‘망원경은 눈으로 들여다보는 거 아니야?’ ‘구름 낀 날에는 관측 못하겠네?’
대답은 NO!!
이러한 상식적인 이야기를 깨는 망원경이 존재한다. 그 정체는 바로 전파망원경이다.
인간이 우주를 탐구하는데 사용하는 망원경은 실제로 그의 쓰임부터 관측 파장까지 다양한 종류가 존재한다. 많은 사람들이 망원경이라고 하면 가장 먼저 떠올리는 광학망원경, 우주에서 성실히 자신의 임무를 수행하는 자외선망원경, X선망원경 등의 우주망원경, 외계인과 통신할 것처럼 생긴 전파망원경까지. 그 중에서 가장 생소한 전파망원경에 대해 알아보자.
#1 전파? 전파망원경? 그게 뭔데?!
일상생활에서 전파라는 말은 휴대폰 전화가 안 터질 때 “전파가 안 잡혀!!” 정도로 쓰인다. 그런데 이 전파를 우주를 이해하는 천문학에 이용한다고?
실제로 우주에 있는 전체들은 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선 영역의 빛 이외에도 다양한 형태의 빛을 내고 있다. 자외선, 적외선뿐만 아니라 X선, 전파에 이르기까지 모든 영역의 파장 대에서 빛을 방출한다. 그러므로 각각의 파장에 해당하는 빛을 검출하기 위해 파장별 망원경이 존재한다.
전파망원경이란 위에서 이야기한 다양한 형태의 빛 중에서 전파 영역의 파장을 이용하여 관측하는 망원경이다. 전파란 진동수 3KHz부터 3THz까지의 전자기파를 말하는데 이는 가시광선 영역보다 장파장을 사용하기에 같은 구경일 때 상대적으로 분해능이 떨어진다. 이를 보완하기 위해 전파망원경은 광학망원경보다 훨씬 더 큰 구경의 포물면 형태를 갖는 안테나를 사용하게 되었다.
#2 우리나라의 전파망원경은?
우리나라의 전파망원경에 대해 들어본 사람들이 많이 없을 것 같지만 실제로는 Korean VLBI(Very-Long-Baseline Interferometry) Network(한국 우주 전파 관측망, 이하 KVN)은 데이터 추출 기술 부분에서 자부심을 가질 만큼의 기술을 자랑한다.
KVN은 지름 500km 크기의 전파망원경에 필적하는 높은 분해능을 가진 국내 최초의 VLBI 시설이며 세계 최초로 밀리미터파 전용으로 운용되고 있다. 현재 VLBI 및 단일경용 21m 전파망원경 3기를 운용하고 있으며 이는 서울 연세대학교. 울산 울산대학교, 제주 탐라대학교에 위치하고 있다. 뿐만 아니라 이들은 더 좋은 분해능을 얻기 위해 간섭계를 이용하는데, 이를 통해 3군데 전파망원경 배열의 전체 넓이와 같은 구경의 단일 망원경과 같은 분해능을 얻을 수 있다.
또한 한국은 전 세계 최초로 동시에 4개 채널을 이용해 우주전파를 관측할 수 있는 시스템을 갖췄다. 망원경에 유입된 우주전파는 반사경과 필터를 거쳐 주파수별로 분리된 후 각각 22㎓, 43㎓, 86㎓, 129㎓의 4개 수신기로 인도되는데, 이것이 바로 한국 천문 연구원 한석태 박사팀이 독자 개발한 KVN만의 독보적 4채널 동시 관측시스템이다. 이를 이용해 우리나라는 86.129GHz 대역이 관측 가능한 세계 유일의 시스템을 갖추게 되었다. 다른 나라들에 비해 한참 늦게 천문학에 대한 투자와 연구가 이루어졌다는 것을 감안해 볼 때, 궁극의 성과라 생각하고 자부심을 가져도 될 것 같다!
#3 세계의 전파망원경은?
1) Contact 속 접시 망원경, 아레시보 전파망원경!
영화 ‘Contact’에서 주인공은 외계신호를 찾기 위해 어마어마한 크기의 전파망원경을 자랑하는 관측소에서 연구를 한다. 실제 영화 속에 등장하는 그 곳은 1963년 완공된 푸에르토리코 아레시보 남쪽에 위치한 전파천문대이다. 이 천문대가 보유한 305미터의 구면전파 망원경은 단일 망원경으로는 세계 최대 크기이다. 접시 모양의 대형 반사기는 산봉우리 3개에 높은 탑을 세워 케이블로 연결해서 구면초점에 해당하는 곳에 두었다. 그리고 알루미늄 판이 반사기 안쪽 면을 덮고 있는데, 이 판은 반사기 위에 매달린 안테나로 들어오는 전파를 수신한다. 근래에 들어서는 대부분의 전파망원경을 VLBI형식으로 운영하기에 앞으로도 단일 망원경으로 최대 구경이라는 타이틀을 유지 할 것 같다.
2) 세계 최대 규모의 전파망원경, AlMA!
ALMA는 칠레 북부의 아타카마 사막에 있는 전파망원경의 배열이다. 밀리미터 파장을 관측하기 위해서는 대기가 매우 건조해야 하기 때문에 칠레 아타카마 사막의 고도 5000km 고원에 건설되었다. AlMA는 밀리미터와 서브 밀리미터를 관측할 수 있는 지름 12m 망원경 54기와 7m 망원경 12기로 총 66기로 이루어져있으며 미국, 유럽 아시아의 협동하여 13억 규모의 지상 최대의 전파망원경을 설치, 운용한다. 우리나라도 2014년부터 이 프로젝트에 같이 참여하여 협동 연구를 진행하고 있다. 프로젝트 AlMA를 통해 별과 은하의 생성원리 및 진화과정, 태양과 행성계의 생성, 우주 속 생명의 기원 등의 천문학 분야에서 활발히 연구를 진행하고 있는 만큼 우리나라의 전파 천문학에도 청신호가 들어온 것으로 보고 기대해도 좋을 것 같다.
글 김나은 (skdms912@hanmail.net)
참고 자료
http://www.sciencetimes.co.kr
https://ko.wikipedia.org/
http://kvn-web.kasi.re.kr/
