적외선천문학

요약 천체가 방출하는 적외선 복사를 관측하여 각종 천체의 제반 특성을 연구하는 천문학의 한 분야로 반도체를 이용한 고감도 적외선검출기가 1960년대에 개발되었으므로, 적외선을 통한 천체의 연구는 최근에 와서야 활발하게 되었다.

지구대기에 있는 수증기와 탄산가스 분자가 외계에서 오는 적외선을 흡수하기 때문에, 천체의 적외선 복사는 대기를 통과하고 난 다음에 그 세기가 매우 약하게 된다. 따라서 적외선으로 천체를 관측하는 데에는 고감도(高感度) 적외선 검출기의 개발이 선결문제였다. 반도체를 이용한 고감도 적외선검출기가 1960년대에 개발되었으므로, 적외선을 통한 천체의 연구는 아주 최근에 와서야 활발하게 되었다.

지상망원경에만 의존하던 초창기에는 수증기와 탄산가스의 흡수가 비교적 적은 1μm에서 20μm에 이르는 중간적외선대역(赤外線帶域) 중에서도 제한된 몇 구간에서만 관측이 가능하였다. 그러나 현재에는 비행기·풍선·로켓 등을 이용하고, 적외선관측 전용의 우주선이 지구대기 밖에서 1μm에서 수백 μm에 이르는 적외선의 전 파장대역(波長帶域)에서 정확하고도 세밀한 관측을 수행하고 있다.

별과 별 사이의 공간에는 크기가 가시광선(可視光線) 파장에 좀 못 미치는 고체입자가 존재한다. 성간티끌이라고 불리는 이 고체입자들은 가시광선을 아주 잘 산란시키고 흡수하기 때문에 별빛의 가시광선 밝기는 성간소광(星間消光)의 영향을 아주 심하게 받게 된다. 그러나 적외선은 성간티끌 크기에 비하여 그 파장이 매우 길기 때문에 성간소광의 제약을 거의 받지 않는 장점을 지니고 있다. 따라서 가시광선만으로는 연구가 거의 불가능했던 우리 은하의 중심핵이 가지는 모습도 적외선을 퉁하여 구체적으로 드러나기 시작하였다.

한편, 성간티끌은 가시광선에서 흡수한 빛에너지를 자신의 내부 열에너지로 변환시킨 다음 이를 다시 적외선으로 방출한다. 암흑성간운(暗黑星間雲)에 있는 성간티끌에 의한 가시광선의 흡수 때문에, 그 내부에 박혀 있는 원시성(原始星)은 가시광선으로는 전혀 관측할 수 없었으나, 원시성에 의하여 가열된 성간티끌들이 적외선복사를 방출하게 됨으로써, 적외선관측은 항성 생성 초기단계에 대한 중요한 정보를 제공하고 있다.

1983년 유럽과 미국 천문학계가 공동으로 발사한 적외선천문위성(infrared astronomical satellite)은 검출기를 냉각시키는 데 필요한 액체헬륨이 소진되어 활동기간이 11개월에 그쳤으나, 이 짧은 기간에 적외선 광도가 유난히 밝은 적외선은하를 발견하였고, 항성간 구름의 새로운 모습을 밝혀 주었고, 여러 개의 혜성(彗星)을 찾아냈으며, 태양계 내부에 존재하는 행성간티끌의 분포양상을 새롭게 보여 주었다.

그러나 무엇보다도 두드러진 업적은 태양계 밖의 행성계(行星系)의 존재 가능성을 우리에게 실증해 주었다는 사실이다. 1991년에는 적외선 관측 전용의 차기 위성으로 우주배경복사탐사선 COBE(cosmic background explorer)이 미국항공우주국에 의해 발사되었다. 또한 광범위에 걸친 적외선 천문연구를 수행할 인공위성 시설로 우주적외선 망원경시설이라고 불리는 SIRTF(space infrared telescope facility)도 우주왕복선을 이용하여 발사하였다.