera at something,

우리가 카메라로 무언가를 겨눌 때마다,

its sensor isn't just detecting what we want it to see.

센서는 우리가 보고자 하는 것만 감지하는 것이 아닙니다.

There is so much more light bouncing around us that our eyes simply can't detect.

우리 주변에는 우리의 눈으로는 감지할 수 없는 훨씬 더 많은 빛이 반사되고 있습니다.

This can trick the pixels in the sensor into registering random levels of light, 문법

이것이 센서의 픽셀들을 속여 무작위적인 빛의 수준을 인식하게 만들고,

creating a layer of noise in the image.

이미지에 노이즈 층을 형성하게 됩니다.

If the thing you are looking at has a bright enough signal,

만약 여러분이 관측하려는 대상의 신호가 충분히 밝다면,

it will stand out much more compared to the noise. 구동사

그 신호는 노이즈보다 훨씬 더 뚜렷하게 나타날 것입니다.

However, if the thing you are trying to image is faint,

하지만 관측하려는 대상이 희미하다면,

like the infrared light from a galaxy,

예를 들어 은하에서 오는 적외선 같은 경우라면,

you'll need to increase the sensitivity of the sensor,

센서의 민감도를 높여야만 하는데,

which in turn will drastically increase the noise. 전개 흐름

이는 결과적으로 노이즈를 급격히 증가시킵니다.

Since Webb is detecting infrared light,

웹 망원경은 적외선을 감지하기 때문에,

the problem gets even worse.

이 문제는 훨씬 더 심각해집니다.

Every object in our universe emits heat energy,

우리 우주의 모든 물체는 열에너지를 방출하며,

some of which is in the form of light.

그중 일부는 빛의 형태를 띠고 있습니다.

Most objects aren't quite hot enough to emit visible light,

대부분의 물체는 가시광선을 방출할 만큼 뜨겁지는 않지만,

but they do emit a lot of infrared light.

많은 양의 적외선을 방출합니다.

The hotter the object, 문법

물체가 뜨거울수록

the more infrared light it will emit,

더 많은 적외선을 방출하게 되는데,

which is essentially how thermal imaging cameras work.

이것이 바로 열화상 카메라가 작동하는 기본적인 원리입니다.

Because of this, James Webb itself would emit so much infrared light

이러한 이유로 제임스 웹 자체에서도 엄청난 양의 적외선이 방출되어

that its sensors would be completely drowned out. 구동사

망원경의 센서가 그 빛에 완전히 파묻혀버릴 수도 있습니다.

And so, in order to limit the amount of infrared light produced by the telescope,

그래서 망원경에서 발생하는 적외선의 양을 제한하기 위해,

its cameras need to be kept at a temperature of -234°.

망원경의 카메라들은 섭씨 영하 234도의 온도를 유지해야 합니다.

That is extremely cool,

이는 정말 쿨(cool)한 온도인데요,

just like Wondrium, the sponsor of today's video.

오늘 영상의 스폰서인 Wondrium처럼 말입니다.

Wondrium is a learning platform where you can explore a variety of subjects,

Wondrium은 여러분이 다양한 주제를 탐구할 수 있는 학습 플랫폼으로,

including some of my favorites,

제가 가장 좋아하는 주제들인

technology, science, and space exploration.

기술, 과학, 우주 탐사 등을 포함하고 있습니다.

One of the best ones I came across was the search for exoplanets, 구동사

제가 발견한 최고의 콘텐츠 중 하나는 외계 행성 탐색에 관한 것이었는데,

which tells you all about the technologies and methods

이 영상은 기술과 관측 방식에 대한 모든 것을 알려줍니다.

used to discover new planets beyond our solar system,

태양계 밖의 새로운 행성을 발견하기 위해 사용되는

just like those used on the James Webb telescope.

마치 제임스 웹 망원경에서 사용하는 것처럼 말이죠.

Wondrium offers a diverse collection of videos, tutorials, and documentaries,

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In order for MIRI to operate at -267°, 문법

MIRI가 섭씨 영하 267도에서 작동할 수 있도록,

it's located behind the massive five-layer sunshield.

카메라는 5겹으로 이루어진 거대한 태양 가림막 뒤에 위치해 있습니다.

This alone reflects so much heat

이것만으로도 막대한 양의 열을 반사하여

and cools Webb's cameras down to around -234°.

웹 망원경의 카메라들을 영하 234도까지 냉각시켜 줍니다.

But, since MIRI is much more sensitive than the other cameras,

하지만 MIRI는 다른 카메라들보다 훨씬 민감하기 때문에,

it faces an even bigger problem, dark current. 문화 배경

암전류라는 더욱 큰 문제에 직면하게 됩니다.

This is where the atoms inside the sensor itself vibrate and mistakenly register a photon of light, 전개 흐름

암전류란 센서 내부의 원자가 진동하면서 이를 빛의 광자로 잘못 인식하는 현상으로,

creating more noise.

이로 인해 더 많은 노이즈가 발생합니다.

Since temperature is just a measure of how fast an atom vibrates, 표현 묶음

온도는 결국 원자가 얼마나 빠르게 진동하는지를 나타내는 척도이므로,

lowering the temperature will lower the vibration and therefore reduce the amount of dark current.

온도를 낮추면 진동이 줄어들어 암전류의 양을 감소시킬 수 있습니다.

Even at -234°,

영하 234도의 온도에서도,

the vibration of these atoms would be too much for MIRI's sensor.

이러한 원자의 진동은 MIRI 센서에게 너무 강력합니다.

And so, they have to be cooled all the way down to -267°,

그래서 영하 267도까지 카메라를 냉각시켜야만 하는데,

just 6° above absolute zero.

이는 절대영도에서 불과 6도 높은 온도입니다.

At this temperature,

이 온도가 되면,

the atoms in the sensor are almost completely still,

센서 내의 원자들은 거의 멈춰있는 상태가 되어,

drastically reducing the noise and allowing the faint infrared signals to shine through.

노이즈를 급격히 줄이고 희미한 적외선 신호를 선명하게 포착할 수 있게 해줍니다.

But how did NASA take these sensors all the way down to -267°?

그렇다면 NASA는 어떻게 이 센서들을 영하 267도까지 낮출 수 있었을까요?

The cooling process all starts here,

냉각 과정은 바로 이곳,

at the bottom of the telescope,

망원경 하단에 있는

with a device called a pulse tube. 문화 배경

맥동관(pulse tube)이라는 장치에서 시작됩니다.

Inside these tubes are two pistons,

이 관 안에는 두 개의 피스톤이 들어 있는데,

which move back and forth to compress the helium into the pulse tube. 표현 묶음

이들이 앞뒤로 움직이며 헬륨을 맥동관 내부로 압축합니다.

Since this movement would create a lot of unwanted vibration,

이러한 움직임은 원치 않는 진동을 많이 발생시킬 수 있기 때문에,

these pistons have to move in the exact opposite direction

이 피스톤들은 서로의 움직임을 상쇄할 수 있도록

with precision timing to cancel out each other's movement. 구동사

정확한 타이밍에 맞춰 서로 정반대 방향으로 움직여야만 합니다.

These pistons move very quickly,

이 피스톤들은 매우 빠르게 움직이며,

just like a speaker,

마치 스피커처럼

to create a low-frequency sound wave with a frequency of 30 Hz.

30 헤르츠(Hz) 주파수의 저주파 음파를 만들어 냅니다.

This sound wave travels down the tube

이 음파는 관을 따라 이동하다가

and gets compressed once it reaches the end,

끝에 도달하면 압축되어

creating an area of higher pressure.

고압 영역을 형성합니다.

Then, as it bounces back in the opposite direction,

그런 다음, 반대 방향으로 튕겨 돌아오면서

it expands, creating an area of low pressure

팽창하여 저압 영역을 만들고,

before being compressed once again.

다시 압축되는 과정을 거칩니다.

If the next wave is sent out exactly as the previous one returns, 문법

만약 이전 파동이 돌아오는 정확한 타이밍에 다음 파동이 발사된다면,

it means the frequency perfectly matches that of the tube. 문법

이는 음파의 주파수가 관의 고유 주파수와 완벽히 일치함을 의미합니다.

This creates a standing wave 문화 배경

이로 인해 정상파가 형성되며,

where the areas of high and low pressure remain in the same place.

고압 및 저압 영역이 동일한 위치에 머물게 됩니다.

By tripling the frequency,

주파수를 세 배로 늘리면,

it causes the waves to combine and create a stationary wave

파동들이 결합하여 정지파를 만들어내고,

with multiple areas of high and low pressure.

여러 개의 고압 및 저압 영역이 형성됩니다.

Since temperature and pressure are related,

온도와 압력은 서로 연관되어 있기 때문에,

this also leads to areas of high and low temperature.

이는 고온 및 저온 영역의 형성으로도 이어집니다.

This alone wouldn't change the overall temperature

단순히 이것만으로는 전체적인 온도가 변하지 않는데,

because the hot and cold parts simply cancel each other out.

뜨거운 부분과 차가운 부분이 서로의 온도를 상쇄해 버리기 때문입니다.

But, if there was a way to extract the hot parts, 문법

하지만 뜨거운 부분만 뽑아낼 방법이 있다면,

then the temperature would start to drop.

온도는 떨어지기 시작할 것입니다.

And so, three heat exchangers

그래서 세 개의 열교환기가

made of thin metal sheets 표현 묶음

얇은 금속판으로 제작되어

are placed at the points where the hot and cold gas meet.

뜨거운 가스와 차가운 가스가 만나는 지점에 배치되어 있습니다.

These allow the gas to pass through whilst also absorbing some of its temperature, 어휘 쓰임

이 열교환기들은 가스를 통과시키면서 동시에 일부 열을 흡수하여,

causing a heat gradient to form. 문법

온도 기울기를 형성하게 됩니다.

The heat from the hot side is pulled out

뜨거운 쪽에서 열이 추출되어

and sent to the radiators via a heat exchanger.

열교환기를 통해 방열기로 보내집니다.

Then, the cold temperatures on the other side are also drawn out. 구동사

그러면 반대쪽의 차가운 온도 역시 밖으로 끌어내어집니다.

This causes the temperature to drop from 27° all the way down to -256°

이 과정을 통해 온도는 섭씨 27도에서 영하 256도까지 떨어지며,

at the final heat exchanger.

이는 마지막 열교환기에서 이루어집니다.

But how is this used to cool the sensors located at the opposite end of the telescope?

하지만 이 방식이 망원경 반대편 끝에 위치한 센서를 냉각하는 데 어떻게 사용될까요?

Next to the pulse tube is another set of pistons

맥동관 옆에는 또 다른 피스톤 세트가 있어서,

that compress helium in a completely separate line of tubing.

완전히 분리된 배관 라인 내의 헬륨을 압축합니다.

This line passes through the cold parts of the pulse tube's heat exchangers,

이 배관은 맥동관 열교환기의 차가운 부분을 통과하며,

cooling the helium all the way down to around -256°.

헬륨을 약 영하 256도까지 냉각시킵니다.

But still the helium isn't quite cold enough. 문법

하지만 여전히 헬륨은 충분히 차갑지 않습니다.

From there, the helium goes on a long journey,

그곳에서부터 헬륨은 긴 여정을 떠나,

winding its way up through 10 m of thin tubing until it reaches the cold head assembly. 관용구

콜드 헤드 어셈블리에 도달할 때까지 10미터 길이의 얇은 배관을 따라 굽이쳐 올라갑니다.

Inside, there is another heat exchanger and a tiny hole less than 1 mm in diameter. 표현 묶음

그 내부에는 또 다른 열교환기와 직경 1mm 미만의 아주 작은 구멍이 있습니다.

The helium is pushed through the hole

헬륨이 이 구멍을 통과하면서

and undergoes something called the Joule-Thomson effect. 문화 배경

'줄-톰슨 효과'라는 현상을 겪게 됩니다.

As the gas moves through the hole,

가스가 구멍을 통과할 때,

it gets compressed before quickly expanding on the other side. 문법

가스는 압축되었다가 반대편에서 빠르게 팽창합니다.

This rapid expansion causes the pressure to drop, 문법

이러한 급격한 팽창은 압력을 떨어뜨려,

cooling the gas very quickly.

가스를 매우 빠르게 냉각시킵니다.

This is why blowing air through our mouth is colder

이것이 우리가 입으로 바람을 불 때

if we make a smaller hole with our lips.

입술을 모아 구멍을 작게 만들수록 바람이 더 차갑게 느껴지는 이유입니다.

On James Webb,

제임스 웹 망원경에서는

this cools the helium all the way down to just -267°.

이 현상이 헬륨을 무려 영하 267도까지 냉각시킵니다.

From here, the helium flows on to copper plates attached to the back of MIRI's sensors,

여기에서부터 헬륨은 MIRI 센서 뒷면에 부착된 구리판으로 흘러가,

cooling them down to the required temperature.

센서를 필요한 온도까지 냉각시킵니다.

After that, the helium has done its job 관용구

그 후, 헬륨은 자신의 역할을 다하고

and it flows back down the telescope where the entire process begins again.

망원경 아래로 다시 흘러 내려가며 전체 과정이 새로 시작됩니다.

When NASA began designing James Webb,

NASA가 제임스 웹을 설계하기 시작했을 무렵,

no cryocooler with this level of cooling existed.

이 정도 수준의 냉각 성능을 갖춘 극저온 냉각기는 존재하지 않았습니다.

And so, engineers had to really push the boundaries of physics, 관용구

그래서 엔지니어들은 물리학의 경계를 진정으로 넘어서야만 했고,

all while conforming to the limits of fitting it into a space telescope. 문법

동시에 이 모든 것을 우주 망원경 안에 맞춰 넣어야 하는 한계도 준수해야 했습니다.

And now,

그리고 이제,

time for something really special.

정말 특별한 시간입니다.

The winner of the previous giveaway is Daniel Weinman.

이전 이벤트의 당첨자는 Daniel Weinman 님입니다.

Congratulations.

축하드립니다!

But, as always,

하지만 언제나 그렇듯,

we'll be giving away another awesome space prize in the next video.

다음 영상에서도 아주 멋진 우주 관련 상품을 선물로 드릴 예정입니다.

To win this amazing LEGO space station model,

이 놀라운 레고 우주정거장 모델에 당첨되시려면,

sign up at the link below

아래 링크에서 가입하신 후,

and leave a comment saying how long you think James Webb will operate for. 문법

제임스 웹 망원경이 앞으로 얼마나 오랫동안 작동할지 여러분의 생각을 댓글로 남겨주세요.

Thank you very much for watching

시청해 주셔서 정말 감사드리며,

and I'll see you in the next video.

다음 영상에서 뵙겠습니다.