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3개 채널의 우주전파를 동시에 수신할 수 있는 초소형 관측기기 개발- 대역 넓히고 크기 줄여 다양한 전파망원경에 손쉽게 설치 가능 2018-11-20
■ 우주로부터 꾸준히 전해지는 미세한 전파를 분석하면 우주의 숨겨진 모습을 볼 수 있다. 한국천문연구원(원장:이형목)은 우주전파를 광대역 3개 주파수 채널(18~26, 35~50, 85~116GHz)로 동시에 관측할 수 있는 초소형 우주전파 수신시스템을 세계 최초로 개발했다. 이 시스템의 가장 큰 특징은 세계 각 나라가 보유하고 있는 다양한 전파망원경에 손쉽게 설치해 전파천문 분야 연구에 곧바로 활용할 수 있다는 점이다.

□ 지난 2011년 한국천문연구원 한석태 박사가 이끄는 연구팀은 4채널(22, 43, 86, 129GHz) 동시 관측 우주전파 수신시스템을 세계 최초로 개발해 한국우주전파관측망*을 구성하는 3개의 전파망원경에 설치했으며, 이는 현재까지 국내외 전파천문학 연구에 활용되고 있다.
    * 한국우주전파관측망(KVN, Korean VLBI Network) : 서울 연세대, 울산 울산대, 제주 탐라대에 각각 직경 21m 전파망원경을 설치하고, 이 망원경들을 이용해 동시에 한 천체를 관측함으로써 한반도 크기(약 500km)의 전파망원경 효과를 구현하는 관측망.

□ 하지만 이 시스템은 한국우주전파관측망의 전파망원경 구조에 적합하도록 설계되어 다른 전파망원경에는 설치가 어렵다. 이에 연구팀은 각 나라가 보유하고 있는 다른 전파망원경에 쉽게 설치할 수 있는 시스템 개발을 위해 2015년 3월부터 본격적으로 초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주전파 수신시스템 개발에 나섰다. 

□ 4채널이 아닌 광대역 3채널로 제작 방향을 잡은 것은 세계 대부분의 밀리미터파 전파망원경이 3채널 주파수 대역 위주로 관측하고 있기 때문이다. 광대역 3채널로 동시 관측한다는 것은 3개의 눈으로 동시에 우주를 본다는 의미이며 1개의 눈으로 우주를 보는 것에 비해 천체에서 방출되는 주요 분자선 등의 정보를 훨씬 빠르고 다양하게 얻는 장점이 있다. 또 초장기선 전파간섭계 망원경에 적용할 경우 다채널 동시 관측을 통해 대기 요동에 의한 신호의 위상 보정이 쉬워지므로 관측의 감도와 효율성을 동시에 높일 수 있다. 

□ 이번에 개발한 수신시스템의 크기는 가로 600mm, 세로 980mm로 지난 4채널 동시 관측 우주전파 수신시스템보다 무려 3배 이상 줄어들었다. 이에 각 나라가 보유하고 있는 전파망원경에 쉽게 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 운용이 쉽고 제작 및 운용비용도 낮아진다. 

□ 한국천문연구원은 개발한 수신시스템을 지난 10월 6일 스페인에서 개최된 유럽전파천문학학술대회(2018 European VLBI Network symposium)에서 공개했다. 현재 핀란드, 이탈리아, 미국, 독일 등 각 나라로부터 문의가 쇄도하고 있으며, 시스템 제작에 대한 구체적인 협의가 활발히 진행되고 있다.

□ 한국천문연구원 한석태 박사는 “이 시스템이 각 나라 전파망원경에 설치돼 한국우주전파관측망과 함께 관측에 활용된다면 고감도, 고분해능으로 초미세 구조의 별과 은하에 대한 관측연구가 가능해진다”며 “초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주전파 수신시스템을 활용한 독창적인 관측기법은 향후 국제 전파천문 관측기법의 표준으로 자리매김할 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다. 


[참고 1. 사진 및 그림]


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사진 1. 초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주전파 수신시스템 모습. 가로 600mm, 세로 980mm의 크기로 다양한 전파망원경에 손쉽게 설치 가능하다.


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사진 2. 오리온별에서 방출된 3개 주파수 스펙트럼을 초소형 광대역 3채널 우주전파 수신시스템으로 관측한 결과. 
동시 관측한 각각의 주파수로부터 일산화탄소, 일산화규소, 물 분자에 대한 정보를 얻을 수 있다. 

[참고 2. 용어 설명]

1. 4채널 동시 관측 우주전파 수신시스템 
 2011년 한국천문연구원이 독자적으로 개발한 크기 가로 2600m, 세로 2300mm 시스템으로, 4개 채널(22, 43, 86, 129GHz)의 우주전파를 동시에 관측할 수 있다. 기존에 우주전파를 관측할 경우 하나의 주파수를 통해서만 관측할 수 있었던 반면 동시에 4개의 채널을 통한 관측이 가능하게 된 것은 처음이었다. 특히 초고주파 영역인 86GHz와 129GHz 영역에서도 천체 관측이 가능하다는 점에서 세계 최고의 기술로 꼽힌다. 한국천문연구원은 본 시스템을 한국우주전파관측망(KVN) 3기에 설치해 우주로부터 꾸준히 전해지는 미세한 전파를 분석하며 이를 통해 초기 은하와 짙은 먼지에 쌓인 우리은하의 중심부, 별 탄생 영역 등에 대해 연구해오고 있다. 

2. 한국우주전파관측망(KVN, Korean VLBI Network)
 한국천문연구원이 운영하는 KVN은 서울 연세대, 울산 울산대, 제주 탐라대에 설치된 21m 전파망원경 3기로 구성된 VLBI(초장기선 전파간섭계, Very Long Baseline Interferometry) 관측망이다. 각 망원경의 거리는 305km~478km로, 세계에서 유일하게 밀리미터 영역의 4개 주파수 전파를 동시에 관측할 수 있다. KVN은 3기를 연결한 간섭계로 뿐만 아니라 각각의 단일 망원경으로도 사용할 수 있다.

3. 초장기선 전파간섭계(VLBI, Very Long Baseline Interferometer) 
   수백~수천 킬로미터 떨어진 여러 대의 전파망원경으로 동시에 같은 천체를 관측하여 전파망원경 사이의 거리에 해당하는 구경을 가진 거대한 가상의 망원경을 구현하는 방법이다. 전파간섭계 해상도는 망원경의 떨어진 거리에 비례하여 향상된다. VLBI를 이용하면 허블 우주망원경, 스바루 망원경 등 대형 광학망원경보다 수십 배 이상의 높은 해상도로 천체를 관측하는 것이 가능하다. 

4. 주파수대
   전파에서는 Hz(헤르츠)라는 단위를 사용하며 1Hz는 파동이 1초 동안 1번 진동하는 것을 의미한다. KVN은 우주의 비밀을 밝히기 위해 전파영역 중에서도 많은 정보를 얻을 수 있는 수십GHz(기가헤르츠)의 우주전파를 관측한다. 1GHz는 파동이 1초 동안 10억 번 진동하는 것을 의미한다. 매우 높은 주파수인 GHz 단위에서 22GHz는 상대적으로 낮은 주파수 영역이고 이보다 높은 43GHz, 86GHz, 129GHz 영역을 초고주파 영역이라고 표현한다. 이정도 초고주파 영역에서는 한 파장의 길이가 mm 단위이기 때문에 mm파라고 표현하기도 한다. 이보다 높은 주파수 영역은 적외선 영역에 해당하므로 광학망원경을 통해 관측 한다. 

 

[문의]

☎ 042-865-3283, 전파천문본부 전파기술개발그룹 한석태 박사






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