[GMT특집5] 거대마젤란망원경, "대한민국 기술 투입"
[GMT특집5] 거대마젤란망원경, "대한민국 기술 투입"
  • 김진솔
  • 승인 2018.06.27 16:21
  • 조회수 2853
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<이웃집과학자>가 전해드리는 GMT특집, 대한민국이 참여하는 거대 마젤란망원경 프로젝트 소개 5번째 시간입니다. GMT라는 거대과학을 위해 얼마나 정밀한 기술이 많이 들어가는지 보면 볼수록 놀라운데요!

 

그런데 이웃님들, GMT 제작에 우리나라의 기술도 들어간다는 사실 알고 계신가요? 5화는 대한민국이 GMT 개발에 기여하고 있는 부분에 대한 이야기를 전해드리려고 해요. GMT특집 이전 콘텐츠를 먼저 보시려면 아래 링크를 클릭하세요.

 

[GMT특집4] 초거대망원경에 새똥 떨어지면

 

우리나라도 GMT 같이 만든다

 

세계에서 가장 큰 망원경, GMT 안에도 대한민국의 기술이 들어갑니다. 바로 '부거울' 제작과 '초정밀분광기'인데요. 한국천문연구원 뿐 아니라 한국표준연구원과 고등기술원이 함께 참여하고 있다고 해요.

 

GMT의 역사적 첫 관측을 함께 할 부거울, FSM

 

부거울이 뭘까요. 주거울로 모은 빛을 관측기기로 보내주기 위해 주거울보다 앞쪽에 설치되는 거울입니다. GMT의 부거울 각각은 지름이 1.05m이고 주거울과 각각 쌍을 이루는 7개의 거울로 구성돼 있어요.

 

GMT의 주거울과 부거울 출처: GMTO
GMT의 주거울과 부거울 출처: GMTO

7개 부거울 끝에서 끝까지의 길이를 전체지름이라고 하는데요. GMT 부거울의 전체지름은 3.2m입니다. 주거울과 마찬가지로 가장자리에 있는 6개 반사경은 모은 빛을 중심부가 아닌 옆으로 보내는 비축반사경 입니다. 비축반사경 관련 설명은 지난화를 참조하세요!

 

[GMT특집2] GMT 거울 오차? "태평양 크기의 2cm 수준"

 

프로젝트에 참여하기 시작할 2009년 당시 우리나라에선 1m짜리 비축반사경을 만들어본 적이 없었다고 하는데요. GMT 한국 참여를 총괄하는 박병곤 대형망원경사업단장은 "우리나라 정부는 이런 프로젝트를 통해 천문학자 뿐 아니라 우리나라 기술발전에도 기여하는 걸 중요하게 생각합니다. 그래서 기술적으로 기여하기 위해서 부경(부거울)을 한국이 만들겠다고 한 거죠"라고 말했습니다.

 

우리나라는 2009년부터 2014년까지 비축 부거울 한 장의 시험 모델을 완성했습니다. 이후 GMT전담기구인 GMTO와 함께 부경의 설계 작업을 하고 있다고 합니다.

 

한반도를 다 덮는데도 오차는 단 1.3cm!
한반도를 다 덮는데도 오차는 단 1.3cm! 사진: 홍정기

부거울의 지름은 1.05m인데 반해 경면오차는 단 13nm입니다. 이 수치가 얼마나 정밀한건지 더 와닿게 설명하기 위해 박병곤 단장은 부거울의 지름과 경면오차 각각에 100만을 곱해 설명했어요.

 

"GMT 부경은 지름이 1m인데 저것도 저 동그라미가 100만을 곱했을 때 동그라미에요. 저 동그라미 안에 한반도를 그대로 집어넣을 수 있습니다. 경면오차에 100만을 곱하면 1.3cm정도니, 주경과 마찬가지로 우리나라 전체의 최고로 높은 산이 1.3cm라고 얘기 할 수 있는 거에요. 굉장히 정밀한 거죠"라고 했는데요. 한반도를 모두 덮을 정도의 크기로 확대해서 들여다봤을 때 오차는 고작 1.3cm라는 설명입니다.

 

GMT에 들어가는 부거울은 두 종류입니다. FSM과 ASM인데요. 우리나라는 FSM 제작에 참여하고 있습니다. FSM은 'Fast Steering Secondary Mirror'의 머릿글자로,  천문연에서 배포한 GMT관련 자료에 따르면 모은 빛을 전달하는 역할 뿐 아니라 망원경의 광학적 성능을 향상시키기 위한 또 다른 기능들이 있다고 해요.

 

부거울의 위치를 조절하는 장치인 '액추에이터' 덕분에, 각 조각거울의 방향을 빠른 속도로 조정하면서 망원경이 바람에 의해 흔들리는 영향이나 망원경 자체에서 오는 진동을 보정한다고 합니다. 또한 GMT 주거울의 정렬오차, 온도 변화에 의한 열팽창, 관측방향에 따른 중력의 차이 등을 보상할 수 있다고 합니다.

 

우리나라가 참여하는 FSM외에도 ASM이 개발되고 있는데요. ASM은 변형 가능한 거울, 즉 'Adaptive Secondary Mirror'의 머릿글자입니다. ASM은 FSM보다 개발에 더 오랜 시간이 필요합니다. 따라서 FSM이 먼저 만들어져서 GMT의 시작을 함께하고 ASM이 개발되기 전까지 사용될 예정입니다. ASM 개발 후에도 유지보수 등의 이유로 사용되지 않을 땐 FSM을 사용할 예정이라고 하네요.

 

외계행성 찾는 초정밀분광기 G-CLEF

 

외계행성, 요즘 가장 '핫'한 토픽 중 하나가 아닌가 싶은데요. 외계행성을 찾기 위한 기기인 G-CLEF도 우리나라가 만들고 있습니다. 외계행성이란 태양계 밖 행성들을 가리키는데요. G-CLEF는 'GMT-Consortium Large Earth Finder'의 약자입니다. 가시광선 영역을 아주 정밀하게 분석할 수 있는 '초정밀분광기'에요. 그런데 이웃님들, 빛을 분석하는 분광기로, 어떻게 외계행성을 찾을 수 있을까요?

 

별, 즉 항성은 자체적으로 빛을 내지만 지구와 같은 행성은 직접 빛을 내지 못하고 항성에서 반사한 경우에만 볼 수 있어요. 이마저도 멀리 떨어지면 어둡기 때문에 안보입니다. 지구에서 새로운 행성을 찾는데 이용할 수 있는 건 별빛 밖에 없습니다. 다행히도 별 주변에 행성이 있으면 지구에서 보는 별빛이 약간 바뀌는 현상이 나타나요. 바로 '도플러 효과' 때문인데요. 자세히 설명해드릴게요. 

 

행성이 별 주변을 돌면 별도 영향을 받아요. 두 천체를 합한 무게중심을 기준으로 각 천체가 회전하기 때문이에요. 이해를 돕기 위해 엄마가 아이를 돌린다고 생각해봅시다.

 

아이를 빙글빙글하면 엄마도 빙글빙글 출처: fotolia
아이를 빙글빙글하면 엄마도 빙글빙글~ 출처: fotolia

엄마가 아이를 잡고 돌리면 엄마도 뒤로 몸을 젖히게 되죠? 아이가 돌아감에 따라, 엄마의 무게중심도 함께 돌고 있습니다. 아이와 엄마 각각의 무게중심이 어떻게 움직이는지 간단히 나타내면 아래처럼 되겠죠? 위 영상의 중심을 별을 엄마로, 아이를 행성으로 보면 됩니다.

 

엄마와 아이의 무게중심 움직임. 출처: Zhatt
별과 행성이 도는 모양. 출처: Zhatt

 

아까 멀리 떨어진 곳에서는 지구와 같은 행성이 보이지 않는다고 했죠? 따라서 지구에서는 별이 지구로부터 멀어졌다 가까워지는 걸로 보일겁니다. 다만 별도 너무 멀리 떨어져 있기때문에 커졌다 작아지는 크기 변화를 관측할 순 없습니다. 다만 도플러효과에 의해 빛의 파장이 변해요. 별이 멀어질 때는 빛의 파장이 길어지는 '적색편이'가, 별이 가까워질 때는 빛의 파장이 짧아지는 '청색편이'가 일어납니다.

 

스펙트럼의 적색편이 출처: wikimedia commons
스펙트럼의 적색편이. 출처: wikimedia commons

적색편이나 청색편이가 얼마나 되는지를 봐서 지구 위치에서 시선속도, 즉 별이 얼마나 빨리 멀어지고 가까워지는지를 알 수 있습니다. 이를 이용해서 얼마나 무거운 행성이 그 별을 돌고 있는 지도 알 수 있죠. 현재 세계에서 가장 정밀한 분광기는 라 시야(La Silla) 천문대에 있는 HARPS(High Accuracy Radial velocity Planet Searcher)라는 기기입니다. 별이 지구에서 가까워졌다 멀어졌다 하는 속도를 1m/s까지 측정할 수 있어요.

 

그렇다면 우리나라가 만들고 있는 초정밀분광기 G-CLEF의 목표는 어떨까요? 박병곤 단장의 말에 따르면 자그마치 10cm/s의 시선속도를 잡아낼 것이라고 합니다. 사람이 걷는 것보다 더 느린 속도인데요. 이를 통해 지구보다 더 가벼운 행성들을 찾아낼 수 있을 거라고 해요.

 

GMT, 1년에 며칠이나 쓸 수 있나요?

 

거대마젤란망원경 프로젝트에는 총 12개의 기관이 파트너로서 프로젝트를 진행하고 있습니다. 그 중 대한민국은 10%의 지분을 목표로 하고 있어요. <이웃집과학자>는 박병곤 단장에게 "10%면 365일 중 36일 이용 가능한 건가요?"라고 물었는데요. 관리 기간을 제외하면 일년에 300일 정도 이용할 수 있는데, 그 중 10%이니 30일을 쓸 수 있을 거라고 답했습니다. 사용일자를 어떻게 나누는지는 다음에 다시 소개해드릴게요.

 

그나저나 이용하려던 날 흐리거나 비가 오면 어떻게 되는지, 궁금하지 않으세요? 박병곤 단장은 "그건 어쩔 수 없죠"라며 "그래서 장소를 잘 선정하는게 중요하죠"라고 답했는데요. 

 

다음 화에선 세계에서 가장 맑은하늘을 많이 볼 수 있는 지역 중 하나, 라스 캄파나스에 대해 알려드릴게요.

 

##참고자료##

 



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