태양을 초거대 망원경으로?

천체 망원경은 사용되는 렌즈나 거울이 클수록 더 많은 빛을 모을 수 있기 때문에 어두운 천체를 관찰할 때는 가능한 큰 망원경을 사용하는 게 좋다. 이런 발상을 극대화해 태양을 거대한 천연 망원경으로 사용하자는 기술에 대해 소개해 눈길을 끈다.

전파 망원경은 안테나 유효 지름이 클수록 해상도를 높일 수 있으므로 정밀도를 추구하는 경우 넓은 범위에 대형 안테나 여러 대를 연결하는 초장기선 전파 간섭법(VLBI)을 사용한다.

VLBI가 크게 활용된 사례 중 하나는 거대한 블랙홀 영상을 포착한 국제 공동 연구 프로젝트인 이벤트 호라이즌 망원경(EHT)이다. 이 프로젝트는 전 세계 전파 망원경을 연결해 지구 크기 가상 전파 망원경으로 운용해 인류는 M87*과 궁수자리 A*라는 두 블랙홀 윤곽을 포착하는 데 성공했다.

더 큰 관측 네트워크를 구축하기 위해 관측용 인공위성을 우주로 발사하는 우주 VLBI 계획도 있지만 운이 좋게도 태양계 중심에는 이미 거대한 태양이라는 망원경이 자리잡고 있다고 말한다.

태양 자체는 렌즈나 거울이 아니지만 그 거대한 질량에서 발생하는 시공간 왜곡으로 인해 태양 근처를 지나는 빛이 휘어지면서 마치 볼록 렌즈를 통과한 것처럼 집광된다. 이 현상을 중력 렌즈 효과라고 하며 태양이 만드는 중력 렌즈를 이용해 우주 먼 곳을 관측하자는 구상은 태양 중력 렌즈(SGL)라고 불린다.

EHT 성능은 달 표면에 놓인 오렌지를 찾아낼 정도라고 하지만 태양 중력 렌즈 망원경이 실현된다면 이보다 100만 배 더 정밀한 100억분의 1초 각도 해상도를 가진 망원경을 인류는 손에 넣을 수 있게 된다.

하지만 태양을 천연 망원경으로 사용하려면 해결해야 할 과제가 있다. 먼저 태양 중력 렌즈로 관측을 하려면 렌즈 초점이 맞는 지점에 도달해야 하는데 그 거리는 550 천문 단위(AU), 그러니까 지구에서 태양까지 거리 550배인 820억km다. 이는 지구에서 명왕성까지 거리 10배 이상이며 1977년 발사된 이후 지구에서 가장 멀리 떨어진 인공물인 보이저 1호의 거리보다 3배 이상 멀리 있는 곳이다.

따라서 태양 중력 렌즈로 관측을 하려면 지구에서 멀리 떨어진 장소로 우주선을 보내야 하며 우주선에는 그곳에 머물 수 있을 만큼 충분한 연료가 필요하다. 또 태양 중력 렌즈로 생성된 이미지는 수십km 공간에 걸쳐 퍼져 있으므로 우주선은 그 범위 전체를 스캔해야 한다.

태양을 렌즈로 사용하는 발상 기원은 1970년대로 거슬러 올라간다. 그로부터 반세기 동안 축적된 지식과 기술을 바탕으로 실용적인 계획으로 제안된 방법은 소형 경량 인공위성인 큐브샛을 사용하는 것이다.

이 방법에서는 먼저 다수 큐브샛을 솔라 세일을 이용해 심우주로 보내고 초점 거리에 도달한 뒤 속도를 줄여 각 큐브샛이 지구로 전송한 관측 데이터를 연결해 분석한다.

태양 중력 렌즈 망원경은 인류가 앞으로 수 세기 동안 만들 수 있는 어떤 망원경보다도 뛰어날 것이지만 망원경은 이미 존재한다며 이제는 카메라를 적절한 위치에 가져다 놓기만 하면 된다는 설명이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.