직사각형 망원경 설계, 지구 탐사 2.0 시대 열릴 듯

DNVN - 과학자들은 직사각형 망원경 모델을 개발하고 있으며, 이는 "지구 2.0"(태양계 외부에 있는 지구와 유사한 조건을 갖추고 생명체가 살 수 있는 행성을 일컫는 용어)을 찾는 여정에서 새로운 시대를 열 것이라고 약속하고 있습니다.

지구와 유사한 행성을 찾는 것은 오랫동안 천문학의 주요 과제였습니다. 별의 압도적인 밝기 때문에 별이 거의 완전히 가려져 있기 때문입니다. 기존의 망원경 설계로는 이러한 과제를 감당할 수 없습니다. 그러나 직사각형 적외선 망원경이라는 대담한 아이디어가 최근 제안되었는데, 이 망원경은 이러한 장벽을 극복하고 30광년 이내에 수십 개의 잠재적 행성을 발견할 수 있도록 도울 것이며, 외계 생명체의 흔적을 찾는 길을 열어줄 것입니다.

지구는 우리가 아는 생명체가 서식하는 유일한 행성입니다. 이 푸른 행성의 모든 생명체는 필수적인 화학 반응을 유지하기 위해 액체 상태의 물에 의존합니다. 단순한 단세포 생물은 지구와 거의 같은 시기에 출현했지만, 더 복잡한 다세포 생물이 진화하는 데는 약 30억 년이 걸렸습니다. 반면 인간은 지구 역사의 극히 일부, 지구 나이의 만분의 일도 채 되지 않는 짧은 기간 동안만 존재했습니다.

이 타임라인은 액체 물이 있는 행성에서 생명체가 드물지 않을 수 있음을 시사합니다. 하지만 우주를 탐험 할 수 있는 지적 생명체는 극히 드물 수 있습니다. 인류가 지구 너머의 생명체를 찾고자 한다면, 가장 가능성 있는 접근 방식은 행성 관측을 통해 직접 접근하는 것입니다.

디지털 간섭계 굴절 우주 망원경(DICER), 가상의 적외선 우주 관측소, 그리고 제임스 웹 우주 망원경을 모델로 한 직사각형 우주 망원경의 개념 설계. 사진 제공: 리프 소디/렌슬러 폴리테크닉 연구소.

우주는 광활하고, 물리 법칙은 빛보다 빠른 이동이나 통신을 허용하지 않습니다. 따라서 로봇 탐사선을 사용하더라도 인간의 수명 내에는 태양에 가장 가까운 별들만 연구할 수 있습니다. 이 중 가장 유망한 대상은 태양과 크기와 온도가 비슷한 별입니다. 복잡한 생명체가 발달하기에 충분히 길고 안정적이기 때문입니다.

천문학자들은 현재 지구에서 30광년 이내에 있는 태양과 유사한 별 약 60개를 발견했습니다. 이 별들을 공전하며 지구와 크기와 온도가 비슷하고, 육지와 액체 상태의 물을 모두 지닐 수 있는 행성들이 생명체를 찾을 수 있는 가장 유력한 후보로 여겨집니다.

지구와 유사한 외계 행성의 모습을 모항성의 눈부신 빛으로부터 분리하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 이상적인 조건에서도 별은 행성보다 백만 배나 더 밝습니다. 만약 두 빛이 뒤섞이면 행성을 감지하는 것은 불가능해집니다.

광학 이론에 따르면 망원경의 최대 분해능은 거울의 크기와 빛의 파장에 따라 달라집니다. 액체 물을 가진 행성은 약 10마이크론의 파장에서 가장 밝게 빛납니다. 이는 가는 머리카락 한 가닥의 굵기와 같으며 가시광선 파장의 20배에 해당합니다. 망원경은 이 파장에서 30광년 떨어진 태양과 지구를 구분할 수 있는 충분한 분해능을 얻으려면 최소 20미터 거리에서 빛을 모아야 합니다.

더욱이, 지구 대기가 이미지를 흐리게 만들기 때문에 망원경은 우주에 설치되어야 합니다. 현재 가장 큰 우주 망원경인 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 6.5미터 거울을 가지고 있지만, 발사와 운영은 매우 어려웠습니다.

20미터 우주 망원경을 배치하는 것은 현재 기술적인 한계를 벗어나기 때문에 과학자들은 여러 가지 방안을 시도해 왔습니다. 한 가지 해결책은 여러 개의 소형 망원경을 발사하고 그 사이에 정밀한 간격을 유지하여 거대한 거울을 시뮬레이션하는 것입니다. 그러나 분자 크기까지 정밀한 위치를 유지하는 것은 현재로서는 불가능합니다.

또 다른 접근법은 더 짧은 파장의 빛을 사용하여 더 작은 망원경을 사용하는 것입니다. 그러나 가시광선 영역에서 태양과 같은 별은 지구보다 100억 배 더 밝아서 행성을 드러낼 만큼 충분한 별빛을 차단하는 것은 불가능합니다. 하지만 이론적으로는 분해능은 가능합니다.

또 다른 아이디어는 "별 보호막"을 사용하는 것입니다. 지름이 수십 미터에 달하는 우주선이 망원경으로부터 수만 킬로미터 떨어진 곳으로 날아가 별빛은 차단하고 행성 빛은 통과시키는 방식입니다. 하지만 이를 위해서는 두 대의 우주선을 발사해야 하며, 보호막을 새로운 위치로 옮기려면 막대한 양의 연료가 필요합니다.

새로운 연구에서 과학자들은 더욱 실현 가능한 설계를 제안합니다. JWST의 6.5m 원형 거울 대신 1 x 20m 크기의 직사각형 거울을 장착한 적외선 망원경입니다. 10마이크론 파장에서 작동하는 이 망원경은 거울의 장축을 따라 별빛과 행성빛을 분리합니다. 거울을 회전시킴으로써 천문학자들은 모항성 주변 어느 위치에 있는 행성이든 관측할 수 있습니다.

이 설계는 3년 이내에 태양과 유사한 항성을 공전하는 지구형 행성의 절반을 탐지할 수 있을 것으로 예상됩니다. 추가적인 기술적 개선과 최적화가 필요하지만, 이 개념은 현재 역량 이상의 기술을 필요로 하지 않습니다. 이는 다른 많은 선구적인 아이디어와는 다른 점입니다.

평균적으로 태양과 유사한 별 하나당 지구와 유사한 행성이 하나씩 있다면, 이 망원경 설계를 통해 30광년 이내에 약 30개의 유망한 행성을 발견할 수 있을 것입니다. 향후 연구에서는 광합성 생명체의 지표인 산소의 존재를 확인하기 위해 행성 대기를 면밀히 조사할 것입니다.

가장 유망한 후보 행성의 경우, 탐사 임무를 수행하여 행성 표면의 이미지를 지구로 전송할 수 있습니다. 직사각형 망원경 설계는 우리의 "자매 행성"인 지구 2.0을 찾는 가장 빠른 길을 제공할 것으로 기대됩니다.

라 케(ScienceAlert에 따르면)

출처: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/thiet-ke-kinh-vien-vong-hinh-chu-nhat-co-the-mo-ra-ky-nguyen-san-tim-trai-dat-2-0/20250902082651458