성균관을 통해 본 우주, 한꺼풀 벗겨지다
성균관을 통해 본 우주, 한꺼풀 벗겨지다
  • 이다빈 기자
  • 승인 2014.10.06 13:40
  • 호수 1569
  • 댓글 0
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우주의 비밀을 파헤치기 위한 연구는 지금 이 순간에도 끊임없이 진행 중이다. 자과캠 제2공학관에는 우주의 미스터리를 풀기 위한 △UFFO △MTEL-2 △우주선(cosmic rays) 관측 장비 연구로 과학계의 주목을 한 몸에 받고 있는 사람이 있다. 바로 우리 학교 물리학과 박일흥 교수다. 대한민국을 빛내며 우주강국과의 격차를 좁히고 있는 그의 연구와 향후 계획에 대해 들어보자.

▲ UFFO의 완성 모습. /ⓒ박일흥 교수 제공

■ 아르키메데스 거울의 부활, 감마선 폭발을 쫓는 ‘UFFO’
UFFO(Ultra-Fast Flash Observatory)는 감마선 폭발을 촬영하기 위한 지름 10cm의 ‘중형 추적 우주망원경’이다. 청동거울을 하나씩 든 군인들이 태양 빛을 반사시켜 로마군의 함선을 불태워버린 일화, ‘아르키메데스 거울’의 원리에 기초했다. 각각의 거울들만 돌려 반사경처럼 이용해 목표물을 보기 때문에 방향전환의 시간을 혁신적으로 줄였다.
빅뱅 이후 우주에서 가장 격렬한 ‘감마선 폭발’의 위력은 상상 그 이상이다. 우리 은하만큼 밝아지고 우리 은하를 날릴 만큼의 크기로 하루 몇 번씩 무작위로 일어난다. 이전 망원경들의 경우 감마선 폭발 위치를 감지한 후 그 방향으로 몸체를 돌리기까지 70초의 시간이 걸렸다. 따라서 정밀한 관측이 불가능해 감마선 폭발을 둘러싼 다양한 가설들만 제시됐다. 하지만 UFFO는 1초면 방향전환이 가능해 감마선 폭발의 초기 순간부터 촬영할 수 있다. 로모노스프 인공위성에 탑재돼 2015년 하반기 발사를 기다리고 있는 UFFO는 천문학의 난제를 풀기 위해 우주 곳곳을 살필 예정이다.

▲ MTEL-2의 전자회로 사진. /ⓒ박일흥 교수 제공

■ 1ms 만에 목표물을 포착하는 국소 추적 우주망원경, ‘MTEL-2’
MTEL-2(MEMS Telescope for Extreme Lightning-2)는 아르키메데스 거울의 원리에 MEMS 기술을 결합해 UFFO보다 빠른 속도를 자랑한다. △광범위한 영역의 감시 △순간적인 확대 △추적 세 가지가 한 번에 가능해 넓은 시야를 보고 있다가도 목표물이 시야에 들어오는 순간 확대해 추적한다.
가로·세로 0.3mm의 극소형 망원경인 MTEL-2엔 MEMS 기술을 이용해 반도체 실리콘 칩이 부착된 256개의 초미세 반도체 거울이 있다. 아르키메데스 거울의 일화에서 거울을 돌리는 군인의 역할을 전자칩이 대신해 반도체 거울을 자유자재로 돌린다. MTEL-2는 무작위로 발생하는 광원을 순간적으로 0.001초 만에 포착해 예측할 수 없는 장소와 시간에서 벌어지는 우주 현상을 포착하는데 적합하다. MTEL-2는 올해 7월 9일 러시아 인공위성 렐렉(RELEC)에 탑재됐다. 궤도 800km 하늘에서 △메가번개 △섬광 △우주선 등을 촬영하며 1년 이상 동안 맡은 역할을 톡톡히 해낼 것으로 기대된다.

▲ 박 교수팀이 개발한 우주선 성분 검출기는 위 화살표 방향에 탑재된다. /ⓒ박일흥 교수 제공

■ 세계 최초로 국제우주정거장에 탑재된 ‘우주선 성분 검출기’
박 교수팀은 NASA의 ISS-CREAM 프로젝트에 참여해 실리콘 반도체 센서를 이용한 ‘우주선(cosmic rays) 관측 장비’를 국내 최초로 개발했다.
ISS-CREAM은 우리 은하에서 만들어지는 우주선의 기원과 가속, 지구에 도달하는 전파과정 등을 풀기 위한 대형 우주실험 프로젝트다. 박 교수팀이 개발한 우주선 관측 장비는 4층으로 배치돼 가로·세로 1m 길이, 150kg의 무게로 검출기 최대 규모를 자랑한다. 이 장비는 실리콘 반도체 센서의 전하량 검출기를 통해 우주선의 성분을 정밀히 구별하게 된다. 우주선이 실리콘을 지나가면 실리콘 안의 원자를 이온화시켜 전자를 남기는데, 센서는 이를 주워 전기신호를 분석한다. 그 결과 △산소 △수소 △양성자 △탄소 등의 성분에 따라 달라진 전기신호의 크기로 우주선의 정체를 알아낸다. 이는 △99%의 정밀함 △가벼움 △안전함 등의 장점으로 주목받고 있다. 본 관측 장비는 최근 까다로운 우주인증시험을 통과했으며 올해 겨울부터 3년간 우주실험연구를 수행할 예정이다. 박 교수의 장비는 세계 각국의 최신 우주기술이 모인 국제 우주정거장에 탑재돼 연구의 핵심을 담당한다.

* 우주선(cosmic rays) : 우주에서 지구로 쏟아지는 높은 에너지를 지닌 각종 입자와 방사선 등을 총칭한다. 1912년 오스트리아의 빅토리아 헤스에 의해 발견됐다.

* MEMS (Micro Electro Mechanical System) : △기계부품 △센서 △전자회로를 하나의 실리콘 위에 집적하는 초미세 전기기계시스템

   

 



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