안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 우주의 시공간과 중력파의 관계성이 있는지 그리고 중력파의 검출이 우리에게 어떤 가능성을 주나요?
시공간과 중력파는 일반상대성이론의 핵심적인 개념으로서 시공간은 우주의 무대이자 유연한 구조를 가진 4차원 연속체로 봅니다. 중력은 질량을 통해 시공간을 휘게 만드는 효과이지요. 중력파는 휘어진 시공간이 파동의 형태로 전파되는 현상으로 질량을 가진 천체들이 급격하게 가속되거나 충돌하면서 발생하게 됩니다.시공간은 파동이 발생하는 매질이자 구조이며 중력파는 시공간의 진동이 전파되는 파동으로 시공간을 수축-팽창시키느 ㄴ형태로 퍼지게 됩니다. 중력파는 2015년 9월 LIGO 관측소에서 ㅜ 블랙홀의 충돌로 생성된 중력파를 최초로 검출하여 아이슈타인의 이론을 실험적으로 입증하게 된것이지요.
Q. 암흑에너지가 시간에 따라 변화한다는 가설이 무슨 말인가요?
암흑에너지가 일정한 고정값이 아니라 시간에 따라 강도나 성질이 변하는 동적인 에너지일수도 있따는 의견으로서 암흑에너지를 우주상수라고 보지만 공간 전체에 균일하고 시간에 따라 변하지 않는 일정한 밀도를 가진에너지로서 우주의 팽창이 일정하게 가속되는 것이지요. 하지만 진공에너지문제나 관측 데이터의 미세 오차나 허블 상수등이 변하게 되는 과정을 통해 암흑에너지가 시간에 따라 진화할수도 있다고 보고 있으며 이를 과거와 현재를 비교하면서 확인하고 있습니다!
Q. 블랙홀 주변에서는 시공간이 어떻게 극단적으로 변하는건가요?
블랙홀은 단순히 강한 중력의 천체가 아니라 시공간 자체가 급격하게 왜곡되고 붕괴되는 극한의 공간으로서 중력의 영향으로 빛조차 빠져나올수 없는 천체이지요. 아이슈타인의 일반상대성이론에 의해 예측된 시공간의 특이한 해로서 중심에 특이점이라 불리오는 밀도와 곡률이 무한대인 지점이 존재한다고 알려져 있습니다. 사건의 지평선은 경계로서 빛조차 빠져나올수 없는 경계면으로 안쪽의 정보는 외부에 전달되지 안흔ㄴ 지점이지요. 경계 자체가 물리적인 장벽이 아니라 감지할수 없으며 불랙홀에 가까워질수록 공간자체가 점점 더 깊이 우물처럼 휘어지게 된답니다. 중력이 매우 강하기에 일반상대성이론에 의해 중력이 강하면서 시간이 더 느리게 흐르게 됩니다.
Q. GPS 위성이 정확한 위치 정보를 제공하기 위해 시공간 왜곡(시간 지연)을 보정해야 하는 이유는 무엇인가요?
GPS는 보편적으로 현재 우리가 사용하는 위치정보 시스템이지요. 지구 궤도를 도는 30여개의 위성들이 정확하게 사용자에게 정보들을 제공하는데 여러 위성들이 사용자의 신호를 동시에 수신하며 신호가 도달한 시간 차이를 이용하여 자기의 위치를 계산하고 나노초 단위의 시간 정확성을 가지고 진행을 하게 됩니다. GPS위성이 보내는 시간 정보가 정확해지기에 이를 중요하게 생각하며 시간은 절대적이지 않고 시공간의 왜곡이 발생하게 되는데 이는 특수상대성이론(빠르게 움직이면 시간이 느리게 흐르는 시간지연)과 일반상대성이론(중력이 약할수록 시간이 빠르게 흐른다)의 과정에 의해서 발생하게 됩니다. 이로 인하여 하루에 약 38마이크로 초의 시간 오차가 발생하기에 이를 그대로 두면 10km이상의 위치 오차를 발생시키게 된다고 합니다. 따라서 내부 시계를 통해 오차를 조정하게 되며 지상의 관제소와 주기적으로 동기화하며 실시간으로 오차를 ㅣ세하게 조정한다고 알려져 있습니다.
Q. 우주망원경의 대명사라할 수 있는 허블망원경과 제임스웹 망원경의 차이점은?
허블으주망원경의 경우 1990년 발사되어 지구 저궤도인 약 570km상공에서 자외선과 가시광선 근적외선을 이용하여 관측을 하고 있으며 2.4m의 주거울을 가지고 15년정도를 사용하려고 처음엔 만들어졌지만 지속적으로 연장운영중입니다. 제임스 웹 우주망원경은 2021년 발사되어 태양과 지구의 라그랑지에점 L2지점에(지구에서 150만km떨어진곳)서 적외선을 이용하여 촬영하고 있습니다. 주로 적외선을 이용하며 주거울이 6.5m정도 되며 극도로 추운지역에서 10년정도의 활용을 위해 쏘아졌지요. 허블의 경우 가시광이나 자외선관측에 특화되어 인간의 눈에 보이는 범위의 우주를 정밀하게 이미지화하여 빛나는 아름다운 천체들을 촬영하였지요. 제임스 웹 우주 망원경의 경우 적외선 관측에 최적화되어 먼 우주에서 오는 빛을 통해 우주 팽창으로 인한 적색편이를 관측하는 활동을 하여 초기 우주의 모습이나 별의 탄생, 외계행성의 대기 등을 관측하려고 하고 있습니다.