전파 및 레이더 천문학

1932년 미국의 전파공학자 K. G. 잰스키는 대양횡단 전화설비에서 일어나는 전파교란을 조사하면서 우주에서 정적인 전파원을 발견했다.

그는 이 전파원의 원인을 성간공간(星間空間)에서 전자와 이온(전하)을 띤 원자의 상호작용 때문인 것으로 보았으며, 그 위치는 우리은하 중심방향에 있다고 생각했다. 1930, 1940년대 미국의 아마추어 천문학자 그로트 레버는 은하면 전체에서 고주파 복사선이 방출되며 은하의 중심부인 백조자리 방향에서 오는 복사 다음으로 강하다는 것을 발견했다.

1940년 이후 커다란 안테나(거대한 접시형 반사면), 개량수신기, 자료처리법, 전파간섭계(電波干涉計：신호를 서로 간섭 또는 증강시켜 정보를 얻는 장치) 등의 이용을 통해 천문학자들은 희미한 전파원을 더 자세히 관측하여 연구할 수 있었다.

전파는 행성대기의 구름뿐만 아니라 우주공간의 가스와 티끌을 대부분 통과한다.

따라서 전파천문학자들은 작은 입자들로 된 구름 뒤에 있는 우리은하 중심부의 모습을 광학관측의 경우보다 훨씬 선명하게 얻을 수 있다. 우리은하의 나선 팔에 분포한 차가운 중성수소원자의 성간구름에서 생성되는 21㎝ 파장의 전파신호를 측정하여 우리은하의 구조를 더 잘 이해할 수 있게 되었다. 또한 전파천문학자들은 준항성체(엄청난 양의 전파 에너지를 방출하는 먼 은하계)와 펄서(주기적으로 전파 펄스를 방출하는 중성자별) 등과 같은 알려지지 않았던 여러 가지 천체를 발견했다.

최근에는 초장기선 간섭계를 이용한 고분해능관측으로 이러한 천체나 이와 관계된 천체들을 연구하고 있는데, 이 방법은 서로 수㎞ 떨어져 있는 다중접시형간섭계로 우주전파원을 동시에 관측하는 것이다.

유성의 비적, 달, 가까운 행성 등과 같이 비교적 지구에 가까운 곳으로 전파신호를 보내면 그 반사파를 측정할 수 있다. 이렇게 반사된 전파신호를 이용하여 연구하는 것이 레이더 천문학의 기초를 이루고 있다. 대체로 관측할 자연현상이 일어나기를 기다려야만 하는 대부분의 다른 천문학 측정방법과는 달리, 이것은 천문학자가 적극적으로 실험할 수 있는 몇 가지 방법 중 하나이다.

1946년 헝가리와 미국의 천문학자들은 달에 반사된 레이더 신호를 처음으로 검출했다. 1940년대 이후 레이더는 유성 연구에 이용되었다. 유성은 상층대기에서 그 뒤쪽으로 이온화된 가스 기둥을 남기는데, 레이더 신호가 이곳에서 반사된다. 낮에는 광학적으로 관측할 수 없는 몇몇 유성의 흐름을 레이더 관측을 통해 밝혀냈다.

1958년 미국의 천문학자들은 처음으로 금성의 레이더 반사파를 수신했다.

행성의 레이더 반사를 이용하면 행성까지의 거리를 정확하게 계산할 수 있으며, 이것으로부터 태양계 내의 다른 천체까지의 거리를 계산할 수 있다. 레이더 공학을 이용하면 짙은 구름으로 둘러싸인 금성의 표면에 있는 계곡과 거대한 산맥을 볼 수 있다. 금성과 수성의 자전주기를 정확하게 알아낼 수 있는 결정적인 자료 또한 레이더를 통해서이다.

달에 착륙하기 전에 달에 대한 전파·레이더 연구를 통해 달의 표면이 모래와 같은 성질을 띠고 있음을 밝혀냈다.

또한 전파관측은 태양에 대한 여러 가지 사실들을 알아내는 데 크게 공헌했다. 수신기의 주파수를 더 높은 곳에 맞출수록 태양의 바깥층으로부터 차츰 더 깊은 곳에서 나오는 복사를 측정할 수 있으므로 태양을 깊이에 따라 연구할 수 있다. 태양의 플레어와 흑점은 강한 전파원이다.