태양이 ‘거대 망원경’ 변신?..."어떤 망원경보다 강력" [우주로 간다]

천체망원경은 렌즈나 반사경이 클수록 많은 빛을 모을 수 있기 때문에 어두운 천체를 관측할 때는 가능한 한 큰 망원경을 사용하는 것이 좋다고 알려져 있다. 이 아이디어에서 착안해 태양을 거대 망원경으로 이용하는 ‘태양중력렌즈’(SGL) 망원경의 구체적인 실행 방안이 최근 제시됐다.

IT매체 기가진은 중력렌즈 현상을 활용해 태양을 거대 망원경으로 사용하는 방법을 6일(현지시간)보도했다.

이 방법은 천문물리학자 폴 서터(Paul Sutter)가 최근 우주과학매체 스페이스닷컴에 기고한 글을 통해 알려졌다.

천문학자들은 먼 우주 관측을 위해 거대 망원경과 더불어 함께, 정확도 향상을 위해 복수의 대형 안테나를 대대적으로 연결하는 ‘초장기선 전파 간섭법’(VLBI) 기반의 망원경을 만들어 사용해 왔다.

대표적으로 VLBL 기술을 활용한 천체 관측 프로젝트는 국제 공동 연구 프로젝트 ‘사건지평성망원경’(EHT)이다. 세계 각지의 전파 망원경을 연결시켜 지구 크기의 전파 망원경을 운용했던 이 프로젝트는 M87*과 궁수자리 A* 2개 블랙홀을 포착하는 데 성공한 바 있다.

폴 서터는 “고맙게도 태양계의 중심에는 태양이라는 거대한 망원경이 이미 설치돼 있다”고 밝혔다.

태양 주변의 중력렌즈가 어떻게 활용되는 지 보여주는 이미지 (출처=Dani Zemba/Penn State, CC BY-NC-ND 4.0)

태양 그 자체는 진짜 렌즈나 거울도 아니지만, 태양의 거대한 질량으로부터 발생하는 시공간의 왜곡 현상을 이용해 비슷한 효과를 낼 수 있다. 태양을 스쳐 지나가는 빛이 구부러지면 마치 볼록렌즈를 통과한 것처럼 초점을 맞추게 되는 이 현상은 ‘중력렌즈 효과’라고 불리며, 태양이 만드는 중력렌즈를 사용해 심우주를 관측하는 기술을 ‘태양중력렌즈(SGL)’라고 부른다.

VLBL 기술을 활용했던 EHT의 성능은 달 표면인 월면에 놓인 오렌지를 찾을 수 있을 정도라고 알려져 있다. 하지만, 태양중력렌즈 망원경이 실현된다면 성능이 한층 더 강력해져 EHT의 100만 배가 되는 100억 분의 1초 단위의 더 정밀한 망원경이 탄생하는 셈이다.

하지만, 이를 위해서는 해결해야 할 과제가 있다. 먼저 SGL로 관측을 하려면 렌즈의 초점이 맞는 곳까지 우주선을 보내야 한다. 이 거리는 약 550천문단위(AU)로 지구에서 태양까지의 거리의 550배에 해당하는 약 820억km에 달한다. 이 거리는 지구에서 명왕성까지의 거리의 10배 이상이며, 1977년 우주로 발사돼 지구에서 가장 멀리 날아간 우주선 ‘보이저 1호’가 날아간 거리의 3배가 넘는다.

태양 중력 렌즈 망원경(사진 출처=행성협회The Planetary Society)

SGL로 관측하려면 먼 곳까지 우주선을 보내야 하며, 우주선에는 아주 먼 우주에 머무르며 작동할 수 있을 정도로 충분한 양의 연료를 가지고 있어야 한다. 또, SGL이 만든 이미지는 수십 km의 우주에 퍼져 있기 때문에, 우주선이 이 이미지를 다시 모아 완전한 이미지로 다시 만드는 작업도 필요하다.

태양을 망원경 렌즈로 쓴다는 아이디어는 1970년대까지 거슬러 올라간다. 그 후 반세기에 걸쳐 축적된 지식과 기술에 의해 고안된 가장 실용적인 방법은 작고 가벼운 인공위성인 큐브샛을 사용하는 것이다.