초장기선간섭계(VLBI: Very Long Baseline Interferometry)

1. VLBI(Very Long Baseline Interferometer)

Very Long Baseline Interferometry(VLBI)는 전 세계의 여러 기지국에서 수집한 전파 데이터를 결합하여 아주 긴 기저라인(선간)을 형성하는 무선 전파 관측 기술입니다.

 

전파간섭계(VLBI)는 1974년에 노벨상을 수상한 혁신적인 기술로, 서로 떨어진 지역에 위치한 전파망원경들을 결합하여 고해상도 이미지를 얻는 데 사용됩니다. 이 기술은 여러 기지국에서 정밀한 시계를 사용하여 동시에 수집한 전파 신호를 기록하고, 이 데이터를 합성하여 아주 긴 기저라인을 형성합니다. 기지국 간의 시간 차이를 이용하여 신호 도착 시간을 정확하게 측정하고, 이를 기반으로 고해상도 이미지를 생성합니다.

 

1) VLBI의 원리

전파를 이용한 망원경의 분해능을 높이기 위해 사용되는 기술 중 하나가 VLBI(Very Long Baseline Interferometry)입니다. VLBI는 여러 지역에 분산된 전파망원경을 하나의 가상 큰 망원경으로 결합하여 고해상도 이미지를 얻는 기술입니다.

VLBI의 기본 원리는 시간 차이를 이용하는 것인데, 여러 지점의 망원경이 동일한 천체를 관측할 때 빛이 도달하는 시간이 약간씩 차이가 나게 됩니다. 이 차이를 기록하고 분석함으로써 망원경 간의 거리를 아주 정밀하게 측정할 수 있습니다. 이렇게 정밀한 거리 측정을 통해 가상 망원경의 구경을 크게 향상시킬 수 있습니다. VLBI는 지구상에 분산된 여러 망원경을 하나의 거대한 망원경으로 사용하는 것인데, 이를 통해 전파망원경의 한계를 극복하여 고해상도 이미지를 얻을 수 있게 됩니다.

 

이러한 전파망원경 분해능의 한계를 극복하기 위해 개발된 기술이 바로 전파간섭계(Radio Interferometer) 입니다. 1974년 노벨상을 받은 이 기술은 서로 멀리 떨어진 전파망원경들을 이용하여 같은 천체를 동시에 관측하고, 이렇게 관측된 데이터를 합성하게 되면 마치 망원경이 떨어진 거리에 비례하는 구경을 가진 가상의 망원경을 구현할 수 있습니다.

VLBI의 원리는 여러 기지국에 위치한 아주 정밀한 시계를 사용하여 동시에 수집한 전파 신호를 기록하고, 이후에 이 데이터를 연결하여 아주 긴 기저라인을 형성하는 것에 있어요. 여러 기지국 간의 시간 차이를 사용하여 신호의 도착 시간을 정확하게 측정하고, 이를 기반으로 고해상도의 이미지를 생성합니다.

 

2) VLBI의 이미지 생성 절차

전파간섭계이지만 수백 킬로미터 이상 서로 다른 대륙 혹은 우주까지 떨어져 있는 전파망원경을 특수한 방법으로 연결하는 것을 “초장기선 전파간섭계VLBI: Very Long Baseline Interferometry”라고 부릅니다. 이때 기선baseline은 두 망원경 사이의 물리적 거리를 의미합니다. VLBI는 서로 멀리 떨어져 있는 전파망원경들을 이용하여 “같은” 천체를 “동시에” 관측하고, 그 데이터를 합성함으로써 망원경 사이의 거리에 비례하는 가상의 큰 망원경으로 관측하는 것과 동일한 분해능을 구현합니다. 

 

 

① 데이터 수집

여러 기지국에서 동시에 수집된 전파 데이터가 상관기에 전송됩니다. 이 데이터에는 각 기지국에서 수집된 전파의 강도와 도착 시간에 대한 정보가 포함됩니다.

② 상관분석

관기에서는 각 기지국 간의 전파 데이터를 비교하여 상관 관계를 분석합니다. 이를 통해 각 망원경 간의 시간 차이 또는 시간 지연을 측정합니다.

③ 가상 망원경 형성

측정된 시간 차이를 사용하여 여러 기지국을 하나의 가상 큰 망원경으로 결합합니다. 이로써 아주 긴 기저라인을 형성하게 되어 고해상도를 얻을 수 있습니다.

④ 이미지 생성

가상 망원경으로부터 얻은 데이터를 사용하여 고해상도 이미지를 생성합니다. 이때 복잡한 이미지 재구성 기술이 사용되며, 컴퓨터를 사용하여 전체 이미지를 구성합니다.

⑤ 분석 및 해석

생성된 이미지를 분석하여 천체의 특성이나 구조를 이해하고 해석합니다. 이 단계에서 천체의 크기, 밝기, 형태 등을 파악할 수 있습니다.