10W급의 레이저 발사해 좌표 점인 인공 별빛 형성, 이를 기준으로 별빛 굴절 수정
[서울경제 파퓰러사이언스] 도시를 벗어나 구름 한 점 없이 맑은 밤하늘을 바라보면 마치 쏟아져 내릴 듯 총총히 박힌 별빛의 장관을 볼 수 있다.
하지만 가만히 들여다보면 밝게 빛나는 별빛들이 마치 물결에 흔들리듯 일렁이는 모습을 볼 수 있다.
혹시나 자신의 시력을 의심할 수도 있지만 이는 지구를 둘러싼 대기권 난류층의 간섭에 의한 것으로 천문대의 천체망원경에서도 같은 현상이 발생한다.
일반적으로 지표면에서 우주의 사진을 찍으면 지구 대기의 움직임 때문에 제대로 된 사진이 나오지 않는다.
마치 일렁이는 수영장의 물속에서 밖을 찍은 것처럼 빛의 굴절이 생기는 것이다.
그렇다면 천문학자들은 난류층의 간섭으로 인해 왜곡된 별빛 사진을 가지고 우주의 천체를 연구하고 있을까?
과거에는 별다른 대책이 없었겠지만 현대의 천문학자들은 나름대로 해결책을 마련해 놓았다.
바로 천체 망원경에 포착된 일렁이는 영상을 컴퓨터를 이용, 흔들림을 보정함으로써 깨끗한 별빛 영상을 잡아내게 된다.
일렁이는 별빛 영상을 보정해 주기 위해서는 기준이 되는 별빛이 필요하다.
기준이 있다면 별빛이 오른쪽으로 얼마나 어떻게 일렁였는지, 또는 왼쪽으로 얼마만큼 일렁였는지를 알 수 있고, 이에 따른 정밀한 보정작업이 가능하기 때문이다.
과학자들은 레이저를 밤하늘에 쏘아 인공 별빛을 만들어 내고, 민감한 광학시스템을 이용해 이를 보정한다.
안데스 산맥 높은 곳에 자리 잡은 유럽 남방 천문대에는 이처럼 레이저를 이용해 인공 별빛을 만들어내는 ‘레이저 가이드 스타’ 시스템을 가동 중이다.
초대형 망원경 4대 중 2대가 하늘에 레이저를 발사, 은하수 한복판에 인공 별빛을 만드는 것이다.
정규 천문대에서는 최초로 지난 6월부터 가동 중인 레이저 가이드 스타 시스템은 레이저를 사용해 좌표 점(a point of reference), 즉 인공 별빛을 만들어 낸다.
인공 별빛은 10W급의 레이저를 발사해 지상 90km 높이의 대기권 상층부에 있는 나트륨 원자를 자극해 만들어 진다.
이렇게 만들어진 인공 별빛을 기준 삼아 민감한 광학시스템이 대기에 의한 빛의 굴절을 수정할 수 있다.
유럽 남방 천문대에 설치된 망원경의 센서는 이 같은 빛의 왜곡을 잡아내고, 컴퓨터가 보정량을 결정하면 망원경의 가변식 거울이 1초에 40번씩 움직여 빛의 왜곡을 없앤다.
