망원경의 목적은 빛을 모으는 것입니다. 그러나 세계에서 가장 큰 망원경 중 일부가 우주를 들여다보기 위해 설치된 칠레와 하와이와 같은 곳에서는 맑은 밤에 실제로는 반대의 일을 하게 됩니다. 주황색 레이저 빔을 하늘로 발사하는 것입니다. 문제는 우리 지구에는 결코 가만히 있지 않는 밀도가 높은 대기가 있다는 것입니다. 그것은 주위로 이동하며, 들어오는 별빛을 계속 코스에서 벗어나게 합니다. 이 살짝 밀기가 바로 그것이 반짝이는 원인입니다. 반짝임은 인간의 눈에 보기 좋은 광경이지만 이미지를 만들기 위해 일정 시간 동안 빛을 모으는 망원경의 경우 이러한 날카로운 빛 지점을 흐릿하게 만듭니다.
이것이 바로 적응 광학이라는 기술이 등장하는 곳입니다. 이를 사용하여 망원경은 주어진 순간에 빛을 공기가 방해하지 않았을 때 예상했던 모습으로 되돌릴 수 있습니다. 이를 알아내는 데는 안내성(guide star)으로 알려진 밝은 기준별을 추적하는 작업이 포함됩니다. 구체적으로, 그 별의 빛이 얼마나 많은 공기를 휘게 하는지 측정합니다. 그런 다음 컴퓨터는 망원경 내부의 유연한 거울의 모양을 초당 약 1,000회 변경하여 뒤틀림을 상쇄합니다.
불행히도 한 가지 큰 문제가 있는 영리한 솔루션입니다. 망원경이 연구하는 모든 항목 바로 옆에 가이드 별이 있는 경우에만 작동합니다. 하지만 올바른 위치에 있는 밝은 별은 찾기가 쉽지 않기 때문에 천문학자들은 결국 자신만의 별을 만들게 됩니다. 그들은 일반적으로 주황색인 레이저를 사용하여 이를 수행합니다. 각각의 레이저 빔은 대기권의 작은 조각을 마치 별처럼 빛나게 만듭니다. 이 ‘별’은 망원경의 목표 바로 옆으로 이동할 수 있습니다.
레이저가 별이 되는 과정
구체적으로, 빔은 표면에서 약 90km 떨어진 대기에서 연소되는 유성으로 형성된 나트륨 원자의 얇은 층을 겨냥합니다. 그리고 그 원자들은 매우 특정한 단일 주황색-노란색 빛에 반응하기 때문에 광선은 그에 따라 조정되어 주황색이 되어야 합니다. 광선이 해당 층에 닿으면 원자는 이를 흡수하여 동일한 색상으로 빛납니다. 그 빛의 일부는 망원경으로 다시 이동합니다. 그 빛은 희미한 별처럼 보입니다.
그 레이어를 안정적으로 타격하는 것은 꽤 어려웠습니다. 이전 시스템은 안정성을 유지하기 위해 며칠 간의 엔지니어링 작업이 필요한 독성 염료를 사용했습니다. 그러나 오늘날의 레이저는 밤새 제자리에 고정되어 있으므로 버튼 하나만 누르면 됩니다.
그렇더라도 단일 레이저는 난류의 영향을 받습니다. 훨씬 더 넓은 공기 기둥을 통과하는 먼 은하계의 빛과 달리 레이저 별의 빛은 대기권 바로 안쪽을 맴돌기 때문에 좁은 원뿔을 통해서만 내려옵니다. 이것이 바로 대형 천문대가 이제 여러 개의 레이저를 동시에 발사하는 이유입니다. 여러 개의 레이저가 추가 가짜 별을 생성하여 대상 주변의 여러 다른 지점을 덮습니다. 함께, 그들은 전체 공기 기둥이 어떻게 빛을 휘게 하는지를 보여줍니다. 그런 다음 판독값을 수집하여 CT 스캔과 마찬가지로 3D 난류 지도로 연결합니다. 결과적으로 지도는 망원경의 유연한 거울에 실제 별에서 나오는 빛을 더 잘 포착하기 위해 구부리는 방법을 알려줍니다.
7개의 레이저, 더 선명한 사진, 끄기 스위치
이 영리한 작은 해킹을 통해 지상 망원경이 우주 망원경과 경쟁할 수 있게 되었습니다. 세계에서 가장 큰 망원경 중 다수도 이를 사용합니다. 유럽남부천문대는 칠레 아타카마 사막에 있는 4개의 대형 망원경으로 구성된 망원경인 VLT(Very Large Telescope)에 이를 사용합니다. VLT는 2006년에 단일 레이저로 시작했지만 ESO는 2016년에 망원경 중 하나에 4개의 레이저를 장착하여 업그레이드했습니다. 이 레이저는 소비자용 레이저 포인터의 법적 한계보다 4,000배 더 강력합니다.
2018년까지 이 설정을 통해 VLT는 궤도를 도는 허블 우주 망원경보다 더 선명한 해왕성의 가시광선 사진을 포착할 수 있게 되었습니다. 즉, 대기권 안에 갇혀 있는 망원경이 완벽한 환경에서 날아다니는 망원경보다 성능이 뛰어났다는 것이다. 그 이후 ESO는 다른 세 개의 망원경에도 레이저를 추가하여 VLT의 총 레이저 수를 최대 7개로 늘렸습니다. 그러나 ESO는 세계에서 가장 큰 거울을 중심으로 제작된 거대하고 새로운 망원경인 초거대 망원경(Extremely Large Telescope)을 곧 출시할 예정이므로 여기서 끝나지 않습니다. 레이저도 사용하도록 설정되어 있습니다.
이제 하늘에서 발사되는 강력한 레이저가 머리 위로 지나가는 항공기에게 걱정거리가 될지 궁금할 것입니다. 저렴한 레이저 포인터는 이미 조종사를 현혹시킬 수 있으므로 잠재적으로 더 나쁠 수도 있습니다. 그러나 VLT는 비행기가 빔에 접근하자마자 레이저를 자동으로 끄는 안전 시스템을 사용합니다.
