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.
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.