전파 천문학

전파 주파수대에서 천체를 연구하는 천문학 계열의 하위 분야.

천체에서 흘러나오는 전파를 처음 탐지한 건 1930년대 "칼 젠스키"가 우리은하에서 오는 전파를 받아낸 것이 처음이라고 한다.

그 뒤를 이은 관측 결과 수많은 전파 방출원들이 발견됐고 항성이나 은하는 물론이고 전파은하, 퀘이사, 필사, 메이저 등등 완전하게 새로운 부류의 천체들이 발견되기도 했다고 한다. 대 폭발 이론에 대한 강력한 근거를 제공한 우주 마이크로파 배경의 발견! 바로 전파천문학을 통해 이루어진 것이라고 한다.



전파천문학은 전파망원경이라고 하는 전파 안테나를 통해 수행되며 한가지의 전파망원경이 사용되기도 하고 여러 개의 전파망원경을 연결해서 간섭계를 만들어 개구합성을 하기도 한다.

간섭계를 사용하게 되면 구성하는 개개의 망원경 사이의 거리에 의해 분해능이 결정되므로 한 개의 망원경보다 좋은 분해능을 얻을 수 있다고 합니다.



잰 스키가 은하수를 관측하기 전에도 물리학자들은 그 전파를 관측 가능할 것이라고 추측은 했다고 한다.

1860년대에 제임스 클러크 맥스웰의 방정식은 전자기파가 전기나 자기와 관련이 있고 어떤 파장에서도 존재 가능함을 보였다고 해요. 또 태양에서 방출되는 전파를 검출하려고 니콜라 테슬라, 올리버 로지 등이 여러 번 시도하였으나 기술적인 한계에 도달하여 번번이 실패했다.



잰 스키는 자기가 발견한 것을 1933년에 발표하게 되고 은하수에서 나오는 전파를 상세히 조사하고 싶어 했지만 벨 연구소에서 그를 다른 프로젝트로 전출시켰고 그 일로 잰 스키가 천문학 분야에 다른 업적을 남긴 바는 없게 되었다.

하지만 아직도 전파천문학에는 그의 업적을 인정해 선속 밀도의 기본 단위 잰 스키를 그의 이름에서 따왔다고 전해진다.



칼 잰 스키는 1930년대 초반에 전파원을 최초로 우연한 기회에 발견하게 되었는데 벨 전화 연구소 소속 과학자였다고 한다.

그는 대서양 횡단 음성전송에 사용되는 단파 통신에 끼어드는 잡음을 조사하던바 커다란 지향성 안테나를 사용한 잰 스키는 아날로그 펜과 종이 기록에 전파원에서 오는 반복된 신호가 기록됨을 알게 되고 그 신호가 24시간마다 절정에 달한다는 것을 알게 된다.



잰 스키는 처음에 간섭 원인이 자신의 지향성 안테나의 시야를 가로지르는 태양일 거라고 추측하였지만 따라가는 전파원의 반복 주기는 24시간이 아니라 23시간 56분으로 나타나게 됐고 이 모르겠는 형상을 같은 동료에게 털어놓게 된다.

그 동료는 23시간 56분이 1항 성시를 가리키며 이건 전파원이 지구가 1회 자전할 때마다 시야에 들어오게 되는 천구상에 고정되어있는 천체라는 것을 의미한다고 알려줬고 그 관측 결과와 광학 천문도와 대조해본 잰 스키는 마침내 궁수자리의 은하수가 가장 짙은 지역을 가리켰을 때 문제의 전파원이 절정에 달했다고 결론을 내리게 된다.



태양이 전파 잡음을 일으킬 정도로 큰 전파원이 아니라 전파간섭은 은하의 성간가스와 먼지에 의해 생성된 것이라고 생각했지만 그 이후에 하늘에서 가장 강력한 전파원 중 하나인 궁수자리가 1950년대에 궁수자리로 명명되었고 이게 성간 가스와 먼지가 아니며 강력한 자기장과 그 안에 전자에서 방출된 것이 드러났다.



천체는 특정한 전파를 발생시킨다

여러 파장에서 관측하다 보면 천체에서 어떤 전파가 나타나는지를 알 수 있고 그걸 통해 그 천체의 성질을 알아낼 수 있다고 한다.

1. 싱크로트론 방사선 - 광속에 가까운 전자가 자기장에 로런츠 힘을 받아서 원운동 때 방출되고 파장 의존성이 강해 연속 스펙트럼을 가진 편광을 발생시킨다고 한다.

2. 열 제동 방사선 - 고온의 플라스마에서 전자가 원자핵과 인력을 받아 진로가 구부러질 때 방출되며 파장 의존성이 작은 연속 스펙트럼을 가진 빛을 발생시킨다고 한다.

3. 이온화 원자 재결합 - 이온화되는 원자와 전자가 재결합될 때 방출되며 선 스펙트럼을 가진다고 한다.

4. 수소 원자의 파장 21cm선 - 수소 원자 사이의 전자스핀이 반전될 때 방출된다고 한다,

5. 분자의 회전경로 - 암흑성운에서 분자의 회전 경로가 변경될 때 방출된다.

6. 우주 마이크로파 배경 : 대폭발의 순간에 우주로 채워진 빛의 흔적이라고 한다.



전파천문학은 다른 분야와는 달리 관측된 전파를 각각의 광자로 다루는 것 보다는 파동으로 다룬다. 

짧은 파장 영역의 전자기파에 비해서 전파의 세기나 위상을 측정할 때 상대적으로 수월하다고 한다.

열적 발산의 형태로 천체에 의해 생성되는 전파가 있는가 하면 수소 분광선에 의해서 생성된 분광선들이 전파영역에 관측 가능하다고 한다.



전파를 방출하는 구역을 그로테 레버가 발견하는데 그 자리는 고니 자리, 카시오페이아 자리 근처라고 한다.

해당하는 별의 활동은하와 질량이 큰 활발한 성운, 초신성 잔해 등으로 식별되는데

궁수자리 A, 카시오페이아자리 A, 오리온자리 A, 고니 자리 A, 처녀자리 A, 센타우루스 자리 A라고 한다.



1931년 벨 연구소에서 공전 현상을 관측하던 중에 천체의 전파를 관측, 전파를 발산하는 천체가 있는 것을 처음 발견하고 그 천체는 우리은하의 중심핵에서 파장 14.6cm의 전파를 발산하는 천체였다고 함.

1940년 그로 테러 바는 직경 9m의 인공위성 접시를 제작하고 최초의 전파 망원경이 된다. 레바논 파장 1.85m의 전파로 은하수 관측을 수행해서 전파 지도를 작성하였다고 한다.

1942년 제임스 헤이가 레이다에 간섭하는 전파를 관측, 이는 조지 사우스워스를 통해서 태양 플레어에 의한 전파라는 것이 확인됐다고 한다.

1944년 네덜란드의 반 드 전체 목록은 이온화가 되지 않는 수소 원자가 파장 21cm의 전파를 방출할 가능성을 보이고 이것에 1951년에 미국에서 확인되었다고 한다.

1965년 윌슨은 소음 측정하는 동안에 우주에서 등방성으로 오는 전파를 발견하게 되고 대폭발이론에서 예측되던 우주 마이크로파 배경이 되었다고 한다.

또 이 해에 휴이시와 버넬은 정확한 주기로 오는 전파 발산하는 천체를 발견해 펄사라고 부르고 빠르게 자전하는 중성자별일 것으로 추측되고 있다고 합니다.