광학망원경 간섭계 알아보기

망원경 여러 대로 분해능을 높이는 간섭계에 대해 알아보겠습니다. 미국의 유명 천문학자 칼 세이건의 동명 소설이 원작인 영화 콘택트에서 천문학자인 엘리는 우주에서 오는 전파 신호를 수신하기 위해 망원경을 이용합니다. 이 영화의 배경이 된, 여러 대의 전파망원경 배열인은 영상만으로도 관객의 가슴을 벅차오르게 만듭니다. 그런데 왜 여러 대의 망원경을 동시에 사용할까 하는 의문이 생깁니다. 답은 분해능에 있습니다. 분해능은 서로 떨어진 물체를 구별할 수 있는 능력으로, 구경에 비례합니다. 즉 분해능을 높이기 위해서는 망원경을 크게 만들면 됩니다. 그러나 망원경을 지지하는 구조물을 생각한다면, 구경이 무한정 커질 수도 없는 노릇입니다. 분해능을 효율적으로 높일 수 있는 또 다른 방법은 작은 구경의 망원경을 일정 거리에 늘어놓는 간섭계가 있습니다. 이 경우 망원경이 놓인 배열의 길이를 간섭계의 구경으로 생각할 수 있습니다. 예를 들어 최장 배열 길이가 36.4km 인 VIA는 구경 36.4km의 전파망원경과 같은 성능이라는 뜻입니다.
대표적인 광학망원경 간섭계로는 칠레의 VLT가 있습니다. VLT는 구경 8.2m 망원경 4대로 구성된 간섭계로, 4대의 망원경 배열에 따라 고 분해능 관측이 가능한것으로 알려져 있습니다. 이 분해능은 지구에서 달을 봤을 때, 100m 떨어진 구조를 정확히 분리해 낼 수 있을 정도의 수준입니다. 간섭계는 사실 전파천문학에서 주로 이용되는데, 이는 파장이 길수록 분해능이 떨어지기 때문입니다. 필연적으로 전파망원경은 광학망원경과 같은 수준의 분해능을 얻기 위해 더 큰 구경이 필요하므로, 단일 망원경보다 효율적인 전파 간섭계를 이용합니다. 대표적인 전파 간섭계로는 구경 25m의 전파망원경 27대가 Y자 모양으로 배열된 VLA가 있습니다. 차세대 전파 간섭계로는 속칭 ALMA이라고 불리는 아타카마 대형 밀리미터 배열이 있습니다. ALMA는 구경 12m와 7m의 전파망원경 60여대로 구성되는, 파장이 1에서 10mm인 밀리미터파를 관측하는 간섭계입니다. ALMA는 배열 길이가 150m에서 최대 16km까지 늘어나 분해능이 밀리미터 관측 기기 중 가장 좋은 세계 최고의 밀리미터 간섭계입니다. ALMA의 밀리미터 관측으로, 분해능의 한계 때문에 그동안 살펴볼 수 없던, 가까운 별과 행성의 탄생과정이나 초기 우주에서의 별 탄생과정도 연구할 수 있습니다. ALMA는 2011년 10월 첫 관측이 시작된 이래 지금까지 전 세계 천문학자들이 활발히 이용하고 있습니다. 우리나라에도 한국 우주전파 관측망이라는 전파 간섭계가 있습니다. 2008년 완공된 KVN은 구경 5km짜리 전파망원경의 수준을 갖는 전파 간섭계인 것입니다. 지름 21m, 높이 30m의 전파망원경 3대가 각각 서울 연세대, 울산대, 제주 탐라대에 위치해 있습니다. KVN의 분해능은 세계 수준으로 지상 최대 망원경의 100배 이상, 허블우주망원경의 10배 이상입니다. KVN은 낮은 주파수부터 높은 주파수까지 4개 주파수에서 동시에 관측이 가능한 세계 최초의 전파망원경이기도 합니다. 이로부터 우리나라 천문학자들은 활동성 은하핵, 마이크로퀘이사, 별 탄생 영역처럼 정밀 관측이 필요한 대상을 활발히 연구할 수 있게 되었습니다.