전파간섭계법 (Radio Interferometry)
쉽게 풀면
여러 개의 전파망원경을 함께 사용해서 하나의 큰 망원경처럼 더 세밀하게 관측하는 방법이다.
왜 중요한가
전파간섭계는 여러 안테나의 신호를 결합해 안테나 사이 거리에 해당하는 분해능을 얻는 기법으로, 개구합성과 함께 VLA·ALMA·EHT의 모든 영상을 만듭니다. 초장기선 간섭계는 대륙 간 안테나로 마이크로초각 분해능에 이르러 퀘이사 제트의 운동과 은하 중심 블랙홀의 그림자를 분해했고, 우주측지에서는 지구 자전과 판 운동을 밀리미터 단위로 잽니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
라일과 휴이시는 여러 개의 작은 안테나를 결합하여 큰 단일 망원경과 동등한 분해능을 얻을 수 있는 개구합성 기법의 이론적 기초를 확립했다.
간섭계 기법이 단일 망원경보다 높은 각분해능을 제공함을 보인 사례다.
조금 더 깊게 보면
간섭계는 하늘의 푸리에 성분을 안테나 쌍마다 하나씩 재는 것이라 안테나 배치가 성기면 큰 구조를 놓치고, 영상 복원에는 빈 성분을 채우는 가정이 들어갑니다. 위상 안정성을 위해 대기 요동을 보정해야 하며, 밀리미터파에서는 수증기가 주된 제약이라 건조한 고지대가 부지 조건입니다. 감도는 여전히 안테나 총면적에 비례하므로, 소수의 큰 안테나와 다수의 작은 안테나는 분해능과 감도에서 다른 절충을 갖습니다. 안테나 쌍 사이의 기선 길이와 방향이 하늘의 특정 공간 주파수 성분 하나를 재는 것에 대응하므로, 지구 자전을 이용해 몇 시간에 걸쳐 관측하면 같은 배열로도 더 많은 공간 주파수를 채울 수 있다(자전합성). 관측 자료를 영상으로 복원할 때 쓰는 클린 알고리즘은 하늘에 점광원들이 흩어져 있다는 가정에 기반하므로, 실제로 넓게 퍼진 복잡한 구조에는 다른 복원 기법(최대 엔트로피법 등)이 더 적합할 수 있다.
주의할 점
간섭계로 얻은 영상은 원시 신호를 그대로 보여주는 것이 아니라 복잡한 역푸리에 변환과 클린(CLEAN) 알고리즘 등의 신호처리를 거쳐 복원된 결과라는 점에 유의해야 한다. 안테나 개수가 적을수록 채워지지 않은 공간 주파수가 많아 영상에 인공적인 얼룩이 남으며, 이를 줄이는 것이 배열 설계와 관측 시간 배분의 핵심 고려사항이다.