지식보관소_ 상대성이론 효과로 만드는 태양 직경보다 큰 망원경. SGL

 

 

현재 만약 태양에서

가장 가까운 별인 알파 센타우리에

지구만한 행성이 있다고 하더라도

망원경으로는 1픽셀 크기도 담아내지 못합니다.

 

하지만 SGL 망원경을 사용하면

무려 100광년 거리에 지구가 있다고 하더라도

이러한 해상도로 관측이 가능해진다는 것입니다.

 

 

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태양계 행성들은 태양을 중심으로 공존하고 있습니다.

하지만 외계행성은 태양계가 아닌

다른 항성을 공존하는 행성을 의미하는데요.

 

그런데 우주는 너무나도 넓어서

가장 가까운 항성도

지구로부터 4.2광년 떨어져 있기 때문에

망원경으로 외계행성을 관측하는 것은 무리가 있습니다.

 

실제 가장 가까운 외계행성은

지구로부터 42조km 떨어져 있는데

외계행성은커녕 지구로부터 58억km 떨어져 있는 명왕성조차

강력한 망원경으로도 정확한 해상도의 사진을 얻을 수가 없었습니다.

 

그래서 결국 뉴호라이즌스 탐사선이 탐사하고 나서야

이 신기한 하트 모양의 지형을 알 수가 있게 되었죠.

 

그렇다면 현재는 외계행성을 어떻게 찾아내는 것이고

외계행성을 직접 보는 방법은 없을까요?

 

물론 현재도 목성보다도 큰 거대 가스로 된 외계행성은

매우 특수한 조건에서 직접 관측이 되는 경우도 있습니다.

하지만 대부분은 통과법이나 시선속도법으로 발견이 되죠.

 

통과법은

행성이 모항성을 지나갈 때

항성의 빛이 약간 어두워지는 것을 이용한 방법으로

이때 밝기 감소와 주기를 통해서

행성의 크기와 모항성까지의 거리를 알아내고

이를 통해서 이런 식으로 행성의 모습을 추측해서

상상도를 만들고 대중에게 공개합니다.

 

문제는 이런 상상도는

실제와 전혀 다를 수가 있다는 것입니다.

결국 실제 외계행성의 모습을 정확하게 알기 위해서는

뉴호라이즌스호 탐사선이 했던 것처럼

직접 관측을 하는 게 가장 정확합니다.

 

하지만 이는 너무나도 어려운 일이죠.

이게 쉽지 않은 이유는

망원경이든, 스마트폰 카메라든

똑같은 광학 원리가 사용되기 때문입니다.

 

망원경으로 천체 관측을 하는 그런 취미가 있는 동호회원들 사이에서는

망원경은 구경이 깡패다라는 말이 있습니다.

이 이야기는 망원경의 구경, 즉 렌즈와 경통의 크기가 큰 망원경이

무조건 성능이 뛰어나다는 걸 이야기합니다.

 

예를 들어

독일산 10인치 망원경보다 중국산 12인치 망원경이

결국 퍼포먼스 자체는 더 좋을 수 있다는 뜻입니다.

 

이번 주제에 대해 설명하기 위해서

광학에 대해서 조금만 더 설명을 하자면

쉽게 카메라로 예를 들어서 설명해 보겠습니다.

 

저는 카메라를 굉장히 좋아합니다.

현재 100만 원대의 카메라와 200만 원대의 다양한 렌즈들을 보유하고 있습니다.

현재 아무리 스마트폰 카메라가 발전을 했다고 해도

결국 DSLR에 비해서 확연한 성능 차이가 나게 됩니다.

 

이렇게 스마트폰 카메라가 가지는 한계는 결국 크기입니다.

사진은 결국 렌즈를 통해 들어온 빛을 모아서 만들어지게 되는데

렌즈의 크기가 작으면 들어오는 빛 자체가 작습니다.

 

그렇다고 스마트폰에 큰 렌즈를 넣게 되면

초점 거리 확보가 어려워

스마트폰이 두꺼워지거나 카툭튀가 됩니다.

 

카메라를 좋아하시는 분들은 아시겠지만

망원이냐 광각이냐를 결정하는 것은

일명 화각이라고 불리 시야각인데

렌즈의 크기를 줄일 수는 없으므로

결국 초점 거리에 의해서 망원의 배율이 결정이 됩니다.

 

이 때문에 망원 렌즈는 렌즈의 크기에 비해

길이가 길고 광각 렌즈는 길이가 짧아지는 것이죠.

 

 

그럼 이제 슬슬 소름 돋는 이야기를 하자면

결국 망원경이라는 것은

일정 범위 안에 들어온 빛을 굴절시켜서

하나로 모아주는 역할을 하면 되는 것이죠.

 

하지만 인간이 인위적으로 이런 망원경을 만드는 데에는

분명 크기의 한계가 존재합니다.

하와이 켁 천문대의 망원경도 주경이 직경이 10m도 안 되고,

현재 제작 중인 세계 최대 망원경이라고 해도

주경의 지름이 39m에 불과합니다.

 

그런데 놀랍게도 우주에는

망원경의 주경에 해당하는 렌즈의 역할을 해주는 물체가 존재합니다.

그건 바로 태양이죠.

 

아인슈타인의 상대성이론에 의하면

중력이라는 현상은 물체가 시공간을 휘어지게 해서 생깁니다.

그리고 시공간이 휘어짐에 따라

빛도 휘어진 시공간을 통과하면서 왜곡이 발생합니다.

이런 현상을 중력렌즈 현상이라고 부르며

이미 이전부터 알려진 방법입니다.

 

그런데 최근 나사는 태양중력렌즈를 이용한

외계행성의 직접 이미지 분광법이라고 하는 연구 프로젝트를

NIAC 프로그램에서

3단계 지원 사업으로 선정했다고 합니다.

말 그대로 태양을 이용해서 망원경을 만들겠다는 것인데요.

어떻게 이것이 가능할까요?

 

결국 망원경에 필요한 것은 주경(혹은 볼록렌즈)과

그로 인해 굴절된 빛을 하나로 맞춰주는 초점거리가 필요합니다.

 

이번 프로젝트에 선정된 투리셰프 연구팀은

태양으로부터 550AU 떨어진 거리에 군집 위성을 띄우게 되면

적당한 초점 거리가 확보된다고 하는데요.

 

그러니까 이론상으로 이 프로젝트가 가능하다면

주경의 직경이 태양의 지름보다도 크고

초점 거리가 550AU가 되는

엄청나게 거대한 초대형 SGL 망원경이 만들어진다는 겁니다.

 

심지어 더욱 놀라운 것은

이렇게 만들어진 망원경의 성능인데요.

현재 만약 태양에서 가장 가까운 별인 알파센타우리에

지구만한 행성이 있다고 하더라도

망원경으로는 1픽셀 크기도 담아내지 못합니다.

 

하지만 SGL 망원경을 사용하면

무려 100광년 거리에 지구가 있다고 하더라도

이러한 해상도로 관측이 가능해진다는 것입니다.

 

사실상 말도 안 되는 성능으로 이게 가능하다면

외계행성을 직접 관측할 수 있는 시대가 열리게 되는 것입니다.

 

물론 이런 해상도로 외계행성을 찍기 위해서는

6개월간에 걸친 장노출이 필요하지만

이런 망원경이 가능하다면

외계행성으로 탐사선을 직접 보내지 않고도

행성에 생명체가 존재하는지를 알아낼 수 있을 정도의 성능입니다.

 

지금까지 인류는 지구 이외에 다른 행성에서

생명체가 존재하고 있는지를 알지 못했습니다.

하지만 이런 망원경이 가능하다면

이 문제에 대한 해답을 찾게 될 수도 있지 않을까요?

 

거기에다가 단순히 지적 호기심을 넘어서

인류가 먼 미래에 이주가 가능한 제2의 지구를 찾아내게 될지도 모릅니다.

 

물론 55AU라는 거리에

대량의 인공위성을 띄우는 것은 쉽지 않지만

잘 추진돼서 외계행성을 직접 보게 되는 날이 오게 되면 좋겠네요.

그럼 이만.