전파천문학
전파천문학(Radio astronomy)은 전파를 이용해 천체들을 연구하는 천문학의 한 분야이다.
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관측 [편집]
약 1mm보다 긴 파장대의 전자기파를 이용한다. 전파천문학은 관측천문학의 다른 분야와는 달리 관측된 전파를 개개의 광자로 다루기보다는 파동으로 다룬다. 그러므로 짧은 파장 영역의 전자기파에 비해, 전파의 세기와 위상을 측정하는 데 상대적으로 수월하다. 어떤 전파는 열적 발산의 형태로 천체에 의해 생성되기도 하지만, 지구상에서 관측 가능한 대부분의 전파 방사는 싱크로트론 복사의 형태이다. 또한, 별들 사이의 가스, 특히 21cm 수소분광선에 의해 생성된 많은 분광선들이 전파영역에서 관측 가능하다. 전파천문학에서 다루는 천체는 초신성, 성간가스, 펄서, 활동은하핵 등 매우 다양하다.
천체의 전파는 미약하기 때문에 관측은 전파 망원경에 의해 이루어진다. 전파는 파장이 길기 때문에 성간 물질에 의한 산란을 받지 않으며, 가시 광선으로 관측할 수 없는 암흑 성운의 뒷쪽 등을 관측하는 것이 가능하다.
그러나 단파보다 파장이 긴 (40m 이상) 전파는 전리층에서 반사되기 때문에 지상에 닿지 않는다. 또한 파장이 짧은 (3cm 이하) 전파는 대기 중의 물 분자와 산소 분자에 의해 흡수되므로 역시 지상에 도달하기 어렵다. 따라서 그 사이 파장의 전파가 관측에 사용되고있다. 1980년대 이후에는 관측 장치의 위치를 고려하면서 전파 망원경의 집광력 등을 향상시키는 등의 방법을 통해, 밀리미터 영역에서 하위 밀리미터 영역 관측도 수행하고 있다.
자연적인 천체의 전파 발생 [편집]
천체는 특정한 전파를 발생시킨다. 여러 파장에서 관측을 수행하면, 천체에서 어떤 전파가 발생하는지 알 수 있다. 그리고 그것을 통해 천체의 성질을 알 수 있다.
- 싱크로트론 방사선: 광속에 가까운 전자가 자기장에서 로렌츠 힘을 받아 원운동 때 방출된다. 파장 의존성이 강한 연속 스펙트럼을 가진 편광을 발생시킨다.
- 열 제동 방사선: 고온의 플라즈마에서 전자가 원자핵의 인력을 받아 진로가 구부러질때 방출된다. 파장 의존성이 작은 연속 스펙트럼을 가진 빛을 발생시킨다.
- 이온화 원자 재결합: 이온화하는 원자와 전자가 재결합할 때 방출된다. 선 스펙트럼을 가진다.
- 수소 원자의 파장 21cm 선: 수소 원자 사이의 전자 스핀이 반전될 때 방출된다.
- 분자의 회전 경로: 암흑 성운(분자 구름)에서 분자의 회전 경로가 변경될 때 방출된다. 선 스펙트럼을 가진다.
- 우주 배경 복사: 빅뱅의 순간에 우주로 채워진 빛의 흔적이다.
제2차 세계 대전 이후 전쟁 중에 발달한 레이더 기술이 적용되어 추가 관측이 행해지게 되었다. 그러나, 전파 관측은 광학 관측에 비해 해상도가 매우 뒤떨어지는 것이 단점이었다. 간섭계의 응용을 통해 이 문제가 크게 개선되었다. 그 결과 많은 천체가 가시 광선과는 다른 모습을 하고 있는 것으로 조사됐다. 이렇게 전파 관측이 천체 관측의 한 분야로 정착하였다.
역사 [편집]
- 1931년, 벨 연구소의 기술자 칼 진 스키는 공전 현상을 관측하던 중 처음으로 천체의 전파를 관측하였다. 이렇게 전파를 발산하는 천체가 있는 것이 처음으로 밝혀졌다. 칼 진 스키가 발견한 것은 우리 은하의 중심 핵에서 파장 14.6m의 전파를 발산하는 천체였다.
- 1944년, 네덜란드의 반 드 전체 목록은 이온화하지 않은 수소 원자가 파장 21cm의 전파를 방출할 가능성을 보여주었다. 이것은 1951년에 미국 헤럴드 유엔과 에드워드 퍼셀에 의해 확인되었다.
- 같은 해에 앤터니 휴이시와 조셀린 벨 버넬은 매우 정확한 주기로 오는 전파를 발산하는 천체를 발견했다. 이것은 펄서라고 불리고, 그 정체는 빠르게 자전하는 중성자별일것으로 예측되고 있다.
전파 별 [편집]
그로테 레바는 고니 자리와 카시오페이아 자리 근처에서 강한 전파를 방출하는 구역을 발견했다.
1946년에 제임스 헤이들은 이 전파가 은하수와 다른 천체에서 나오는 전파라는 것을 확인했다. 당시의 전파 망원경의 해상도에서는 이 전파 자원의 광학적인 대응 천체를 알 수 없었기 때문에, 이들은 전파 별이라고하며 천체가 속하는 별자리와 별자리에서 전파 강도의 순으로 알파벳순 부호으로 호칭되었다.
전파 별은 활동 은하와 질량이 큰 별의 형성이 활발한 성운, 초신성 잔해 등으로 식별되었다.
- 궁수자리 A : 동쪽 궁수자리 A, 서쪽 궁수자리 A 로 구성된다. 동쪽 궁수자리 A 는 초신성 잔해로 생각되고 있다.
- 카시오페이아 자리 A : 1670년 경에 폭발한 초신성의 잔해라고 추측하고 있다.
- 황소 자리 A : 게 성운 (M1)
- 오리온자리 A : 오리온 성운 (M42)
- 고니자리 A : 활동 은하 3C405
- 처녀자리 A : 활동 은하 M87
- 센타우루스 자리 A : 활동 은하 NGC 5128
기타 [편집]
최근에는 고주파의 사용이 늘어나면서 휴대 전화 등의 송신 설비에서 고조파 등의 영향으로 서서히 관측이 힘들어 지고 있다. 종종 관측에 사용되는 주파수 할당이 인근에 있는 주파수의 이용에 영향을 받기도 한다.
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