과학크리에이터 과학쿠키와 협업하여 제작한 연구원 견학 동영상입니다.

과학쿠키와 함께하는 한국천문연구원 온라인 견학

(인트로)

- 아 여기이군요

저는 지금 레이돔이라고 불리는 곳에 와 있습니다.

- 이제 올라가면서 망원경을 찍어요.

- 네 알겠습니다. 우와, 우와

- 아까 그림상에서는 별로 크게 잘 안보였지만은 여기서는 굉장히 크죠?

- 14m입니다. 14m

[14m 구경의 거대한 전파망원경!]

- 엄청나게 크네요? 우와

이 곳은 머나먼 우주 속 별이 태어나는 장면을 직접 바라볼 수 있는 곳이죠.

- 자 이거 재질은 알루미늄으로 되어있어요.

- 알루미늄이오?

- 왜냐하면 좀 더 가볍게 만들기 위해서 알루미늄이고요, 여기 면들도 또 굉장히 고르게 되어 있어서 밀리미터 전파를 잘 관측할 수 있는 그런 곡면이 쫙 되어 있어요. 전부 수학이에에요. 수학적으로 되어 있습니다. 그다음에,

이곳에서는 어떤 연구가 진행되고 있을까요?

[과학쿠키]

아주 오래 전, 그러니까 자연철학이라는 사유가 시작될 무렵부터 인간은 2가지 본질적인 궁금증에 대해 깊은 성찰을 해왔습니다. 나와 내 주변은 무엇으로 이루어져 있을까? 즉 물질에 대한 성찰과, 우리를 둘러싸고 있는 이 배경은 어떻게 탄생하게 되었는가에 대한 즉 우주에 대한 성찰이 바로 그것들이죠, 이러한 철학은 역사의 흐름과 함께 지속적으로 사유되어 왔고, 오늘날까지도 계속해서 연구되고 있지요. 이번 에피소드에서는 그러한 비밀에 관해 연구하는 정부출연연구기관 들 중 하나인 한국천문연구원에서, 어떠한 연구를 하고 있는지에 관해 아주 조금만 들여다보고자 합니다. 가장 먼저 함께할 곳은, 우주물체감시실이라는 곳입니다.

(인터뷰)

[김명진 박사 (우주위험감시센터)]

- 우주 물체는 우주공간 상에 있는 물체를 말하는데요. 인공위성이나 로켓 등으로 쏘아올린 인공우주물체 아니면 소행성이나 혜성처럼 자연적으로 만들어진 자연우주물체 이렇게 두 종류의 우주 물체가 있습니다.

우주 물체란 우리가 살고 있는 행성인 지구 주변에서, 잠재적으로 낙하할 가능서이 있어 감시를 요하는 물체들을 말합니다. 소행성이나 소형 천체, 그리고 인공적으로 쏘아 올린 물체들이 바로 그런 것들이지요. 그런데 여러분, 인공으로 쏘아올린 물체들이 지구 주위에 이렇게나 많다는 사실을 알고 계셨나요?

- 인류가 쏘아올린 인공위성들의 지금 현재 시점에서의 그런 분포도입니다.

[지구 주변에 있는 인공 우주 물체들의 분포도!]

- 아, 그렇군요.

- 이래서 크기에 따라서 비례 하는데요.

- 아, 그래요?

- 이게 뭘까요?

- ISS인가요?

- 예 맞습니다.

- 아 맞아요?

[하늘색 큰 원이 국제우주정거장(ISS)의 모습!]

- 인류가 쏘아올린 가장 큰 구조물이죠. 인공구조물. 이건 이제, 지구를 중심으로 어떻게 분포되어 있느냐를 이야기하고 있고요.

이 곳에서는 우주물체들의 동태를 파악, 그리고 감시하는 역할을 수행하고 있습니다. 전면의 모니터에서는 이들 중 특별히, 우리나라에서 쏘아올린 위성들의 궤적을 보여주고 있었습니다.

- 여기 지금 이렇게 움직이고 있는 이런 위성들이 이거 두개 위성인가요?

- 네 맞습니다. 이게 아리랑 위성이고, 이건 차세대 소형 위성이라고 하는 고도가 낮기 때문에 빨리 움직이고 있는 그러한 인공위성들입니다.

- 아, 그렇군요.

스크린의 바로 옆에서는 인공위성 간의 총돌을 감시하는 패널도 볼 수 있었죠.

- KOMPSAT이라고 하는 우리나라 아리랑 위성이 지금 이러한 궤적을 가지고 운동을 하고 있는데요, 다른 인공위성들의 예상되는 그 위치가 부딪히거나 부딪힐 우려가 있을 때에는 이쪽의 화면을 통해서 경고나 메세지가 뜨면서 저희가 확인 할 수 있도록 파악할 수 있고 그러한 사건이 실질적으로 발생하게 되면

[예상되는 충돌을 사전에 경고하고, 대비할 수 있도록 마련된 공간!]

- 과기부 주관으로 우주형 대책본부가 꾸려져서 위성 추락상황시이라는 24시간 비상대책이 꾸려져서 실질적으로 2년전에 중국의 우주정거장 Tiangong1호가 떨어졌을 때 여기 상황실이 열려서 언제 어느 위치에 떨어질지에 대한 예측도 수행했었습니다.

- 아, 그렇군요.

실제 우주물체가 낙하할 위험이 감지될 경우, 상황실로 이용되어 혹시 모를 피해를 최소화하려는 노력이 이루어진다는 사실이 매우 신기하면서도 고마웠던 순간이었습니다. 다음으로 자연우주물체를 보여주는 패널을 만나볼 수 있었습니다.

- 우주물체는 2종류가 있다고 했잖아요? 인공우주물체, 자연우주물체. 이쪽은 자연우주물체에 대한 것입니다. 우리가 자연우주물체라는 단어가 약간 생소하게 들릴 수 있겠지만

이들은 자연적으로 지구가 태양 주위를 공전하면서 우연히 지구 주변에 가까워진 작은 소행성들이나, 또는 몇 십년을 주기로 지구 주위를 도는 혜성들, 그리고 유성체 등을 의미하지요. 이들의 대부븐은 빛을 뿜어내지도 않고, 또 너무나 작은 존재들이기 때문에 기본적으로 찾아내기 매우 어렵다는 특성을 가지고 있지만 그 와중에 찾아낸, 잠재적으로 지구에 추락할 위험이 있는 몇몇 후보군들을 여기에서 모니터링하고 있는 것이지요. 이렇듯 이 곳은 OWL-Net이라고 불리는 총 5개국에 설치되어, 우주물체를 항상 감시할 수 있는 망웡경 시스템을 이용해 우리들에게 잠재적인 위협이 될 수 있는 존재들을 꾸준히 감시하고, 알리는 일을 하고 있다는 것으로서 이해해볼 수 있겠네요. 앞서 알아본 것처럼 지구 주변의 물체들을 감시하는 일도 매우 중요하겠지만, 보통 천문현상을 연구한다는 걸 생각해보면 뭔가 망원경을 이용해 저 멀리 있는 태양이나 우주를 들여다보는 모습을 떠올리곤 하잖아요? 그래서 지금부터 소개해드릴 이 곳은 바로 과거에는 태양의 흑점을 연구했던, 그러고 지금은 과학커뮤니케이션으로 사용되고 있는 태양흑점망원경입니다.

(인터뷰)

[김수진 박사(우주과학본부)]

- 꽤 오래전에 설치가 되었는데요, 그때부터 태양흑점을 관측해왔고 한 10여년 전까지는 관측을 해왔는데, 최근에 좋은 망원경이 생기다보니까 이 망원경은 방문하시는 분들에게 자세한 천문정보를 드리기 위해서 운영을 하고 있습니다. 이 망원경은 태양의 대표적인 현상인 흑점을 관측하기 위해서 설치된 망원경이고요, 그래서 태양흑점망원경이라고 부릅니다. 태양의 흑점은 태양의 표면에서 나타나는 검은 점을 말합니다. 그런데 검게 나타나는 이유는 주의보다 온도가 낮기 때문인데요.

[흑점 ; Sunspot]

- 온도가 낮지만 그 안에 강한 자기장 에너지가 응축이 되어 있어요. 그렇기 때문에 그 에너지가 불안정해지면 그 안에서 폭발현상이 이러나게 됩니다.

[흑점폭발 ; Sloar Flare]

- 폭발은 Flare라고도 이야기하기도 하고 질량방출이라고 이야기 하는데요.

태양의 흑점은 태양의 활발한 활동에 의해 자기에너지가 응축되어 있는 그래서 주변부보다 온도가 낮아져 마치 검은 점처럼 보이는 곳을 말합니다. 흥미롭게도, 이 자기에너지는 강렬한 빛을 발산하면서 태양으로부터 무수한 입자들을 무더기로 방출시키는 폭발을 일으키기도 하는데, 이것을 우리는 플레어 현상이라고 부릅니다. 이 플레어 현상이 지구 주변의 우주 환경에 아주 큰 영향을 주기 때문에 흑점의 주기는 우주 날씨와도 깊은 연관성이 있지요. 놀라운 것은 이 흑점이 11년 주기로 가장 많아지는 시기와 가장 적어지는 시기가 계속 반복된다는 것입니다. 그런데 궁금합니다. 맨 눈으로도 보기 힘든 태양을 어떻게 빛을 모아주는 역할을 하는 망원경으로 연구할 수 있었을까요? 무언가 독특한 장치라도 있는 걸까요?

- 설명을 드리면 일단 이 망원경 자체는 그냥 일반 별을 관측할 수 있는 굴절 망원경이에요. 그래서 앞에 20cm 굴절 렌즈가 들어 있고, 이 밑에는 접안부가 있습니다.

- 접안부... 그러네요.

- 이 안에 접안부가 있죠? 그런데 특별히 태양을 관측을 하려고 만들다보니 2가지 장비를 장착을 하게 됩니다. 첫번째는 태양 필터라는 건데요.

[태양 필터]

- 태양빛이 워낙 강해서?

- 그렇죠. 태양빛이 굉장히 강하기 때문에 보통 맨눈으로 봐도 실명을 할 수 있거든요? 그런데 이제 이런 망원경 같은 경우는 직광을 한다고 하잖아요? 굉장히 빛을 모으기 때문에 굉장히 위험해질 수 있습니다. 그래서 저 앞에다가 태양의 에너지, 빛 에너지를 현격하게 줄여주는 아주 두꺼운 썬글라스같은 필터를 끼워주고요. 그것을 태양 필터라고 이야기합니다. 두번째로 특징은 이 밑에 있는 투영판인데요?

[태양 투영판]

- 아 이게 지금... 아! 투영판이네요!

- 네, 이게 투영판이고요. 태양의 경우는 굉장히 가까운 별이다 보니, 이런 망원경을 사용해도 보시는 것처럼 저 동그라미 15cm정도의 태양 영상이 맺히게 되거든요? 그래서 이 영상이 맺히면 태양이 나타나는 검은 점(흑점)을 저희가 보고 점을 찍고 스케치하고 그 형태난 크기들을 기록을 할 수 있는 것입니다.

태양필터와 투영판! 이 2가지 장치를 천체망원경에 설치해 태양으로부터 오는 강렬한 복사에너지를 줄여주고, 투영판에 상이 맺힐 수 있도록 함으로써 태양의 흑점이 어떻게 변화하는지를 면밀히 연구할 수 있었던 것이죠. 그렇다면 이러한 태양의 활동을 오늘날에는 어떻게 연구하고 있으며, 이것이 우리의 지구에는 어떤 영향을 미칠까요?

(인터뷰)

[김록순 박사 (우주과학본부)]

- 저희가 하고 있는 아주 중요한 프로젝트가 있어요. 그 프로젝트를 설명해드릴게요. 지금 여기 보시면, 이거는 그냥 태양을 보는 거죠. 밝은 빛이 있어서 이거는 아까 플레어가 발생을 한 것이라고 했죠. 이 그림을 보시면 이것은 CME를 보여주는 건데 이 코로나 지역을 보려면 지상에서는 일식때 밖에 볼수가 없어요. 그래서 저희는 이것을 인공으로 태양을 가리고 이런 이벤트들이 발생을 하는지 안하는지 이런 지역의 습도가 어떠한지 밀도가 어떠한지 이러한 것들을 감시하기 위해서 장비를 만들었어요.

앞서 이야기드린 플레어 현상이 일어날대 입자들이 무더기로 방출된다고 말씀드렸던 것을 기억하시나요? 이것을 우리는 코로나 물질 방출, 또는 CME라고 부릅니다. 이 CME를 우리가 잘 관측하고, 또 감시하기 위해서는 마치 일식이 일어났을 때와 같이 태양의 빛을 잘 가려주어야만 합니다. 그래야만 태양의 대기층 즉 코로나를 볼 수 있고, 이를 통해 코로나 물질 방출을 잘 관측할 수 있기 때문이죠. 이를 위해 한국천문연구원은 인공적으로 태양의 빛을 가리는 장치를 이용해 태양의 코로나 대기층을 효과적으로 관측할 수 있는 도구를 개발하는 프로젝트를, NASA와 공동연구프로젝트로 진행하였고, 이를 2023년에 ISS 우주정거장에 설치할 계획을 가지고 있다고 합니다. 정말 멋진 계획이 아닐 수 없죠? 이어 박사님께서는 이 곳, 우주환경감시실에서 모니터링하고 있는 10가지 파장 영역대로 바라 본 태양의 모습들에 관해 설명해주셨습니다.

- 뭐 215옹스트롱, 132옹스트롱 해서 이렇게 보이는데, 각기 다른 파장을 이용하는 이유는 다른 높이를 보고 싶어서에요.

- 그렇군요. 이게 옹스트롱 단위에요?

- 네 그렇습니다.

- 이게 보니까 일렁이는게 보여요.

- 네네 맞아요.

- 자기장이 보이는 건가?

- 네 그렇죠. 그런데 이게 보면, 파장이 이렇게 나온다는 것이 온도와 관련이 있잖아요.

[복사선(빛)은 온도와 관련 있다!]

- 변이법칙?

- 네, 그러니까 코로나도 이제 높이에 따라 온도가 달라지는데 그 온도에 맞춰서 각각의 채널들을 저희가 보는겁니다. 순서대로.

- 이건 131옹스트롱 이고 이거는 211인데 생긴게 다른네요. 신기하네요.

- 그쵸? 많이 다르죠?

- 많이 다른데요?

- 네, 그러니까 대체적으로 흑점이 있는 활동영역이 자기장이 아주 쎈 부분들이 이런식으로 보여요.

- 와 근데 이거 최근이네요.

- 네 실시간으로 보고 있는 거에요. 지금까지, 몇일 전부터 지금까지를 계속 보고 있는 거에요.

[실시간 태양의 모습들을 관측 및 기록, 분석하고 있는 것!]

- 이거 같은 경우에는 그래도 파장이 영역대가 160나노미터면 가시영역이랑 근접한 영역이네요?

- 네 맞아요.

- 그래서 이 부분이 흑점 비슷하게 보이는 거죠?

총 4개의 스크린을 활용하여, 10개의 파장영역, 그리고 마그네토그램이라는 자기장 측정기로부터 산출된 1개의 자료를 이용해 태양르 관찰, 그리고 감시하는 이유는 코로나 대기층의 온도가 높이에 따라 다르게 나타나는 성질을 이용해 코로나층을 좀 더 다양하게 관찰하기 위함이라고 박사님께서는 설명해주셨습니다. 코로나층의 입자들이 하전입자, 즉 전하를 띄고 있기 때문에, 자연스럽게! 자기장선을 따라 움직이는 하전입자가 띠를 이루는 모습도 확인할 수 있었죠. 이를 통해 흑점 주변에서의 자기장이 요동치는 모습도 육안으로 확인할 수 있다는 것이, 너무 놀라웠습니다. 이렇듯 이 곳에서는 태양의 활동, 즉 흑점 및 코로나 대기층의 관찰 및 장파 통신에 관여하는 지구의 전리층을 관찰, 그리고 연구하는 역할을 NASA를 주축으로 하여 우주의 띄어져 있는 다양한 관측위성들을 활용해 이행하고 있는 곳이라는 것을 알 수 있었습니다. 다음으로 만나볼 곳은, 이야기만 들어도 뭔가 SF같고 설레는 연구가 진행되고 있는 곳이었습니다. 외계행성의 발견이라... 대체 어떻게 태양계 바깥의 천체를, 그것도 빛을 발하는 별이 아닌, 행성을 찾아낼 수 있는 걸까요?

(인터뷰)

[이충욱 박사(변광천체그룹)]

- 이렇게 행성 탐색시스템이라고 하는것을 만들었어요.

- 외계 행성?

- 네, 외계 행성을 찾는 관측시스템입니다.

- 그러고 보니까 이번 물리학 노벨상이 외계 행성관련 분야가 아닌가요?

- 네, 그렇죠. 그래서 저희들이 지구질량 외계해성도 발견하고 중력파 천체 특성 규명을 해서 장관님이 이런!

- 아..하하하하

- 2018년 국가연구개발 우수성과 100선 이런것도 받았습니다.

- 외계 행성은 어떻게 관측하는 거죠?

- 아 그것은 설명을 좀 드릴게요. 외계 행성을 찾는 방법은 상당히 많아요. 수금지화목토천혜 까지 그 이외에는 외계행성. 그래서, 저희들이 하는 것은 발견, 특성 연구 그리고 생명체가 존재하는가에 대한 것들 3가지 정도를 연구하는데 저희들이 주로 하는 연구는 찾는 겁니다. 찾는 방법에는 크게 4가지 있어요. 가장 많이 쓰는 방법입니다. 첫번째가 시선속도방법이라고 해서 시선방향의 속도의 변화를 측정 해내요. 이때 도플러 효과라고 하는 것인데,

- 가까이 다가올 때는 파장이 짧아지고 멀리갈때는 파장이 길어지고

- 또 하나는 별가림. 이걸 트렌시시라고 하는 데, 중심별이 있고 행성이 있으면 이렇게 돌아요. 그안에서는 안일어나는데 눈에서 보는 시선방향에 이렇게 돌아요. 한번 지나가면서 별을 가릴때가 있죠. 그 가려졌을 때 별빛의 양을 측정해내는 것입니다.

- 아, 그렇군요. 아 근데, 행성이 그 보통 별들보다

- 무지 작죠,

- 작은데 변광이 나나봐요?

- 그쵸, 태양정도의 빛을 지구정도가 가리게 되면 십만분의 일정도

[약1/100000 정도의 밝기 차이가 발생]

- 그 나타나는 광도 차이가...

- 그것을 측정해내는 거에요.

- 와.... 하하하하

- 그것을 측정해내려고 만든 기계가 케플러 우주 망원경입니다.

[Kepler Space Telescope; 케플러 우주 망원경]

- 아 그렇군요.

- 네, 그래서 많이 썼죠. 행성이 쓱 지나가면서 밝기가 이렇게 있다가 여기로 지나가면 조금 어두워지죠.

- 진짜 조금 어두워지는거죠, 저게

- 이것을 측정해낼 수 있으면 저것을 찾아낼 수 있다. 그리고 또 많이 쓰는 것이 마이크로 렌징 방법. 중력이 변하는 겁니다. 아인슈타인이 이야기한 것인데, 멀리 떨어진 천체가 있는데 여기에 어떠한 질량이 있어요. 질량의 천체가 있으면 이 두개의 질량이 딱 일직선상에 놓이면 보통 빛이 이렇게 가는 빛이 이렇게 되면 관측할 수 없는데, 이 중력장 안에 들어오게 되면 이것을 아인슈타인 레디오스라고 하는데 이 안에 딱 들어오면 꺽여요. 그래서 이 빛을 볼 수 있는겁니다. 이 빛도 보고, 여기로 가는 빛도 보고, 여기로 가는 빛도 보고. 이런 찬스가 딱 되면 빛이 밝아졌다가 어두워집니다. 이것을 아인슈타인 링이라고 합니다.

- 워낙 작은거죠? 그 마이크로렌징이?

- 아 그렇죠.

- 그래서, 밝아지는 것처럼 보이는 거죠?

[Einstein Cross; 아인슈타인 십자가]

- 이 현상이 은하같이 커다란 현상에서는 별의 상이 쪼개져서 여러개가 보여요. 링으로 보이기도 보이기도 하고 이러한 것을 매크로 렌징이라고 해요.

[Einstein Ring; 아인슈타인 링][Macro Lensing ; 매크로 렌징, 빛이 매우 강한 중력에 의해 휘는 현상]

- 아인슈타인 십자가? 매크로 렌징이요?

- 네, 아주 거대하게

- 렌지오가 크니까?

- 마이크로 렌징은 너무 작아서 우리가 카메라에 찍는 픽셀, 한 픽셀에서도 구분이 안되요. 그렇지만 빛의 밝기가 변하기 때문에

- 약간 올라가겠네요.

- 그렇지요. 그래서 그것을 측정하는 거고요. 그런데 만약에 이 중심별에 행성들이 이렇게 존재하게 되면 링의 심의 축이 깨져버려요. 그래서 불규칙한 코스틱이라고 하는 파선같은 것들이 과학에서 나오는 그런현상들이 생깁니다.

[불규칙하게 튀어나와 있는 파선(갑자기 솟은 선)이 보인다!]

- 맨 처음 발견된 마이크로 렌징 사건의 광도 곡선입니다. 보시면, 좌우의 대칭이 되는 데 뭔가 삐죽 삐죽 올라가죠? 이게 바로 행성에 의한 변형

[외계행성에 의해 발생되는 왜곡]

- 그러한 현상들이 발견되면 그것을 수학모델을 통해 질량이 얼만지를 가지고 계산을 합니다. 그러면 이제 그것을 가지고 저기에 행성이 있다 없다는 것을 판단하는 겁니다.

- 와... 대박.. 진짜 대단하다!

- 이것은 수학으로 하는 겁니다. 그러면 이제 이것은 제가 좀 더 설명을 드리고. 다이렉트 이미징이라고 하는 것은 실제 별을 찍는 거에요. 별을 찍어요. 그래서...

- 별을 요?

- 별을 찍으면, 별이 나오고 그 옆에 행성이 있잖아요? 행성은 별빛을 반사시키는데, 중심별 너무 밝아요. 그럼 이게 파묻히잖아요? 그래서 이 중심별을 없애야 해요. 새카맣게 그것을 수학적으로 없애요.

- 수학적으로 없애요?

- 태양을 보고 있는데, 태양 옆에 금성같은 것이 옆에 있다라고 해보면은 태양이 너무 밝으면 금성이 안보이잖아요?

[그 별을 가려버리면 해결 가능!]

- 그럼 태양을 가려버리면, 무슨 행성같은 것이 있다던지 위성같은 것이 있다는 것을 볼 수 있죠. 그렇다면 숟가락 같은것으로 태양을 딱 가려버리면 되는 거에요.

- 하하하하하,

- 별에서도 마찬가지로 별빛에다가 숟가락같은 것을 대가지고 막고 그 옆에 있는 것은 보이는 거죠. 근데 그것을 요즘은 기계적으로 하는 것이 아니라, 수학적으로.

외계행성을 발견하는 4가지 방법! 이들 중 한국천문연구원에서는 KMTNet(외계행성 탐색시스템)이라는 관측시스템을 이용해 미시중력렌즈 현상을 중점적으로 들여다보고 있다는 것을 알 수 있었습니다.

- 이렇게 올랐다가 떨어지죠? 이것은 미시중력렌즈 현상이 일어난 것입니다. 그리고, 이것을 보면 쭉 올랐다 떨어지는 데 이 부분, 제가 가르키고 있는 이 부분. 이 부분을 확대한것이 이 그림입니다. 살짝 올라가 있죠? 이것이 지구 질량의 1.3배. 이것을 저희들이 KMTNet SSO. 호주에서 이것을 딱 관측을 한 것입니다. 다른 곳에서는 할 수 가 없는데, 24시간 중에 관측을 할 수 있는 시간은 밤에만 관측을 하잖아요?

[천체 연구의 한계 ; 밤에만 관측이 가능]

- 우리가 이제 지구가 돌아가서 밤이 되면 그 쪽은 그럼 그 별을 볼 수 있거든요? KMTNet은 위도는 거의 비슷한데, 그 시간대가 한 8시에서 3등분 된 칠레, 남아공, 호주에다가 망원경을 설치를 해서 한군데가 관측이 끝나고

[밤을 연속시키기 위해 칠레, 남아공, 호주에 설치]

- 끝나고 이어받을 수 있는?

- 새벽이 되면 다른 관측소는 이제 밤이되서 계속 그 관측을 이어서 받을 수 있는 겁니다.

[밤을 연속적으로 만들어줌으로써, 지속적인 관측이 가능!]

- 빨간색이 SAAO. 아마 공천문때 이만큼을 관측을 했습니다. 그 관측이 이어지는 과정에 칠레가 여기서 이미 관측을 시작해서 같은 타겟을 관측을 하고 있었죠. 그리고 칠레가 끝나갈때쯤 호주에 있는 관측소에서 같이 관측을 시작합니다. 남아프리카 공화국, 칠레, 호주 그러고 다시 남아프리카 공화국 쭉 관측이 이어지기 때문에 지상에서 과거에서는 볼 수 없었던 24시간동안의 하늘에서 일하는 광도변화를 기록할 수 있습니다.

- 이렇게 했기 때문에 저 피크를 잡을 수 있었네요.

- 그렇죠. 이런 시스템은 전 세계적으로 KMTNet이 유일합니다.

24시간, 별이 지지 않는 외계행성 탐색시스템 덕분에 한국천문연구원은 정말 놀랍고도, 다양한 성과들을 만들어냈죠. 외계행성의 로망과 감상에 젖어들 새 없이, 이 망원경도 정말 놀라운 세계를 들여다봅니다. 인트로에서 소개드렸던, 레이돔 속에 설치된 망원경. 그렇습니다. 전파망원경입니다. 이 망원경은 대체 어떤 연구를 위해 사용하는 걸까요?

(인터뷰)

[이영웅 박사(대덕전파망원경)]

- 전파망원경을 굳은 날씨 또는 바람, 이런것으로 부터 보호하기 위해서 레이돔을 딱 씌워났어요. 그런데도, 전파는 다 뚫고 들어와요. 다는 아니지만 한 90퍼센트 정도는 뚫고 들어오기 때문에 만약에 전파망원경이 너무 커서 레이돔을 씌울 수 없는 경우에는 이런 모양으로 되어 있는데 이것은 비바람이 와도 완전히 견딜 수 있게끔 디자인이 완전히 틀려요. 우리 망원경은 포물면이 굉장히 중요하고 보호하는 장치를 이렇게 만들어 두었기 때문에 오랬동안 쓰고, 지금 이 망원경은 30년 이상 되었어요. 그런데도, 아무런 문제 없이 잘 작동이 되고 있습니다. 우리 망원경은 별을 관측을 하는 것이 아니라 별들이 성간분자운이라는 곳에서 이렇게 뭉쳐서 만들어져요. 그 성간분자운에서 전파가 많이 나와요.

- 전파요?

- 네, 가시광선으로 볼 수가 없잖아요. 별이 태어나기 전이니까? 성간분자운의 전파를 이 망원경으로 받어서 연구하는 곳입니다.

우리가 맨눈으로 볼 수 없는 빛의 일종인 전파를 보는 망원경! 이것이 바로 대덕전파천문대 레이돔 속에 있는 전파망원경의 역할입니다. 이것을 이용해 가시광선으로는 관측할 수 있는 사건인 별의 탄생 과정등을 들여다 볼수 있다고 합니다. 그런데 전파는 열을 조금만 가지고 있어도 거의 모든 물질로 부터 발생한다는 특징을 가지고 있는데, 이러한 외부로부터의 잡음, 그러니까 우주로부터 관측되는 것이 아닌 주변부로부터 들어오는 신호들은 어떻게 최소화할 수 있을까요?

- 중요한것은 여기 수신기 안에 내부온도가 무려 영하 267~8도

[수신기의 온도가 영하 267~8도]

- 아, 그래요?

- 그렇게 차갑게 만들어야 되요. 왜? 우주에서는 전파만 받아야 하는데, 이것이 조금 따뜻하면 기기자체에서 나오는 전파들이 있어요. 그것들이 전부 잡음이에요. 그것을 줄이기 위해서

온도를 가진 대상은 그 에너지를 전자기파의 형태를 방출하기 때문에, 최대한 감지 장치의 온도를 내려서, 주변에서 발생하는 잡음을 최소화한다. 분명 온도를 이렇게 유지하는 것이 쉽지 않을텐데, 대체 무슨 대상을 들여다보기 위해서 이렇게 세심한 세팅을 하는 것일까요?

- 이 데이터는 무엇이냐면? 우리 태양의 위치에서 은하의 중심 방향에서 약간 비껴진것을 이렇게 관측 했어요. 이것을 관측을 다 하려면 한번에 다 관측이 안되고, 한 점 한 점 한 점 이런식으로 관측을 해요. 한 점씩, 한 점 관측하면 좀전에 봤던 그 스펙트럼 이렇게 되는데, 그 옆에는 또 이렇게 되고 그 한 점의 주파수 그것이 바로 운동상태를 이야기를 하는거에요.

[한 점의 주파수를 분석하려면 관척점의 운동상태를 알 수 있다!]

- 이게 천문학자는 분광관측을 할 경우에 하늘을 보면 2차원이잖아요? 한 점당 또 운동상태가 있기 때문에, 그것을 세번째 축을 해서 3차원 데이터가 되요. 이 한 점 데이터가 스펙트럼 하나가 있기 때문에 이것을 펼치면 큐브데이터 그러니까, 3차원 데이터가 되거든요? 이것을 옆으로 자르면, 속도 축으로 자르면 숙도의 모양으로 나오기 때문에 여기에 있는 성간분자운들이

- 어떻게 움직이는 지?

- 어떻게 움직이는 지 그렇지.

우리 은하에 분포하는 성간분자운들의 밀도, 온도, 그리고 운동상태 등을 전파망원경의 분광 관측을 통해 들여다봄으로써 우주 속에서 일어나는 역동적인 장면! 즉 별이 탄생하는 이벤트와 같은 그러한 장면 속의 특성 등을 연구할 수 있는 것이죠. 그런데 여러분, 이 전파망원경이 힘만 합친다면, 훨씬 더 깊고, 머나먼 천체를 볼 수 있다는 사실을 알고 계셨나요? 작년 4월 M87은하 중심의 블랙홀을 관측해냈던 것! 기억하시죠? 네, 바로 그 일 또한 전파망원경의 협업을 통해 해 낸 것입니다. 대체, 어떻게 그런 것들이 가능했을까요? KVN관측실에서 관련 내용을 알아보았습니다.

(인터뷰)

[정태현 박사(KVN 그룹)]

- 전파관측망 KVN이라고 하는 데요? 우리나라에 있는 전파망원경 3대를 가지고 마치 우리나라 크기만한 커다란 가상의 전파망원경을 만들어서 이 전파망원경을 이용해서 우주의 굉장히 미세한 구조 블랙홀이나 그런것들을 관측하고 연구하는 곳인데요. 특히 여기에서는 서울, 울산, 제주에 위치한 세개의 전파망원경들을 관측하는 일종의 센터 역할을 하는 것입니다. 여기에서 다 그 3대의 망원경들을 원격으로 조정할 수 있습니다. 보시면, KVN 연세, KVN 울산, KVN 탐라. KVN 연세는 연세대학교 안에 21m짜리 망원경이 보시는 거와 같이 있습니다. 이것이 실시간 망원경 모습인데요. 여기 보시면, 울산. 울산은 지금 비가 내리고 있네요. 그다음에, 이쪽은 탐라 제주도에 있는 저희 망원경의 모습입니다.

3대의 망원경을 이용해, 엄청난 크기의 전파망원경을 만들 수 있다는 아이디어! 이것은 대체 어떠한 목적을 이루기 위한 아이디어 일까요?

- 여기 보시면 한국우주전파관측망이 서울, 울산, 제주 이렇게 세군데에 위치하고 있습니다.

[한국우주전파관측망? :KVN, Korean VLBI Network / 서울, 울산, 제주도에 설치된 21미터 망원경 3기로 구성된 VLBI 관측망으로, 22/43/86/129GHz 밀리미터대역 동시 관측 가능]

- 지금 직격이 21미터고, 이렇게 위치를 하고 있는데요. 망원경 하나는 21미터 직겨을 가질 뿐이지만 이 망원경이 동시에 같은 천체를 관측을 하게되면 이때 중요한것이 동시라는 것 하나 같은 천체를 관측을 하게되면,

[동시에, 같은 천체를 관측하게 되면?!]

- 이 세포인트 망원경이 동시에 똑같은 곳을 바라보는 거에요?

- 그래서 관측을 하게 되면 마치 이 3대의 망원경을 가상으로 하는 큰 가상의 원에 해당되는 망원경

[3개의 망원경이 합쳐진 거대한 형태의 가상망원경이 됨!]

- 우리나라 남한 면적에 해당되는 망원경이 가지는 분해능과 동일한 분해능을 얻을 수가 있거든요.

[VLBI이란? / 초장기선 전파간섭계의 줄임말. 멀리 떨어진 여러 전파망원경을 동시 운용함으로써 그 거리에 상당하는 크기의 해상도를 얻는 관측 기술 또는 관측 장치]

- 그렇군요.

- 이게 바로 초장기서 전파간섭계라는 기술인데요. 망원경의 가장 큰 특징을 나타내는 2가지의 특징이 바로 분해능과 집광력. 분해능이라고 하는 것은 멀리 떨어져 있는 물체를 자세하게 구분해낼 수 있는 능력이죠. 밤하늘을 이렇게 보면 뭔가 이렇게 솜털같은 별들의 무리들이 있는데, 망원경으로 보면 수많은 별들의 집단인 경우로 볼 수 있잖아요? 망원경의 분해능이 좋게 되면 멀리 있는 것들을 또렷하게 볼 수 있고, 집광력이 좋으면 희미한 물체들을 눈에 보이지 않는 물체들을 망원경을 통해서 보면 보일 수 있죠. 그런것처럼 전파망원경도 똑같아요. 망원경 한개는 21미터지만 크게 만들면 만들수록 분해능도 좋아지고 집광력도 좋아지기 때문에 망원경 성능이 좋아지죠. 물리적으로 크게 만들기는 힘들기 때문에 전파간섭계기술 이런것들이 나왔거든요. 그래서 하나의 망원경은 21미터에 해당되는 분해능을 가지지만, 이것이 전파간섭계로 동시에 관측을 했을때, 동시에 같은 천체를 관측을 했을때, 무려 서울에서 제주까지 500km정도 되니까 500km에 이르는 직경을 가지는 전파망원경으로 관측하는 것과 똑같은 분해능을 이론적으로 구현할 수 있어요.

[동시에 같은 천체를 관측하면 직격 500km 망원경과 같은 분해능!]

- 그래서 이런 높은 분해능으로 멀리 있는 천체들의 블랙홀 주변에서 일어나는 제트현상이라든지 별탄생 지역에서 일어나는 각종 현상들 그런 것들을 통해서 별의 생성이나 사멸 블랙홀의 진화 강력한 제트분출류 같은 것들을 연구하고 그런것들에 의한 물리적인 기작이 뭔지, 우주의 기원 등등 이런것들을 하게 되죠.

[Jet ; 제트, 블랙홀 분출류]

망원경의 성능을 나타내는 대표직인 2가지 지표, 즉 집광력과 분해능의 성능을 극한으로 향상시키기 위해, 전파망원경의 기술을 집약적으로 끌어올릴 수 있는 것이 바로 전파망원경 여러 대를 동시에! 그것도 같은 천체를 타겟으로 관측하여 그 천체에 관한 정보를 수신, 그리고 해석하는 것입니다. 이렇게 하면 전파망원경들을 테두리로 하는 가장 큰 원만큼의 구경을 수학적으로 얻어낼 수 있으며, 여기에서 발생하는 분해능은 상상을 초월할 만큼 어마어마하기 때문에, 2019년 블랙홀의 발견에도 이와 같은 원리를 이용한 망원경이 쓰였던 것이죠. 우리나라에서는 현재 3기가 운영 중이며, 1기 중축이 예정되고 있다고 합니다. 증축이 된다면, 즉 신호가 더 강해질 수 있겠죠? 그런데 이 전파망원경 협업 시스템에는 반드시 하나의 과정이 더 필요합니다. 여러 전파망원경들이 동일한 천체를 관측하면서 쌓은 데이터들의 동기화. 즉 천체에서 나오는 전파신호를 맞추는 작업이 바로 그것이죠. 이것을 광학망원경에 비유하자면 전파망원경 어러 대는 렌즈의 역할을 수행하는 것이고, 그 렌즈에 모인 정보를 정확하게 초점으로 맞추는 일이 바로 천체에서 나오는 전파신호의 동기화일 것입니다. 이것을 우리는 상관이라고 부릅니다. 그리고 바로 이 곳이, KVN 전파망원경들로부터 모은 데이터를 관리, 글고 상관처리하는 곳이지요.

(인터뷰)

[정동규 연구원(KVN 그룹)]

- 여러개 망원경이 동시에 한 천체를 관측하게 되는데, 각각의 망원경에 도착하는 신호가 약간의 지연시간이 발생하게 되는데요? 그 지연시간을 잘 맞추어서 이 신호가 상관이 있구나하고 알수 있게끔 하는 그 상관입니다. 일본 4개의 망원경, 한국 3개의 망원경 동시에 관측하는 총 7개의 망원경을 동시에 관측하여 상관처리하는 곳이 였는데요. 최근에는 중국도 참여하여 저 멀리 신장우루무치.

- 혹시 저 끝에 있는 저기를 말씀 하시는 거에요?

- 네 맞습니다. 우리 동아시아 VLBI 관측망이 가동될 경우에 5,000km의 가상망원경이 생성이 되는거죠.

- 와.. 5,000km요?

현재 운영되고 있는, 그리고 앞으로 추가되어 최대 5,000km 동아시아 VLBI 전파망원경 그룹! 이 모든 망원경들의 정보를, 바로 이곳에서 상관처리하게 될 예정인 것이지요. 데이터가 어마어마하겠죠? 오늘날 기준, 얼마나 쌓일까요?

- 우리 KVN이 관측기록한 데이터를 재생하는 장치고요.

- 아 여기가요?

- 하드디스크를 여러개 묶은 디스크팩을 통해서 기록을 하고 있거요.

- 아 이거요? 이게 하드디스크 안에 몇개 들어있어요?

- 총 8개가 들어있어요.

- 각각 개별의 용량이 얼마에요?

- 이것은 2테라 8개해서 총 16테라이고요.

- 16테라요?

- 이거 하나로 KVN 관측의 하루하고 8시간 정도

- 하루 8시간에 16테라요?

- 하루마다 이만큼씩 쌓이는거네요?

- 이거는 3테라 디스크 8개 인데요. 이것은 한 2일 관측할 수 있어요.

- 데이터가 어마어마하게 들어오나봐요.

- 지금 깜빡깜빡하고 있는 있는 이것이 동기재생처리 시스템이라고 하는 실제 관측된 데이터를 임시로 저장하는 곳인데요. 여기서 관측된 데이터를 재생하게 되면 바로 가운데에 있는 대전 상관기로 데이터가 전달되는데요. 실제로 상관 처리하는 것이 이 CAU라고 하는 이 장비에서 상관처리를 하게 됩니다.

- 아, 그렇군요.

현재 일본과 우리나라 천체망원경의 초점 역할을 담당하고 있는 한일상관센터, 앞으로는 더 큰 영역의 임무를 담당하게될 예정이라고 합니다.

- 호주의 ATC, 러시아의 위성, 태국에도 KVN과 똑같이 3기의 망원경이 건설되고 있는데 태국 망원경까지 동아시아 V앱의 핵심으로 자리잡을 것입니다. 총 16개가 딱 맞습니다.

제각각 다른 목적과 다른 목표로 여러 연구를 수행하고 있는 한국천문연구원의 이곳저곳을 둘러보면서 모든 연구원들에 너무나 큰 두근거림과 즐거움을 느꼈던 소중한 시간이었습니다. 혹자는 이렇게 이야기하기도 합니다. 아니 대체, 우주를 연구하는게 내 삶과 무슨 관계가 있냐고. 그러나, 언제부터인가 삶에 치여 그러한 이야기를 하는 사람마저도 잠시 어렸을 적 어느 한순간의 기억을 스쳐본다면, 모두 다 가슴 한켠에 저 우주에 대한 궁금증과 열망이 있었떤 적의 기억을 하나쯤은 떠올릴 수 있을 것입니다. 우리가 매일 밤 아무렇지 않게 쳐다보던 하늘은 과거 풍흉을 점치는 도구로서 이용되기도, 또 신비로운 신앙에 결부되어, 사람들을 설득하는 마법으로 쓰이기도 했지만, 오늘날 현대를 살아가는 우리들에게 있어 인간이라는 존재가 이 장대하고도 넓은 우주 속에서 얼마나 기묘하고 특별한 존재인지를 드러내주기도 했습니다. 우리는 무엇으로 이루어져 있으며, 이 세계를 구축하는 체계는 어떻게 구성되어 있는가. 이것은 과거러부터 오늘날까지 자연철학이 끊임없이 묻는 질문일 것입니다. 이러한 질문에 대한 답을 향해! 아주 천천히, 그리고 조용하지만 강력하게! 천문우주에 대한 연구는 한발짝 한발짝 다가가고 있는 것이 아닐까요? 과학쿠기였습니다! 감사합니다.