허블보다 100배 강력한 세계최대 망원경

허블보다 100배 강력한 세계최대 망원경

 

 

▲ 허블보다 100배 이상 강력한 세계 최대 망원경 TMT(Thirty-Meter Telescope)

천문학자들은 허블보다 100배 이상 강력한 세계 최대 망원경 설립을 추진 중에 있는데, 이 망원경은 우주 태동 때까지 거슬러 관측할 수 있을 것으로 기대된다.

TMT(Thirty-Meter Telescope) 천체 망원경은 기존 지구 최대 관측소들을 훨씬 능가하는 새로운 개념의 초거대 망원경이 될 것이다.

TMT 망원경은 눈동자 모양의 축구 경기장 크기와 비슷한 관측소에 설치할 만큼 그 규모가 엄청날 것으로 보인다.

TMT 프로젝트는 새로운 개념의 슈퍼 망원경을 처음 실현한다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 국립과학 연구소(National Academy of Sciences)는 ‘새천년시대의 천문학과 천체 물리학(Astronomy and Astrophysics in the New Millennium)’제하 보고서를 통해 지상에서 심도 있는 천문학 연구를 위해선 이러한 망원경 개발이 최우선적인 과제가 될 것이라고 밝혔다.

이 프로젝트는 국제적인 프로젝트 관리 및 개발회사인 AMEC와 캐나다 대학(Canadian universities)협회에 의해 추진될 것으로 보인다. 또한 미국대학 천문 연구 협회와 캘리포니아 기술 연구원, 캘리포니아 대학 등도 전문지식을 지원할 방침이다.

이 거대한 망원경이 들어설 장소가 구체적으로 결정되지는 않았지만, 하와이 또는 칠레의 고지대가 검토되고 있다. 고도가 높을수록 관측을 방해하는 특정 장애물이나 난기류 등이 일어날 가능성이 상대적으로 적기 때문이다.

기존 망원경들이 단 한 개의 프라이머리 반사경을 사용하고 있는 반면에, TMT는 초고속 컴퓨터에 의해 작동되는 약 800개의 프라이머리 반사경을 보유하고 있다.

각각의 프라이머리 반사경들은 가로길이만 약 30미터에 이를 정도로 초대형급이다.

종전 망원경 반사경은 가로 약 8미터에도 못 미쳤다.

TMT의 가장 큰 특징은 렌즈 구멍의 직경 즉 구경과 프라이머리 반사경의 엄청난 광선 흡수용량이라고 할 수 있는데, 이는 허블 망원경(Hubble telescope)보다 10~100배정도 선명한 이미지를 관측할 수 있도록 해준다.

이 망원경이 엄청난 광선 수용능력을 갖는 것은 구경의 길이에 비례해 기하급수적인 증폭 기능을 갖고 있기 때문이다. 예를 들면 100미터의 구경을 가진 망원경은 10미터 구경을 가진 것보다 100배 규모의 빛을 끌어 모을 수 있으며, 각도 분해능력(angular resolution )도 10배 정도에 이른다.

거대한 구경 길이뿐만 아니라 TMT의 반사경은 첨단 적응제어광학기술(adaptive optics)을 활용해 난기류가 화질에 미치는 영향을 충분히 감안할 수 있도록 설계됐다.

1970년대 군사용으로 처음 개발한 적응 제어광학기술은 지난 2003년 하와이의 휴면화산 마우나 케야 정상에 설치돼 있는 켁 쌍둥이 망원경(Keck telescopes)중 한 곳에 처음으로 도입됐다.

AMEC 통신 책임자 존 카저지(John Kargeorge)는 “TMT의 반사경이 매우 크기 때문에 각각의 거울에 작용하는 힘이 다를 뿐만 아니라 변화한다”고 말했다. 그는 “중력과 바람, 열에너지 등과 같은 요소 때문에 반사경이 끊임없이 재조정돼야 하며 거울마다 센서와 위치조정 하드웨어가 달리게 될 것”이라고 설명했다.

TMT의 780개 육각형 거울 조각들은 벌집 격자모양으로 조립돼 포물선 모양의 반사경이 된다.

각각의 반사경들은 구부렸다 펼 수 있을 만큼 매우 가늘며 (외부 환경요소에 따라) 그 형태를 변형시키면서 최대한 정밀한 이미지를 만들어 낼 수 있도록 했다.

게다가 이러한 반사경은 사람 머리카락 넓이의 0.025 수준의 허용오차 내에서 완벽한 형태로 배열돼 있으며 1천 7백 개의 서보모터(간접 조속장치)에 의해 초당 1700회 자동으로 조정된다.

끊임없이 조정되는 반사경 조각들은 실시간으로 수정된 이미지를 제공할 뿐만 아니라, 유입되는 광선의 뒤틀림 현상도 ‘바로 잡을 수 있도록’ 한다고 AMEC 특수 프로젝트 부사장이자 임원인 데이비드 할리데이(David Halliday)는 말했다.

반사경 조각들을 지속적으로 조정하기 위해, 각 거울의 센서에서 출력되는 위치 데이터는 초고속 컴퓨터에 전송된다. 그러면 컴퓨터는 계측 시스템으로 알려진 웨이브프론트(파동이 전파될 때, 같은 시각에 같은 위상(位相)을 나타내는 점의 연결로 이루어지는 면) 센서를 사용하여 화질을 끊임없이 감시한다. 이 계측 시스템은 망원경이 레퍼런스 별로 알려진 반성(伴星, 빛이 어둡고 질량이 적은 쪽의 가상 별)을 얼마나 선명하게 관측할 수 있는지를 측정하는 역할을 한다.

TMT가 관측하는 레퍼런스 별은 지구 표면에서 50~80km 상공의 중간층으로 레이저를 쏘아 인위적으로 만들 수도 있다. 이 레이저는 대기권 상층부에 있는 나트륨 원자를 자극해 목표물을 관측하는 데 방해 받지 않도록 매우 밝은 한 점의 광체를 만들어 낸다.

할리데이는 “우선적으로 해야 할 일은 레퍼런스 별을 활용하여 웨이브프론트 의 형태를 추정하는 것” 이라며 “유입되는 웨이브프론트에서 발생하는 어떠한 왜곡현상도 프라이머리 반사경의 모양을 변화시킴으로써 수정될 것”이라고 강조했다.

TMT 사업이 완료되는 데는 10년이 걸릴 것으로 예상되며 그렇게 되면 하와이 켁 망원경(Keck telescope)이 보유하고 있는 세계 최대 망원경 타이틀을 TMT가 갖게 된다. 그러나 이 타이틀을 얼마나 오랫동안 보유할 지는 또 다른 문제이다.

유럽의 한 컨소시엄은 유로 50(Euro50)과 OWL(OverWhelmingly Large)이라고 불리는 두 가지 프로젝트의 실현가능성을 검토하고 있다. 유로 50과 OWL도 유사한 기술방식을 활용해 조립된 프라이머리 반사경을 만들 계획이나 반사경의 규모는 각각 50m와 100m로 확대한다는 목표를 갖고 있다.

 

와이어드 뉴스=John Hudson