우주 관측도 이제는 3D 시대
3D 은하 지도를 만드는 가이아 망원경
3D 영화 및 3D 프린터 등 전 세계에 불고 있는 3D 열풍이 이제는 지구를 넘어 우주까지 그 범위를 넓혀가고 있다.
▲ 3D 형태의 은하계 지도를 제작하기 위해 개발된 은하관찰 위성 ‘가이아' ⓒESA
과학기술 전문 온라인 매체인 phys.org는 최근 유럽우주기구(ESA)가 3D 형태의 은하계 지도를 제작하기 위해 개발한 은하관찰 위성 ‘가이아(Gaia)’가 최근 남아메리카의 기아나 우주센터에서 성공적으로 발사됐다고 보도했다.
phys.org는 가이아 위성에 탑재된 망원경은 3D 촬영이 가능한 천체 망원경이라고 보도하면서, 광활한 우리 은하의 생생한 모습을 제공해 주는 것은 물론 지금까지 은하가 어떻게 진화해 왔는지를 풀어주는 실마리를 가이아가 제공해 줄 수 있을 것이라고 기대했다.
● 3D 측정이 가능한 천체 망원경
앞으로 5년 동안 지구 궤도를 돌면서 활약할 가이아는 발사 무게만도 2톤에 달하는 대형 위성으로, 크기가 폭 4.6m에 높이 2.3m인 자동차 크기 정도의 원반 모양으로 이뤄져 있다.
가이아는 가깝게는 지구 인근에 있는 250만개의 별부터 시작하여 멀게는 우리 은하에 있는 별들의 1% 정도에 해당하는 10억개 정도의 별들을 측정할 예정이다. 이 중에서 1천만 개 정도의 별은 3D로 측정이 가능하고, 별의 위치뿐만 아니라 지구로 부터의 거리도 1% 오차 이내로 측정할 수 있는 것이 특징이다.
특히 우주 공간에서 최초로 천체 관측에 성공한 NASA의 허블(Hubble) 망원경이 16메가픽셀의 해상도를 가지고 있는데 비해 가이아는 1천 메가픽셀의 초고해상도를 갖고 있다. 이 때문에 허블 망원경이 21년간 수행해야 하는 작업을 단 5년 만에 그것도 2배나 많게 처리할 수 있는 것으로 파악됐다.
▲ 가이아에는 1,000메가픽셀의 초고해상도 망원경이 탑재되어 있다 ⓒESA
이 같은 해상도는 지구상에서 달에 있는 동전을 구분할 수 있을 정도의 수준이다. 또한 수많은 별들의 밝기와 고유 운동, 그리고 스펙트럼 등을 포함한 데이터를 자동으로 수집하기 때문에 수집되는 데이터 양은 엄청난 수준이 될 것으로 ESA측은 예상하고 있다.
2006년 개발이 승인된 이후 현재까지 소요된 비용만 우리 돈으로 총 1조원 이상의 예산이 투입된 것으로 파악되고 있어, 가이아는 ESA 역사상 가장 비싸고 복잡한 천체 망원경으로 여겨지고 있다.
가이아 개발을 주도한 ESA의 가이아 담당관 알베르토 히메레즈(Alberto Jimerez) 박사는 “가이아 위성에 탑재된 천체 망원경으로 15만 광년 떨어진 곳까지 관측이 가능하다”라고 설명하면서 “그렇기 때문에 가이아는 모든 천문학자들에게 있어서 꿈의 기기라고 불린다”라고 밝혔다.
그러면서 “가이아를 통해 태양계 밖에 있는 5천 개 이상의 새로운 행성을 찾을 수 있을 것 같다”며 “3D 촬영이 가능하기 때문에 과거의 2차원적 우주 사진으로는 얻을 수 없었던 별들의 나이나 크기, 그리고 움직임 등을 자세히 알 수 있을 것”이라고 기대했다.
● 은하 생성의 비밀을 풀어줄 3D 지도
지난 해에 천문학자들은 우리 은하의 중심부에 존재하는 별들을 새로운 시각에서 바라볼 수 있는 3D 형태의 지도를 만들었다. 그리고 이를 통해 기존의 평면형 지도보다 우리 은하를 좀 더 명확하게 관측할 수 있다는 것을 실제로 파악했다.
이전의 지도를 통해서는 은하 중심부 불룩한 곳에서 만들어진 별들이 바나나와 비슷한 궤도를 그리며 움직인다고 여겼지만, 3D 지도를 통해 이러한 별들이 8각형 모양을 한 궤도를 통해 움직이는 것을 발견했다.
▲ 가이아가 보내주는 엄청난 양의 데이터들이 우리 은하의 비밀을 풀어줄 것으로 기대하고 있다 ⓒESA
이 같은 결과에 대해 미 로체스터대의 천문학자인 앨리스 퀼렌(Alice Quillen) 교수는 “이러한 3D 지도가 천문학자들로 하여금 우리은하의 구성성분과 생성, 그리고 진화를 보다 잘 이해하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다.
퀼렌 교수는 “우리 은하의 과거를 돌이켜보는 것은 매우 어려운 일이고, 더군다나 그곳에 무엇이 있었는지에 대해서 아는 것도 어려운 일”이라며 “3D 지도를 통한 시뮬레이션은 우리들에게 여러 실마리를 제공할 수 있을 것”이라고 기대했다.
그러면서 퀼렌 교수는 “가이아가 보내주는 엄청난 양의 데이터들이 우리 은하가 오늘날 왜 이러한 형태로 진화가 되었는지에 대한 이해를 도와줄 것”이라며 “가이아의 데이터가 나와 나의 동료들로 하여금 우리들의 3D 지도 모델을 진일보시켜 줄 것이라 확신한다”고 덧붙였다.
● 암흑물질의 존재도 규명해 줄 가능성 있어
별의 위치를 3D로 표시하는 것은 더 많은 측정을 필요로 하는데, 지구에서 별을 관측하면 대기의 교란 때문에 우주의 별 간 거리를 나타내는 단위인 파세크(parsec)로 산출하면 수백광년의 거리에 지나지 않는 100파세크 정도만 측정할 수 있다.
반면에 대기권 밖에서 지구 궤도를 회전하는 가이아는 이런 교란 현상이 거의 없기 때문에 1만 파세크까지 관측할 수 있다. 따라서 가이아는 별에서 나오는 스펙트럼을 관찰하여 지구에서 별이 멀어지는지 또는 가까워지는지를 알 수 있으며 그 속도까지 측정할 수 있다.
전파망원경도 대기교란에 영향을 받지 않기 때문에 3D 은하지도를 만드는데 활용할 수는 있지만, 강력한 전자파를 내는 별만 관측할 수 있다는 단점 때문에 다양한 별들을 관측하기에는 무리가 있다.
현재 ESA는 가이아를 통해 수 백 만개의 쌍성(binary star) 및 수 만개의 갈색왜성(brown dwarf), 그리고 1천 개 이상의 목성과 같은 크기의 행성을 새로 찾아낸다는 계획을 가지고 프로젝트에 임하고 있는 것으로 알려졌다.
한편 일부 천문학자들은 가이아가 별의 움직임을 정확하게 측정할 수 있으면 우주에 가득 차 있는 암흑물질(dark matter)의 분포까지 유추할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 암흑물질은 빛을 내지 않으면서도 중력에 작용하여 별들의 운동에 영향을 미치는 것으로 알려져 있기 때문이다.
김준래 객원기자 | joonrae@naver.com
저작권자 2014.01.20 ⓒ ScienceTimes
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