과학크리에이터 과학쿠키와 두 번째로 협업하여 제작한 연구원 견학 동영상입니다.

화면자막

과학쿠키와 함께하는 한국천문연구원 온라인 견학 '후속편'

(인터뷰)

[KASI 문봉곤 박사(우주과학본부)]

문봉곤 : 이 안쪽을 잠깐 보여드릴까요?

쿠키 : 오! 좋아요

쿠키 : 헛! 이거 열 수 있어요? 이것을?

문봉곤 : 예.

쿠키 : 우와, 우와!

쿠키 : 오 이렇게 열리는군요! 허어...!

이 챔버는 우주의 대기 환경과 매우 흡사한 진공상태를 만들어주는 장치입니다. 이 장치는 왜 필요한 것이며, 무엇을 하기 위해 만들어졌을까요?

(인터뷰)

[KASI 노경민 박사(우주과학본부)]

노경민 : 이것은 원자시계고요,

쿠키 : 아, 이게 원자시계에요?

노경민 :시계를 정확하게! 원자시계를 가지고 시각을 동기화하고 있고요

쿠키 : 아아

노경민 : 여기에 보시면, GPS 수신기가 4대나 있어요.

쿠키 : 4대요?

노경민 : 왜냐하면 이 사이트, 이 관측 데이터가 활용도가 좀 많아서 그런데...

이곳은 지구 주변에 위치하고 있는 인공위성들 중 위성합법시스템을 탑제한 위성들의 정보를 수신하고, 그 데이터를 보관하는 곳입니다. 왜 이곳에, 원자시계가 있는 걸까요?

(인터뷰)

[KASI 한정열 박사(천문우주기술센터)]

한정렬 : 그래서, 다이몬드의 입자들이 저 안에, 액체 안에 들어가 있고요.

쿠키 : 아..!

한정렬 : 예 거기에, 이렇게 시커먼 게 이게 다이몬드이고요!

쿠키 : 다이아몬드슬러리

여기는 무엇을 연구하는 곳이길래, 무려 다이아몬드라는 값비싼 광물을 그것도 저렇게나 곱게 갈아 실험도구로 쓰고 있는 걸까요? 그러고 이러한 것들이 우리의 우주와 지구를 이해하는 데 대체 어떤 도움을 주길래, 이러한 것들을 연구하는 걸까요? 과학쿠키 오늘의 이야기는 우주로부터의 근원적인 질문에 대해 과학으로 답하는 정부출연연연구기관, 한국천문연구원에 관한 두번째 이야기입니다.

[과학쿠키]

이따금 일상으로부터 벗어나고 싶을 대가 있거나, 생각처럼 일이 잘 안풀리는 느낌을 받을 때면 저는 종종 별을 보러가곤 했었습니다. 그리고 그건, 지금도 마찬가지이지요. 마침 하늘에 익숙한 별자리가 보입니다. 큰곰자리입니다. 우리에게는 북두칠성으로 더 잘 알려져 있습니다. 요즘 같은 겨울에는 하늘에서 별자리를 하나 더 찾아볼 수 있는데요, 세 개의 별이 나란하게 빛나고 있으면서 주변에 팔과 다리처럼 보이는 별들을 찾았다면, '오리온자리'라고 불리는 별자리를 찾은 것입니다. 그런데 문득, 재미있는 생각이 들었습니다. 지금으로부터 몇 천 년 전 사람들이 보던 별자리들이 정말 우리가 바라보는 별자리들과 똑같을까? 왜 이런 생각이 들었냐고요? 흥미롭게도 저 별자리들이 오늘날 우리가 보는 모습 그대로! 기록에 남아있기 때문입니다.

(인터뷰)

[KASI 김상혁 박사(고신천무연구센터)]

김상혁 : 딱 눈에 띄는 별자리가 하나 딱! 보일 수 있어요. 요..요 언저리에

쿠키 :쭉 보다보면요?

김상혁 :예 이 별자리, 뭔지 아시겠어요?

쿠키 : 어?

김상혁 : 북두칠성! 북두칠성

쿠키 : 이거요? 오 그러게요, 이거 북두칠성이네요!

김상혁 : 예 북두칠성이죠? 그러니까 옛날 사람들이 보든지, 오늘날 사람들이 보든지, 이 형태는 너무나 명확해서, 비슷한 생각을 가지고 있어요. 별자리를 잇는 것도 똑같잖아요.

쿠키 : 이게 북두칠성이라는 말이 동아시아에서 저 별자리의 형태를 부르는 말이죠? 사실? 큰곰자리잖아요?

김상혁 : 큰곰자리죠. 큰곰자리는 더 포함한 영역이고,

쿠키 : 아 그래서 북두칠성이라는 이름은 어떻게 보면 동아시아권의 별자리네요?

김상혁 : 그렇죠, 북두칠성이라고 부르는 건, 우리 쪽에서만 부르는 이름이겠죠, 또 하나 또 있어요 여길 보시면, 여기 근처에 혹시 요 별자리 혹시...

쿠키 : 오리온자리이네요!

김상혁 : 네 맞습니다. 오리온자리입니다!

쿠키 : 아아! 이렇게, 3성! 오리온 3성!

김상혁 : 그렇죠, 옛날에는 삼수라고 불렀어요.

쿠키 : 삼수요?

김상혁 : 예 북두칠성이나 오리온자리! 이것은, 옛날 사람이나 오늘날 현대인들이 비슷하게 보는 별자리에요.'

쿠키 : 오 그렇구나

김상혁 : 그러나 대부분의 별자리들은 그림들이 좀,..서로를 잇는 방식이 너무 다릅니다.

쿠키 : 아 그렇군요.

'석각 천상열차분야지도' 1392년, 고구려 석각 성도의 탁본을 얻은 이성계가 다시 석각을 지시하였다고 알려진 이 천문도는 과거 동아시아권에서의 천문학이 어떻게 연구되었는지를 보여주는 귀중한 사료입니다. 이 천항열차분야지도의 복원품이 우리나라에서 천문학 연구를 담당하고 잇는 한국천문연구원의 세종홀에 세워져있죠. 그런데, 이렇게 들여다보고 나니 뭔가 재미있는 공통점을 찾을 수 있었습니다. 왜 서양과 동양 모두, 별들을 점이 아닌 선으로 이어 별자리로 만들었을까요?

(인터뷰)

쿠키 : 진짜 신기한게, 이 서양에서도 그렇고 동아시에서도 그렇고 별들을 이렇게 선으로 잇는 걸 참 좋아했나봐요? 옛날 사람들은

김상혁 : 아마 선으로 이으면, 찾기가 쉬울 수 있을 것에요, 왜냐하면 하늘에 별이 점으로만 있으면 찾기도 어렵고 그 별이 맞는지를 이해하기 힘들 텐데 이렇게 별과 별을 선으로 이어놓으면 부르기도 좋고 찾기도 좋고

쿠키 : 분류하기도 편하고

김상혁 : 예예예 그리고 또 하나의 별이라는 게 하나의 영역이거든요, 행성들이나 달이나 이런것들이 어느지역을 지나갈때 어느 별자리 주변 이렇게 표현하는게 빠르게 알 수 있지 않을까 생각합니다.

쿠키 : 그래서 이렇게 별자리로 표현했던 거군요.

김상혁 : 네네.

생각해보니 하늘에 떠 있는 무수한 점들을, 그것도 시간에 따라 계속 이동하는 점들의 위치를 찾는다는 게 별자리를 모른다면 정말 쉽지 않은 일일 것입니다. 천체관측을 좋아하는 저도 사실, 원하는 관측대상을 빠르게 찾고 싶을 때 별자리를 이용하곤 하거든요. 그런데 이것은 쉽고 빠르게 별을 찾기 위함인 것이지, 몇날 몇시 몇분에서의 별의 위치가 정확하게 어디인지를 알기 위해서는 하늘의 별들의 위치를 명확한 기준을 통해 정밀하게 기록해야 하고, 또 그러한 일들이 충분히 많이 지속되어 관측자료들이 쌓여야 할 것입니다. 이러한 전반의 일을 가능하게 해줄 수 있는 도구가 바로, 천체의 운행과 별들의 위치를 알아낼 수 있는 도구인 '혼천의' 입니다. 앞서 소개드렸던 천상열차분야지도와 혼천의는 우리나라에서 천문학을 연구하는 데 아주 중요한 존재들이었습니다. 그 증거를 이 만원권에서도 찾을 수 있죠. 여기를 보시면, 뱅크 오브 코리아 밑으로 몇몇 점들이 보이는 데 이 점들이 바로 천상열차분야지도에 기록되어 있는 동아시아에서 기록한 별자리들을 나타내고 있습니다. 뱅크 오브 코리아의 K글자 밑 부분을 잘 살펴보면 영상 앞 부분에서도 확인할 수 있었던 북두칠성이 보이죠? 그리고 그 옆에 있는 뭔가 천구의 모형같이 생긴 이 도구가 바로 당시의 밤하늘의 정보를 관측하는 도구인 혼천의 입니다. 그리고 이 혼천의를 약식으로 만들면 '간의'가 되지요.

(인터뷰)

김상혁 : 굉장히 웅장하죠?

쿠키 : 예!

김상혁 : 이게 그... 오늘날로 따지면, 천체망원경과 같은 역할을 하는거에요.

쿠키 : 아아 이게요?

김상혁 : 혼천의라는 전통적인 관측기가 있었는데 너무나 복잡했어요. 복잡해서 간소하게 만든다고해서 간의라는 이름으로 지어졌는데, 천체의 위치를 측정하는 겁니다.

쿠키 : 천체의 위치를?

김상혁 : 예 별의 좌표. 보시면, 크게 두 덩어리가 있어요. 하나는 이렇게 비스듬하게 있는 덩어리가 있고. 이쪽에 보시면 수직으로, 수평으로 되어 있는 덩어리가 있는데 이 파트는 고도와 방위를 측정하는... 이거는 실제 별의 위치인 현대 천문학에서 이야기하는 적경과 적위를 측정하는 건데요. 보시면 여기, 실제로 여기와서 이렇게 관측을 하는 겁니다. 뭐 태양을 볼 수 있고요, 밤에는 별을 볼수 있겠죠. 눈금들이 있어요. 그래서 북극으로부터의 거리를 축정할 수 있고, 현재 지금 관전장치는 있지만 돌려서... 여기 이제 별자리들이 새겨져 있어요. 성수도 있고, 장수도 있고, 익수도 있고.

쿠키 : 여기가 돌아가는건 전체 세로축의 시스템을 가로로 돌리는 거고 이거는 이제 높이를...

김상혁 : 그렇죠. 예, 고도를 측정하는

쿠키 : 아아

김상혁 : 극고도

쿠키 : 일정하지 않은건 실제 하늘에 있는 별들의 위치 때문인거죠? 이런 별들은 아까 천상열차분야지도의 그 28개 별에 다 있는 거고요?

김상혁 : 네 맞습니다.

이 뿐만 아닙니다. 일년 365.25일을 세세하게 알 수 있는 해시계와 그림자 위치 하나로 일 년 중 절기와 시간을 바로 알 수 있는앙부일구, 천상열차분야지도를 바탕으로 천구 위에 별자리가 어떻게 위치하는지 직관적으로 확인 할 수 있는 도구인 혼상의, 마지막으로 기계적으로 작동하는 시계와 혼천의를 결합한 혼천시계까지, 이 모든 것들을 바탕으로 우리가 확인해볼 수 있는 것은 과거의 수많은 사람들도 오늘날의 우리가 품은 열정만큼, 하늘을 사랑했다는 것이 아닐까요?

(인터뷰)

쿠키 : 고천문학을 이제, 한국천문연구원에서 연구한다는 것은 어떤 의미를 가질까요?

김상혁 : 고대 선조들의 관측 기록들을 현대천문학에 이용하는 메인 이슈가 잇는 거고요, 그런데 그것을 하기 위해서 여러가지 의기 복원도 해야되고 칠정산이나 시현력이나 역벽 연구도 해야되는 것이고요. 그런거를 통해서 우리가 선조들의 과학들을 다시 재조명하고 그런 성과물들을 과학관이나 전시를 통해서 선조들의 전통도 전해주고 과학적 창의력 도움을 줄 수 있는 그런 역할을 할 수 있을 거라고 생각합니다.

쿠키 : 감사합니다. 박사님.

과거의 학자들이 지상에서 하늘을 쳐다보며 우주를 향한 호기심을 품어 왔다면, 재미있게도 오늘날의 우리들은 우리가 살고 있는 터전인 지구에 대한 호기심을 우주로부터 관찰하며 해결하고 있습니다. 우리가 GPS라고 흔히 알고 있는, GNSS라는 이름의 시스템으로 말이죠.

(인터뷰)

[KASI 노경민 박사(우주과학본부)]

쿠키 : 일반적으로는 GPS로 많이 알고 있잖아요?

노경민 : 네

쿠키 : GNSS라는 용어를 말씀해 주시고 있는데, 두 용어의 차이가 있을까요?

노경민 : GPS는 미국에서 만든 전지구 위성항법시스템, 그래서 글로벌 포지셔닝 시스템.

쿠키 : 미국에서 만들었어요?

노경민 : 예 미국에서 운영하고 잇는 위성시스템을 GPS라고 부르고요. 통틀어서 일컬을떄는 GNSS라고 불러야되는게 되는거죠.

쿠키 : 그렇군요.

GNSS는 Global Navigation Satellite System으로 전 지구에 퍼져 있는 위성으로 부터 위치정보를 제공하는 시스템을 통칭하는 용어를 말합니다. GPS는 이러한 항법시스템 중 미국이 운영하는 시스템을 의미하며 이외에도 러시아가 운영하는 GLONASS, 유럽연합의 Galileo, 그리고 중국의 BeiDou 등 다양한 위성항법시스템들이 있죠. 기본적으로 위성항법시스템은 인공위성이 송신한 신호에 담긴 위치와 시각 정보를 이용하여 수신기까지의 거리를 측정할 수 있고, 이를 이용하여 수신기의 위치를 결정할 수 있는 시스템입니다. 이론상으로 위치정보를 특정하는데 필요한 3개의 위성에 각 위성들과 수신기 사이의 시각 차이를 동기화하기 위한 위성하나를 포함하여 총 4개의 위성이 잇다면 정밀하게 위치 정보를 결정할 수 있습니다. 이 관측 데이터는 지구와 지구를 둘러싼 우주 공간으 ㄹ연구하는데 매우 중요한 데이터인데, 이러한 위성항법 데이터가 모이는 곳을 우리는 GDC, Global Data Center라고 부르고 있으며 전 세계 몇 안되는 이 'GDC'를 보유하고 있는 기관들 중 하나가 바로 제가 방문한 이 곳인 한국천문연구원인 것입니다.

(인터뷰)

노경민 : 보통 뭐 항법으로 쓰이는 것들은 차 네비게이션에서 쓰이고, 여행갈 때 쓰이고, 등산할 때도 쓰고 다양하게 쓰이죠. 여러분들이 잘 모르지만 굉장히 중요하게 쓰이고 있는 용도가 또 하나 있습니다. 바로 지구를 관측하고 지구를 감시하고 지구를 모니터링 하는 걸로 많이 활용이 돼요. 예를 들면 전 지구의 GPS 위성에서 신호를 받을 수 있는 수신기가 땅에 딱 고정돼서 전세계에 펼쳐져 있다고 생각을 해보세요. 그러면 마치 우리 몸에 모션센서를 앞뒤 전체에 설치한 것 처럼 내가 어떤 움직임을 가지든 내가 살이 쪄서 배가 나왓는지 허리를 움직여서 배가 나왔는지가 전체에 모션센서가 있으니까 다 확인 할수 있는 거에요.

쿠키 : 아, 그렇군요.

노경민 : 저 화면에는 저희 천문연으로 데이터를 보내주는 사이트들의 위치하고 현재상태를 표시한 것이고요. 그리고 그 옆에 있는 화면은 몇 명이나 데이터를 받아가고 있는지 하드 용량이 충분히 있는지, 접속자가 너무 많아서 네트워크를 보강해야 하지 않을지, 하드웨어 상태를 보여주고 모니터링을 하기 위해서 만들었는데, 오늘을 위해서 만든 것 같네요.

쿠키 : 아 그렇군요.

노경민 : 현재 GDC라고 부르는 데이터센터가 한 여섯 개 정도 있는데, 중국이 들어오기 전에는 아시아지역에서는 유일하게 데이터 센터를 운영하고 있어서 아시아 지역에 있는 관련 연구자들한테 정보를 제공해주고 이 데이터가 미국에만 있다고 생각해 보면 미국의 네트워크에 문제가 생기면 우리는 연구 데이터를 얻을 수 없는거에요..

쿠키 : 그렇군요.

노경민 : 그런 허브들이 전 세계 몇 군데가 있어야 되고 그 역할을 저희가 하고 있습니다. 물론, 저희가 그 역할을 하게 된 이유는 저희가 관련 연구를 하기 때문에 어떻게 보면 발론티어로써, 거창하게 얘기하지만 전 세계의 과학계에 기여를 하고 있다고 생각하시면 될 것 같습니다.

위성데이터를 보관하는 데이터 저장소로서의 역할 뿐만 아니라 전 세계에서 접속할 수 있는 엑세스포인트로서, GNSS 데이터를 기반으로 연구하는 모든 사람들을 위해 GDC는 큰 기여를 하고 있었던 것입니다.

(인터뷰)

쿠키 : 일반 민간에서 이용하는 네비게이션도 물론 중요하겠지만 지구과학을 연구하는 연구자의 입장에서는 지구의 다이나믹한 변화를 실시간으로 계속해서 기록하고 그 기록된 데이터를 바탕으로 지구 동역학을 이해하는 데 목적이 있는 건가요?

노경민 : 조금 더 확장하면 저희가 우주를 바라보고 있는 시대에 있잖아요, 우리가 어디론가 도약을 하려고 하면 그 도약하고자 하는 출발점을 정확히 알아야 목적지를 정활히 갈 수가 있어요. 출발점에서 내 자세가 이상하게 돼 있으면 도착할 때 이상하게 돼있죠. 내가 있는 곳의 위치, 내가 있는 곳의 상황, 형태, 동역학을 정확히 아는 것은 결국 지구의 출발점. 우리가 우주로 나가는 그 출발점에 대해 정확히 이해하고 있다는 거에요. 저희가 달로 가든, 다른 행성으로 가든 스타워즈에 보면 타음워프인가 해서 버튼을 누르면 바로 가잖아요. 출발할 때 딱 맞춰놓고 가야지요. 출발할 때 못 맞추면 딴 데로 가 있는 거에요. 출발점을 정확히 맞춘다는 의미에서 그 역할도 하고 있다고 생각하시면 될 것 같습니다.

이것을 활용해 지구의 동역학을 분석함은 물론, 넓고 광활한 우주 속에서 우리 해성의 좌표를 명확하게 하는 일의 초석을 만들 수 있다는 사실이 듣다보니 정말 우주시대가 머지않아 다가오지 않을까하는 기대를 만들어주는 순간이었습니다. 지금까지 위성을 통해 우리 지구를 바라봤다면 이번에는 위성을 통해 우주로 시선을 돌려볼 차례입니다. 계속해서 만나볼 곳은 위성을 활용해 우주를 관측하는 망원경을 제작하고, 이 망원경들의 성능을 연구할 수 있는 공간, 우주망원경실험실입니다.

(인터뷰)

[KASI 문봉곤 박사(우주과학본부)]

쿠키 : 여기 보면 굉장히 뭐 많은 것들이 있어요. 설명이,

문봉곤 : 예, 저희의 지난 20여년 동안의 역사를 간단하게 요약해 놓은 곳인데요. 최초 우리가 수행했던 미션은 과학기술위성 1호에 주 탑재체로 올라갔습니다. FIMS라고 하는데요, 원자외선 우주망원경이라고 할 수 있습니다. 그래서 이것은 자외선 영역에서 실제 우주 관측을 수행했습니다. 우리은하의 전천지도를 작성을 했고요. 그래서 우리은하의 전천지도 맵을 이렇게 실제,

쿠키 : 전천이라고 하면 전체 하늘, 이런 뜻인가요?

문봉곤 : 그렇조 우리 은하수, 우리가 주로 밀키 웨이(Milky way)라고하느 은하수 있죠? 은하수를 중심으로 해서 전천 영역을 찍었습니다.

쿠키 : 여기 보니까 적외선도 있어요.

문봉곤 : 그 다음 미션이 과학기술위성 3호인데요, 적외선을 관측 파장으로 하는 탑재체를 개발했고, MIRIS입니다. 우주를 보는 8cm. 아주 작지요. 아직 작지요? 8cm의 Telescope이라고 생각하시면 됩니다.

쿠키 : 8cm 밖에 안돼요?

문봉곤 : 네 적외선 우주망원경 같은 경우에는 우주에서 오는 극미광을 관측 하게 됩니다.

쿠키 : 네 굉장히 작은 양의 빛

문봉곤 : FIMS는 자외선에서 우리 전천을 찍었다면 MIRIS는 IR파장에서 파장이 0.9~2마이크로미터, 이 정도의 파장영역에서 실제 우리 은하 360도 x 6도 영역을 모자이크로 이렇게 이미징을 수행해서 이렇게 붙인겁니다.

가시광선 영역으로부터 먼 영역에 있는 원자외선으로 우주를 관측하는 망원경인 FIMS와 반대로 적외선 영역을 활용해 관측하는 망원경 인 MIRIS. 두 망원경 전부, 허블우주망원경과 같이 지구 궤도에 올라타 우주 공간 속에서 우주를 들여다보는 망원경들로써 임무를 수행했습니다. 이 외에도 지구로부터 우주로 나아가는 동안 얼마나 많은 우주방사선이 인체에 피폭되는지를 알아보는 임무를 수행했던 BLEODOS, 광학 편광 카메라를 이용해 세계 최초로 달의 편광지도를 만들기 위한 미션을 수행할 우주망원경이 PolCam, 근적외선 영역에서 우주배경복사와 가까운 은하에서의 별의 탄생을 연구하기 위해 쏘아올린 우주망원경이 NISS와 올해 NASA와 함께 발사될 것으로 보고 있는 우주배경복사만을 특정하여 들여다보는 망원경인 CIBER2까지. 정말 많은 우주망원경들을 이곳에서 개발하고, 또 연구해왔다는 것을 알 수 있었습니다. 실제로 연구가 되고 있는 현장도 견학을 할 수 있었는데요.

(인터뷰)

문봉곤 : 작지만 콤팩트하게 운영을 하고 있어요. Space Playload를 제작하는 여러가지 분야가 있는데요. 시스템을 하나 만들기 위해서는 광학, 광기계, 전자, 소프트웨어.. 이런 각각의 분야에서 전문가들이 같이 참ㄴ여해서 전체 시스템을 제작한다고 생각하시면 됩니다. 그래서 여기보시면, 청경 환경에서 실제 조립을 해야 될 때가 있습니다. 광학계 같은 경우는 나노미터 스케일로 우리가 제작을 하잖아요? 표면 자체에 외부의 먼지나 그런 것들이 달라붙으면 안되겠죠?

쿠키 : 그렇죠.

문봉곤 : 우주에 올라가기 전에 그런 것들을 작업하기 위해서 저희들이 기본적인 청정 환경에서 작업을 해야합니다. 보통, 10만 Class 이하에서 광학계 작업을 할 수 있어요. 여기에서는 전자부품들을 조립 할 때, 정전기 방지되는 테이블에서 해야합니다. 여기 Ion Blower가 이렇게, 이온이 내료오는 상황에서 작업을 합니다.

쿠키 : 아 그래서 저 이온들이 정전기를 발생하지 않도록 계속해서 때려주는 거군요.

문봉곤 : 네, 사람 몸에도 스트랩을 착용하고요. 부품에 대한 납땜 등을 수행합니다. 또한 부품들을 바로 조립하는게 아니라 세척을 합니다. 우리가 잘 알고 있는 안경 세척하고 비슷한 개념인데요. 이게 초음파 세척기에요. 여기에 이소프로필알콜을 가득 채우고 그 상태에서 부품들을 집어넣고 세척을 합니다. 어느정도 부품이 조립되면, 간단한 테스트들도 우리가 수행을 해요. 이것은 하나의 냉각 시험을 할 수 있는 조그마한 챔버라고 생각하시면 됩니다.

쿠키 : 냉각시험 챔버.

문봉곤 : 여기에 액체질소를 넣을 수 있어요. 그래서 액체질소 탱크가 여기 안에 있어요. IR Detector를 아까 말씀드린 대로 극저온으로 냉각을 해야되잖아요? 전체 조립을 하기 전에, 그 검출기의 성능을 보기 위해서 여기 조그마한 챔버 안에 넣고, 디텍터 자체만 냉각을 해서 퍼포먼스를 보는 그런 작업들도 하고 있습니다.

쿠키 : 저온에서 잘 작동하는지,

문봉곤 : 예, 그리고 이것은 실제 저희 NISS에 사용되었던 전장박스 모양입니다.

쿠키 : 모형이에요?

문봉곤 : 네, 전정박스입니다. EM모델이라고 생각하시면 됩니다. CIBER에 실제 GSE 쪽 그러니까, 일렉토로닉스 관련된 쪽을 개바러했습니다. 그래서 실제 탑재되어 있고 지금 발사 준비를 하고 있습니다.

쿠키 : 기판이네요?

문봉곤 : 네, PCB 설계와 같은 부분들을 저희 팀이 같이 하고 있고 테스터나 저희들이 수행한다고 생각하시면 됩니다. 이런 탑재체 시스템을 저희들이 제작하고 조립을 해서 어느 정도 시스템을 만들면, 우주환경에서 정말 이것이 제대로 동작하는지 지상에서 테스트를 할 필요가 있습니다. 우주 환경을 모사하는 실험이 여러가지가 있는데요, 그 중 하나가 열진공 실험입니다. 챔버 안에 탑재체를 넣고 진공펌프를 이용해 실제 펌핑을 해서 우주에서와 비슷한 진공도로 만들고, 냉가가하고, 히팅을 저희가 반복을 하면서 싸이클링 테스트를 하는 것이죠.

우주망원경이라는 것은 '우주'의 극한환경에서도 제대로 동작을 해야 하기 때문에, 이렇듯 우주환경을 모사할 수 있는 챔버가 필요하다는 것을 함께 들여다 볼 수 있었습니다. 이 장비가 이 연구실에서는 최종 보스같은 느낌으로 다가오네요. 다음으로 만나볼 곳은 빛을 반사하는 거울의 성능을 연구하는 곳인 과학연마기술개발실험실입니다. 한국천문연구원에서도 이곳이 퍼블릭하게 소개된적은 극히 드물다고 하셨을 정도로 생소하시겠지만, 그러한 곳이야 말로 여러분과 저에게 있어서는 설레는 공간이 아닐 수 없겠죠?

(인터뷰)

[KASI 한정열 박사(천문우주기술센터)]

한정열 : 이 장비가 사실 세계에 하나 있는 겁니다.

쿠키 : 우와 그래요?

한정열 : 천문연구원이 개발을 한 그런 연마장비고요.

쿠키 : 실리콘인가요?

한정열 : 이게, 이제 실리콘 카바이드라는 그런 소재입니다.

쿠키 : 실리콘 카바이드요?

한정열 : 네, 이것을 보통 이렇게 거울로 만들지 않습니다. 왜냐하면, 되게 딱딱해서 이걸 연마하기 되게 어렵거든요. 그런데, 저희가 이것을 어떻게 하면 잘 좀 할 수 있을지 그런 것을 실험하기 위해서 이렇게 샘플로 만들어 본 겁니다. 여기 혹시 이게 찍힐 수 있을지는 모르겠지만... 여기, 약간 그 점 같은게 보일... 그게 보일까요?

쿠키 : 이 점을 말씀 하시는 거죠?

한정열 : 네네, 거기서 쩜쩜쩜쩜 해서, 주욱 있는. 여기 있는 이 점들이, 저 공구로 연마를 하는 겁니다. 이 점들을 연마 해서 우리가 잘 이해할 수 있으면 그것이 전체적으로 연마를 하는 가장 기본단위가 되는 건데요, 그 기본단위가 우리가 잘알면 연마하고 싶은 대로 이제 연마를 할 수 있는거죠. 그래서 실제로는 여기에 이것을 장착을 해서 고정을 시키고요,

쿠키 : 저기 있는 펌프에 연결한 것이네요?

한정열 : 네 실리콘 카바이드가 매우 딱딱하기 때문에 다이아몬드로만 연마가 될 수 있습니다. 그 나머지는 이 실리콘 카바이드를 연마 할 수가 없어요.

쿠키 : 나머지는 자기네들이 갈리겠네요?

한정열 : 그렇죠, 맞습니다. 그래서 저기가 다이아몬드의 입자들이 저 안에 액체 안에 들어가 있고요. 예. 시커먼 게 이게 이제 다이아몬드고요. 소리 나는 것은 다이아몬드가 잘 섞이라고.

쿠키 : Stirrer가 있나보네요?

한정열 : 맞습니다. 오, Stirrer.

쿠키 : 이 호스를 통해서 저 연마액이 여기에 묻고, 이 묻은 휠이 들어가면서 이것을 깍아주는 거에요?

한정열 : 맞습니다. 예, 이렇게 하면서 슬러리를 좀 뿌려주자면, 이렇게 해서 슬러리가 분사가 될 겁니다. 이렇게 해서 분사가 되면서 여기에 있는 로드셀이 휠이 SIC소재를 누르는 그 힘을 나타내주는 건데요, 천천히 내려가고 있는데 이 수치가 대락 한 105.몇 정도가 되면 실제로 접촉이 되는 겁니다. 그래서, 그 순간에 수치가 올라가게 되는 건데요.

쿠키 : 아! 마이크로 단위로 움직이네요?

한정열 : 네, 맞습니다.

쿠키 : 어? 이제 슬슬 로드가 걸리겠네요?

한정열 : 네, 맞습니다.

쿠키 : 오! 올라가기 시작했어요.

한정열 : 아 네, 이렇게. 저희가 주로 쓰는 것은 0.05에서 0.11정도 뭐, 그 정도 수치로 이 힘을 제어를 한 다음에..

쿠키 : 아주 얇게 누르네요?

한정열 : 굉장히 적은 힘으로 그렇게 누른 다음에, 이 제어 시작을 누르게 되면 여기서 뭐... 이렇게 해서

쿠키 : 어? 미끄러졌는데, 긁히지 않았을까요?

한정열 : 긁히는 게 맞고요, 사실 저희가 그렇게 미끄러져서 긁히는 그런 일들을 일부러 합니다. 네, 다양한 상황에서 이 면이 어떻게 달라지는지 이런것들을 계속해서 연구를 합니다. 이런저런 가능성을 다 두고...

쿠키 : 소재가 어떻게 쓰이면 좋고 어떤 식으로 연마하면 효율적으로 연마하면 좋은 지 그런것들을 알아보는!

한정열 : 그런 용도로 지금 하고 있고, 저희가 궁극적으로는 생각한 대로 잘 작동하는 그 장비를 잘 좀 활용을 해서 향후헤 산업현장에 응용을 하려고 하는데 NASA에 미러테크, 거울 기술하는 그런 워크숍이 있는 데 저희가 거기에 매녀 발표를 하는데 많은 분들이 사실 좀 관심이 좀 있으신 편입니다. 그래서 상당히 좀 재미있게 하고 있습니다. 가능하다면, 이런 기술들을 발전을 시켜가지고 우리나라도 그렇고 해외에 보급이 되었으면 하는 바램입니다.

쿠키 : 감사합니다. 박사님.

한정열 : 네, 네.

그동안 너무 단단해서 연마대상으로서 사용되지 못했던 소재인 실리콘 카다이드, 즉 탄화규소와 같은 소재를 다이아몬드 슬러리를 활용하여 원하는 대로 연마할 수 있다면 실리콘 카바이드 고유 특성인 가볍고 단단한 성질로부터 우주망원경 등에 활용될 광학면으로서 매우 가치 있는 소재가 되어줄 것입니다. 그렇기 때문에, NASA를 포함한 여러기관에서 관심을 가지고 들여다 보고 있는 것이겠죠? 마지막으로 만나볼 곳은 우주전파를 연구하는 전파망원경의 핵심 부품, 카메라로 비유하자면 이미지센서와 같은 부품을 연구하고 제작하는 곳인 수신기측정개발실도 만나볼 수 있었습니다.

(인터뷰)

[이방원 학생연수원(전파기술개발그룹)]

이방원 : 수신기를 측정하는 장치인데요, 이 안에 천문용 수신기가 들어와 있고, 신호를 넣어서 나오는 시그널이 우리가 원하는 형태로 나오는지를 측정하는 그런 형태입니다. 그래서 여기 아래에 수신기 아래판이 보이는데 이게, 아래에서부터 삽입이 되거든요. 그렇게 해서 이제 설치가 되어 있는 상태입니다. 이것이 이제, 시그널을 발생을 시키고.

쿠키 : 아 이것이 시그널을 주는거에요?

이방원 : 시그널 발생을 시키고 그 신호가 이제, 안에 있는 수신기로 들어가게 되는데 실제로는 수신기가 망원경에 설치가 되니까 망원경의 부경으로부터 망원경으로부터 오는데, 그걸 일종의 흉내내서 하는거라고 볼 수 있어요.

쿠키 : 그러면 여기에서 발생되는 신호는 이게 전파망원경에 들어가 있는 수신기 이니까 RF일테고,

이방원 : 그렇죠. 지금은 이제 상원에서 작동되고 있는데, 전파수신기는 4K에서 작동하기 때문에 실제로는 냉각을 하게 되요.

쿠키 : -269도로 냉각을 하려면 헬륨을 쓰나요?

이방원 : 네 헬륨. 그럼 이제, 수신기가 수축을 하게 되잖아요. 그 수축을 하면 그 성능이 약간 저하됩니다. 그 저하된 것이, 그래도 디자인 된 목표에 맞는지 확인하는 작업을 하기 위해서 지금 이런 실험장비를 만든 것입니다. 지금 이제 상온 상태와 냉각 상태로 이 두 개를 비교하기 위해 그 비교실험을 하고 있는 중입니다.

쿠키 : 아 그렇군요. 그럼 이것은 상온이고 냉각상태는 따로 있겠네요?

이방원 : 네 냉각상태는...

우주로부터 날아오는 전파를 정밀하게 받아낸다는 것은 사실상 적외선을 수신하는 일보다도 훨씬 기술적으로 어려운 일일 것입니다. 그 이유는 온도가 조금만 높아져도, 그 물체가 주변으로 전파를 방출하기 때문이죠. 이 때문에 기본적으로 전파망원경의 수신부는 상당히 낮은 온도를 유지해야만 합니다. 그렇지 않다면 자신이 만들어 낸 잡음 때문에 제대로된 정보를 수신할 수 없게 되어버리기 때문입니다. 뿐만 아니라 우주에서 날아오는 전파영역은 신호가 매우 미약하기 때문에 이를 감지할 수 있도록 초저잡음을 갖는 수신기가 필요하게 됩니다. 현존하는 전파 대역 초저잡음 센서들은 특정 온도에서 회로의 저항이 0이 되는 초전도현상이 필요합니다. 그렇기 때문에, 극저온의 환경에서도 디자인한 센서가 잘 작동하는지를 검증하는 실험을 해야만 합니다.

(인터뷰)

이방원 : 여기 냉각기를 컴프레서! 헬륨 압축기인데, 압축기를 통해서 이제 냉각된 헬륨이 왔다갔다하면서 기체를 4K로 냉각시키게 됩니다.

쿠키 : 이 하나의 실험 장치에서 상온에서 한번 실험하고, 그렇게 해서 냉각해서 한번 더 실험하고 그렇게 해서 두 개를 비교해서 성능이 얼만큼 이제 차이가 나는지를 보는거군요.

이방원 : 네 맞습니다.

쿠키 :그러면 이 수신기를 테스트 하는 거니까, 수신시를 여기에서 만들기도 하는 거죠? 만든 다음에 테스트를 할테니까?

이방원 : 아 그렇죠. 수신기를 저희가 직접 만드는 것입니다.

그렇다면 센서는 어떻게, 어디에서 연구되고 만들어질까요? 바로 이 곳, 밀리미터파 부품개발실에서 제작하고 있다는 것을 알 수 있었습니다.

(인터뷰)

[KASI 이정원 박사(전파기술개발그룹)]

이정원 : 여기에 지금 잠까만 앉으셔도 될 것 같은데. 이게 이제, 수신기에 들어가 있는 수신기의 심장이라고 할 수 있는 검출장비가 하나 있습니다.

쿠키 : 아 일종의 센서인가요?

이정원 : 예, 이것을 이제 Mixer라고 부르는데, 주파수를 100Hz에 있는 주파수를 주파수 천이를 거쳐서 한 4GHz나 증폭을 쉽게 할 수 있는 주파수를 내리는 역할을 하는 것이, Mizer라고 불리는 장치입니다. 그런데 이 믹서가 4K에서 동작을 해요. 예 그래서 이 믹서를 가지고 수신기를 만들고요, 이걸 준비해왔는데. 요걸 잠깐 보시면. 대계 천체에서 수신된 신호는 시간을 보면 뭐 이렇게 잡음 처럼 보여요.

쿠키 : 굉장히 지저분한!

이정원 : 예, 지저분하죠. 그런데 이것을 수신을 한 다음에 수신을 한다는 말은 우리가 다루기 쉬운 주파수의 레벨로 낮춘다는 소리입니다. 그 다음에는 신호처리장치! 여러분들의 핸드폰에 있는 장치들하고 똑같다고 생각하시면 됩니다. 그 장치를 통해서 굉장히 불규칙한 잡음 같은 신호에서 우리가 신호를 빼 낼 수가 있어요. 스펙트럼이라고 부르죠? 실제 천체로부터 오는 신호는 뭐, 예를 들어 115GHz 굉장히 높은, 1GHz라면 1초에 10억번을 움직이는 신호인데, 굉장히 빠르죠? 그런데 이것을 바로 다룰 수가 없어요. 그러니까 이것을 아까 아주 주파수 낮추기 이런 믹서 장치를 써서, 주파수를 100GHz에서 6GHz로 떨어뜨리는 거죠. 정보는 잃지 않습니다. 그대로 주파수만 낮아져요.

쿠키 : 정보는 잃지 않고 그대로 6GHZ.

이정원 : 네, 이상적인 수신기는 잡음도 증폭시키고, 신호도 증폭시키죠. 기계라는 것은 신호라는 것을 모르죠. 다 같이 증폭을 하는데, 실제 수신기는 증폭만 할 뿐만 아니라 자기가 잡음을 더하게 됩니다.

쿠키 : 잡음이 만들어져요?

이정원 : 네, 모든 물리적인 장치들은 다 잡음을 만듭니다.

쿠키 : 사실, 제 디지털카메라도 노이즈가 끼겠죠.

이정원 : 네, 그런데 이 잡음이 더해진게 큰 신호는 크게 문제를 일으키지 않는 데, 천체로부터 오는 신호는 굉장히 작다고 생각하시면 됩니다. 그 신호가 굉장히 작기 때문에 그 신호에 잡음이 더해지면, 예를 들어 굉장히 밝은 빛이 있는데 어두운 백열등 하나, 태양 옆에 있는 백열등을 여러분들이 수신한다고 생각해보세요.

쿠키 : 거의 뭐... 힘들겠죠?

이정원 : 그러면 굉장히 힘들겠죠? 이것이 있는 지 없는 지 모르겠죠? 똑같은 원리로 생각하시면 됩니다. 잡음이 더해지면 약한 신호들은 검출하기가 힘들어져요. 그걸 검출하려면 태양빛을 가리던지, 아니면 엄청난 굉장히 오랜 시간 여러분들이 관측을 해야지, 얻을까 말까 하게 되죠. 수신기는 어때야 하냐면, 잡음을 덜 더해야 되고 수신기가 안정이 안되어 있고, 시간에 따라 출렁출렁 되면 안되겠죠? 그럼 이게 신호인줄 알겠죠? 굉장히 안정적이여야 합니다. 사실 저희가 만드는 수신기의 목적은 여기 굉장히 잡음이 작고, 굉장히 고 안정도의 수신기를 개발해야 되고요. 그런 디바이스로 아까 초전도 믹서가 굉장히 저 잡음이고. 저 잡음으로 안정적으로! 망원경이 사실은 굉장히 미약한 에너지를 모으고, 모아진 초점면에 있는 시그널을 잡음 없이 검출해내는 게 수신기의 1차적인 목적이고요. 그 다음에 만들어진 신호를 뒤쪽에서 신호 처리를 통해서 알아내는! 그런게 전파천문학이 하고 있는 일이라고 생각하시면 됩니니다.

쿠키 : 감사합니다. 박사님.

이정원 : 고맙습니다.

전파망원경을 통해 얻은 신호에서, 유의미한 신호를 잡음 없이 받아내기 위한 연구! 대덕전파망원경을 통해 심원천체들의 특성을 연구할 수 있었던 것도, 또 초장기선 전파간섭계 시스템이라는 획기적인 아이디어를 만들어 블랙홀을 들여다볼 수 있을 정도로 높은 분해능의 전파망원경 시스템을 구축할 수 있었던 것도, 모두 우주에서 일어나고 있는 미묘한 신호를 예리하게 검출해낼 수 있는 믹서와 같은 센서의 개발 덕분이라고 할 수 있지 않을까요? 서사이레, 아니 어쩌면 그 이전부터 품어왔을 우주에 대한 호기심은 인간이라는 존재에 대한 철학적 질문을 던져주는 것을 넘어 좁게는 우리 지구를 이해하는 것으로 시작하여, 넓게는 우주의 탄생 원리까지 들여다볼 수 있도록 그 지경을 넓혀왔습니다. 오늘 함께한 여러 실험실들의 성과가 언뜻 보면 전혀 다른 연구분야처럼 보일지도 모르겠습니다만, 이 모든 연구가 하나의 질문아래 선으로 이어져 있는 것처럼 느껴졌습니다. 우리는 아직 너무나도 장대한 스케일의 우주에 대해 모르는 것이 많습니다. 그렇기 때문에 상상도 많이 피어나는 분야이기도 합니다. 1990년 2월 달콤했던 어느 날 공개된 보이저 1호에서 촬영한 사진에서는 우주 속에서 우리가 얼마나 작은 존재인지를 실감하게 되기도 했습니다. 창백한 푸른 점으로 묘사된 저 작디작은 공간 속에서, 오직 우주에 대한 호기심 하나만으로 이렇게나 많은 지식들을 쌓아올릴 수 있었던 것은 우주에 대한 근원적인 질문들을 꾸준히 던진 그리고 그것들을 '과학'이라는 도구를 활용해 이성으로 이해하고자 노력했던 그리고 지금 이 순간에도 각자의 위치에서 노력하고 있는, 수많은 연구들 덕분이 아닐까요? 과학쿠키였습니다! 감사합니다!