전파 망원경과 우주 망원경

전파 망원경과 우주 망원경

전파 망원경과 우주 망원경

우리가 주변의 천문 관측소들을 살펴보면 전파 망원경이라는 것이 있습니다. 그러면 전파 망원경은 과연 무엇일까? 우리가 우주 속 천체들로부터 오는 지구 표면까지 전달되는 빛 중에서 가시광선과 더불어서 파장의 크기가 수 mm에서 40m 정도가 되는 전파 영역이 있습니다. 이 같은 전파를 관측하는 기기가 바로 전파 망원경입니다. 전파는 눈에는 보이지 않지만, 전파 망원경으로 그 신호를 감지할 수 있습니다. 우주로부터 전달되는 전파는 1932년 벨연구소의 기술자 잔 스키에 의해서 우연히 발견되었다고 합니다. 잔 스키는 통신 잡음을 조사하던 중에 24시간마다 반복적으로 들어오는 전파 잡음 신호를 확인했는데, 나중에 이 전파가 우리 은하 중심부에서 방출되는 것을 확인했던 것입니다. 그 이후 1940년 레버라는 천문학자는 지름 9m의 전파 망원경을 직접 제작해서 최초로 은하수 영역에 대한 전파 탐사를 수행하고, 이후 전파를 활용한 우주 관측이 급속도로 발전해왔다고 합니다. 망원경들을 살펴보면 가시광선용 광학 망원경은 가장 큰 것이 지름 수 m 정도입니다. 그런데, 전파 망원경은 지름이 10m 이상 아주 큰 것을 볼 수 있습니다. 이것은 전파의 파장의 길이가 길기 때문에 망원경의 지름을 최대한 크게 해서 분해능을 높이려고 하는 시도입니다.

아레시보 전파 망원경

세계에서 가장 큰 전파 망원경은 푸에르토리코에 있는 아레시보 전파 망원경인데요, 주 반사면의 지름이 305m나 됩니다. 크기가 너무 크기 때문에 산골짜기 둥근 면을 활용해서 만들어졌습니다. 그런데 분해능을 높이려고 전파 망원경을 무한정 크게 만들 수는 없는 일입니다. 그래서 여러 개의 전파 망원경을 넓게 배열해서 하나의 천체를 동시에 관측을 하는 방법을 쓰는데, 이러한 방법을 간섭계라고 부릅니다. 여러 개의 망원경으로 하나의 천체를 동시에 관측하면, 망원경 배열 전체 규모에 해당하는 지름에 비례해서 분해능이 매우 좋아집니다. 미국 뉴멕시코에 있는 VLA 라는 시스템은 전파간섭계를 이용한 전파 망원경의 좋은 예인데, 지름 27m 전파 망원경 27대를 Y자 형태로 배열하여 지름 약 35km에 해당하는 망원경 분해능을 확보할 수 있는 장치입니다. 최근에는 인공위성 전파 망원경과 지상의 전파 망원경을 연결하는 지상-우주 간 전파간섭계도 활용하고 있습니다. 1997년 초에 일본이 발사한 인공위성 전파 망원경 프로젝트 VSOP (VLBI Space Observatory Program) 시스템이 있는데요, 이 시스템은 지구의 크기보다 더 큰 지름을 갖는 간섭계 전파 망원경 시스템입니다. 이런 엄청난 프로젝트를 진행하고 있는 천문학자들이 경이롭습니다. 우주의 천체들이 내는 빛은 감마선으로부터 전파에 이르기까지 전 파장 영역에서 다 나옵니다. 그런데 지구 대기 차단 효과 때문에 모든 파장 영역의 빛이 지구 표면까지 도달할 수 없습니다. 다만, 가시광선 영역, 적외선 일부, 그리고 전파 영역 파장대의 빛만 지구의 표면에 도착합니다. 그래서 우리 주변에서 볼 수 있는 지상의 망원경들을 보면 가시광선 관측용 광학 망원경, 그리고 일부 적외선 망원경, 그리고 전파 망원경 이런 것들이 지상에서 볼 수 있는 것들입니다. 우주과학 기술의 발전과 더불어서, 1970년대 이후, 우주 망원경을 이용한 우주 관측이 활발하게 진행되고 있습니다. 지구 밖 우주 궤도에서 우주를 관측하면, 지상에 도달하지 못하는 많은 파장 영역 빛의 관측이 가능힙니다. 지상에 도달할 수 있는 빛 가시광선이나 전파 영역의 파장 대에 대해서도, 우주에서 관측하면 지구 대기의 산란 또는 흡수 효과를 전혀 받지 않기 때문에 아주 정밀한 관측을 할 수 있습니다.

허블 우주망원경

유명한 허블 우주망원경은 1990년에 우주 궤도에 설치되어서 지금까지 운영되고 있습니다. 허블 우주망원경은 지름이 2.4m이고, 주로 천체가 내는 빛의 가시광선 영역을 관측하고 있습니다. 이 허블 우주망원경은 지구 대기에 의한 흡수 효과를 전혀 받지 않기 때문에, 지상의 지름 10m급 망원경들 보다 훨씬 좋은 성능을 발휘해서, 우주의 아주 먼 곳, 수많은 천체들에 대한 최고의 관측 자료를 지금도 얻고 있습니다. 그런데 2004년에 우주 궤도에 보내진 GALEX라는 자외선 우주망원경이 있습니다. 이 GALEX는 미국, 프랑스, 그리고 우리나라 연구진이 공동으로 개발해서 발사한 것으로서, 우리나라가 주도적으로 참여한 최초의 우주망원경이라는 큰 의미를 가지고 있는 것입니다. 이 GALEX 자외선 우주망원경은 우주관측을 시작한 지 10년이 훌쩍 지난 지금도, 수많은 천체들로부터 오는 자외선 빛 정보를 수집하고 분석하는 임무를 수행하고 있습니다.