전파 망원경

세계 최대 규모의 전파망원경 제작을 위한 10개국 협정이 지난달 10일 체결됐다. 영국 왕립천문학회(RAS)는 유럽, 북미, 아시아, 호주 등 10개국 24개 연구소 천문학자들이 영국 맨체스터에서 전파망원경 제작 협정에 서명했다고 밝혔다.

1㎢ 면적에 세워질 전파망원경의 이름은 '더 스퀘어 킬로미터 어레이(SKA, The Square Kilometer Array)'. 기존의 것보다 100배 정도 큰 접시형 원판을 가진 여러 대의 전파탐지장치로 구성된다. 2005년까지 디자인과 부지 선정이 끝나면 2010년부터 본격적인 제작이 이뤄질 계획. 약 10억달러로 추산되는 제작 경비는 10개국이 공동 부담하고, 앞으로 얻게 될 다양한 연구 결과도 공유하게 된다. SKA는 우주공간을 흐르는 미세한 전파를 포착, 외계 지적생물체 탐사에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

또 지난달 25일엔 세계 최대의 구동식(관측방향을 조정할 수 있는) 전파망원경인 '로버트 C. 버드 그린뱅크 망원경'이 미국 웨스트 버지니아주 그린뱅크에 세워졌다.

위성TV 수신장치처럼 생긴 접시형 안테나의 무게는 무려 7천t. 높이만도 145m인 이 전파망원경은 지난 10년간 7천500만달러를 들여 만든 것이다. 현재 세계 최대의 전파망원경은 푸에르토리코 아레시보 천문대에 설치된 것. 지름 305m에 달하는 거대한 접시를 갖고 있지만 골짜기 지형을 그대로 이용해 만든 것이기 때문에 그린뱅크 망원경과 달리 관측 방향을 조정할 수 없는 고정식이다. 그린뱅크 망원경은 관측 목표를 조준할 때 1.8m 떨어진 곳에서 본 머리카락 굵기의 오차 밖에 없을 정도의 정확도를 자랑한다. 그린뱅크 망원경은 2년내 준비작업을 마무리하고 본격적인 관측에 들어갈 계획이다.

초대형 전파망원경 제작에 선진 각국들이 막대한 돈을 쏟아붓고 있다. 우주의 생성 비밀을 밝혀내고 외계 생명체로부터 날아드는 신호를 포착하기 위한 전파망원경. 전파망원경의 역사는 지금부터 약 70년전으로 거슬러 올라간다. 미국 벨 전화연구소에서 일하던 전파공학자 잰스키가 1932년 최초로 우주 전파를 포착했다. 여기서 아이디어를 얻은 전파공학자 레이버는 1937년 최초의 전파망원경인 9.4m짜리 반사 안테나를 만들었다.

전파망원경은 크게 안테나, 수신기, 계산을 위한 컴퓨터(계산기)로 구성된다. 안테나는 우주로부터 날아오는 미세한 전파를 한데 모으는 역할을 한다. 위성TV 수신용 안테나처럼 생긴 접시모양의 원반이 그것이다. 방송이나 이동통신용으로 쓰이는 전파에 비해 우주의 전파는 세기가 미약하기 그지없다. 크리스마트 트리 장식용 전구 하나를 켤려면 지구 공전궤도 크기의 안테나로 우주의 전파를 모두 모아야 할 정도다.

수신기는 접시형 안테나의 앞쪽 초점에 위치한다. 넓은 안테나를 이용해 전파를 모았지만 여전히 세기는 미미하다. 따라서 수신기는 모아진 전파를 증폭하는 역할을 한다. 증폭된 전파는 컴퓨터로 전달돼 각종 데이터 분석을 위한 자료로 쓰인다망원경의 성능을 가늠하는 중요한 요소 중 하나가 바로 분해능이다. 분해능은 서로 떨어져 있는 두 물체를 구분해내는 능력. 전파망원경은 다루는 광원의 파장이 길기 때문에 태생적으로 광학망원경에 비해 분해능이 떨어진다. 전파천문학자들은 이런 단점을 보완하기 위해 멀리 떨어진 전파망원경들을 서로 연결해 사용한다. 전문용어로 구경합성 전파망원경이라 부른다. 미국 뉴멕시코주의 VLA(Very Large Array ; 매우 긴 배열)는 현재 가동 중인 구경합성 망원경 중 최고 효율을 자랑한다. 지름 2m짜리 포물면 안테나 27개가 Y자 모양으로 배열돼 있다. VLA는 영화 '콘택트'의 무대가 돼 더욱 유명해졌다.

이보다 뛰어난 분해능을 얻기 위해 고안된 방법이 바로 'VLBI(Very Long Baseline interferometry ; 매우 긴 전파간섭계)다. 이를 이용하면 지구 크기의 전파망원경을 만드는 것도 이론상으로 가능하다. VLBI는 같은 시간에 같은 천체를 다른 장소에 있는 전파망원경으로 각각 관측한 뒤 원자시계로 측정한 정확한 시간 정보와 관측 정보가 담긴 테이프를 자료분석센터가 있는 관측소에 모아 자료를 종합, 분석하는 것이다.

미국이 운영하는 대표적인 VLBI로는 미국 본토, 하와이, 버진아일랜드에 위치한 10대의 지름 25m짜리 안테나를 연결한 'VLBA'가 있다. 인공위성과 지상의 VLBI를 연결하려는 시도도 활발히 진행되고 있다. 현재 가동 중인 시스템으로는 지난 97년에 일본이 발사한 HALCA 위성과 VLBA, EVN(유럽 대륙에 설치된 VLBI)을 연결해 천체를 관측하는 'HALCA/VSOP프로그램'이 있다. 앞서 말한 SKA도 이같은 계획의 일환이다.

金秀用기자 ksy@imaeil.com