현존하는 지상 최대의 전파 망원경이 지난 달 칠레에서 본격적으로 가동됐다.

자연과학 전문 매체인 디스커버리(Discovery)는 온라인 판을 통해 칠레의 아타가마 사막에 설치된 세계 최대의 전파망원경인 ‘알마(ALMA, Atacama Large Millimeter-submillimeter Array)’가 본격적인 가동에 들어갔다고 최근 보도했다.

알마 구축 프로젝트는 미국, 유럽, 일본 등 선진국 천문기관들이 10억 달러 이상의 천문학적 자금을 들여 참가한 사상 최대 규모의 천체 프로젝트다. 행성이 생성되는 모습을 상세하게 관측할 수 있어 지구의 근원을 밝히는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 


허블 우주망원경보다 해상도 10배 높아

알마 전파망원경은 허블 우주망원경의 10배에 달하는 해상도를 자랑한다. 허블은 별과 은하가 내뿜는 빛을 관측하지만 알마는 전파로 우주를 관측하는 시스템이다. 덕분에 우주에서 가장 멀고 가장 온도가 낮은 영역까지 관측할 수 있다.

알마는 가시광선의 파장보다 천 배나 긴 파장의 빛을 포착할 수 있는 것이 특징이다. 이러한 파장은 우주공간에 퍼져있는 별의 물질인 먼지나 가스뿐만 아니라 생명의 근원이 되는 아미노산, 당 등 유기분자를 관측하는 데 적합하다. 우주공간의 먼지나 가스는 빛으로 볼 수 없기 때문이다.

운용 초기 단계에서도 이미 커다란 성과를 거뒀다. 지구로부터 400억 광년 떨어진 당의 분자를 발견한 것이다. 관측을 주도한 덴마크 연구진은 “행성에서 어떻게 생명이 탄생했는지를 유추하는 데 도움이 될 것”이라며 기대감을 나타냈다. 

까다로운 입지조건 만족시킨 칠레 고원

알마 프로젝트는 유럽의 남방천문대(ESO)와 미국의 국립전파천문대(NRAO) 간의 합작으로 진행되었다. 설립 초기의 최대 이슈는 세계 최대의 망원경 집합체가 조성될 장소를 선정하는 것이었다.

담당 과학자들은 고도가 높고 습도가 낮으면서 햇빛이 잘 들고 접근도 용이한 장소를 물색했다. 해발 5천m 고지에 위치해 비가 내리지 않고 건조한 칠레 아타가마 사막의 차이난토르 평원이 최적의 장소로 선택되었다.

망원경 입지 선정에 참여한 과학자 지아니 마르코니(Ziani Marconi)는 “수증기가 거의 없는 지역이라 우주공간의 물체나 항성에서 방출된 빛이 방해 없이 지구에 도착한다는 것이 장점”이라고 설명했다.


66대 안테나 연결된 초대형 전파망원경

알마는 파라볼라 안테나를 가진 총 66대의 전파망원경이 연결된 집합체다. 각 망원경은 단독으로 관측 임무를 수행할 있을 뿐만 아니라 최장 16km를 연결해 네트워크 관측도 가능하다.

알마에서 관측한 데이터는 광섬유를 통해 슈퍼컴퓨터 수준의 ‘알마 상관기(ALMA correlator)’로 보내진다. 연산능력이 초당 17경 번에 달하며 타이탄 슈퍼컴퓨터에 비견되는 수준이다.

망원경과 연결된 안테나에는 고감도 수신기가 설치되어 있다. 여기에서 수신된 신호는 중간 주파수대로 주파수를 변환한 후 디지털화된 초고속 광전송으로 데이터를 송신한다. 송신된 데이터는 재구성되어 천체화상을 얻도록 구축되었다.

알마 프로젝트의 책임자인 테이스 데 그라우(Teiz de Grau) 박사는 “알마 프로젝트는 우주먼지와 항성의 형성과정을 관측하는 영역에서의 혁명”이라며 “종전의 망원경들은 우주먼지 안에서의 현상은 관측할 수 없었지만 알마로는 얼마든지 가능하기 때문에 알마가 우주 관측의 새 창을 열었다고 해도 과언이 아니”라고 강조했다. 

알마의 성능 능가하는 SKA 전파망원경 예정

알마 망원경의 등장과 함께 다국적 협력을 통한 초대형 전파 망원경이 새로 개발되고 있어 주목을 끌고 있다. 수많은 전파망원경을 적어도 수천km 이상 떨어뜨린 상태에서 연결해 관측하는 거대한 ‘SKA(Square Kilometre Array) 전파망원경’ 구축 프로젝트다.

SKA는 지름 15m에 이르는 대형 전파망원경 3천 개를 이용하여 우주의 기원을 연구하고 외계생명체를 탐지하기 위해 제작되고 있는 네트워크 전파망원경이다. 초기에는 호주와 남아프리카 공화국 등 두 곳에 설치될 예정이다.

SKA는 알마보다 해상도가 50배나 높으며 관측 속도도 일반 전파망원경의 1만 배 이상일 것으로 알려졌다. 탁월한 기능만큼이나 투입되는 비용도 20억 달러를 상회할 것으로 예상된다.

SKA 전파망원경의 첫 관측은 2016년에 시작되고 2024년에는 완전한 수준에 이를 것으로 전망된다. 과학자들은 우주의 생성 원리, 빅뱅의 원인, 외계생명체의 존재 여부, 암흑에너지 등을 밝히는 데 기여할 것으로 기대하고 있다.

SKA 프로젝트의 책임자인 리처드 실리지(Richard Schilizzi) 박사는 “블랙홀의 상태나 초기 은하와 같은 천체의 여러 현상들에 대해 엄청나게 많은 지식을 확장시켜 줄 것”이라며 “아직까지 알려지지 않은 우주의 새로운 현상들을 발견하게 해줄 것”이라고 전망했다.