자동차 한 대가 상향등을 켜고 다가오고 있습니다. 그 자동차의 헤드라이트에 비치는 먼지 알갱이 하나를 건져내는 것이 상상이 되나요?
올리비에 귀용(Olivier Guyon)과 다미엔 그라타도르(Damien Gratadour)는 이와 비슷한 도전을 하고 있습니다. 우리가 머무는 태양계 밖에서 별 주위를 돌고 있는 행성, 즉 빛나는 별빛 옆에서 태양계 외 행성이 내뿜는 희미한 빛을 찾고 있는 거죠.
귀용은 일본의 스바루(Subaru) 망원경 장비 개발자이자 애리조나 대학교(University of Arizona)의 천문학자이며, 그라타도르는 파리 천문대(de Paris)의 조교수 겸 호주국립대(Australian National University)의 기계공학자랍니다. 두 사람은 AI 팟캐스트 진행자 노아 크래비츠(Noah Kravitz)와의 인터뷰에서 초대형 망원경의 GPU 기반 초 적응광학 장치를 통해 생명이 서식할 수 있는 지구 주변 행성을 시각적으로 표현할 수 있는 방법에 대해 이야기했습니다.
귀용 박사는 태양계 외 행성의 발견이 어려운 이유로 “행성이 발산하는 빛이 그 행성 궤도에 있는 별이 발산하는 빛보다 수백만 배 혹은 수십억 배나 더 희미하기 때문”이라고 말했습니다.
또 다른 이유는 지구의 대기 때문이죠. 귀용 박사와 그라타도르 박사가 사용하는 망원경들은 지상에 설치되어 있습니다. 그러다 보니 이 망원경을 통해 보는 이미지들은 대개 난류를 경험합니다. 그라타도르 박사는 이 현상을 “이 여름에 뜨거운 도로를 바라볼 때 보이는 모습과 흡사하죠”라고 설명했습니다.
GPU로 가속화되는 적응 광학 알고리즘은 고성능 연산 기능을 활용해 이러한 난류 현상을 바로잡을 수 있으며, 실시간으로 이미지를 선명하게 조정할 수 있습니다. 이러한 보정 작업은 망원경의 초점 뒤에 있는 변형 가능한 거울이 1,000분의 1초마다 조정되는 ‘보상'(compensation)이라는 기계적인 과정을 통해 일어납니다. 그 결과로 거의 완벽한 이미지를 얻을 수 있죠
천문학자들은 이 이미지를 이용해 별이 발산하는 빛과 그 주변을 돌고 있는 태양계 외 행성의 희미한 빛을 구별해 냅니다. 이 과정을 통해 태양계 외 행성에서 나오는 스펙트럼 (빛의 성분을 파장의 순서로 나열한 그래프)이 만들어지죠. 귀용 박사는 스펙트럼을 통해 해당 행성을 구성하는 성분들을 확인할 수 있으며, “물, 메탄, 심지어 식물의 존재 여부”도 확인할 수 있다고 말했습니다.
귀용 박사가 일본에서 스바루(Subaru) 망원경으로 작업하고 있는 동안, 여러 대형 망원경에서도 같은 작업들이 진행되고 있습니다. 귀용 박사는 “현재 여러 팀들이 나란히 경쟁하는 중입니다. 우리는 행성들이 태양계 바깥에 분명히 존재한다는 것을 알고 있으며, 하루라도 빨리 행성들을 시각적으로 표현 할 수 있길 바라죠”라고 말했습니다.
한편, 그라타도르 박사는 2025년에 사용이 가능할 차세대 망원경을 연구하고 있는 중입니다. 오늘날 사용되고 있는 초대형 망원경들의 길이는 8-10미터 정도입니다. 차세대 망원경들의 크기는 4-5배 늘어나며, 앞선 모델들에 비해 25배 강력한 연산 능력을 보여줄 것으로 예상됩니다.
온대성의 태양계 외 행성에는 외계 생명체의 존재 가능성도 있습니다. 외계인의 존재 가능성에 대한 질문에 귀용 박사와 그라타도르 박사는 지구 외부에 분명히 생명체가 살고 있을 것이라고 입을 모았죠. 귀용박사는 “얼마나 많은 외계 생명체 가 있을까? 또, 그 생명체가 박테리아이든 아주 단순한 형태의 생물체이든 인간처럼 좀 더 복잡한 형태의 생명으로 얼마나 빈번하게 진화하고 있는가? 그렇다면 외계 생명체란 결국 어떤 존재인가?” 과 같은 더 심층적인 질문들을 생각해보라고 조언했답니다.
귀용과 그라타도르 박사 같은 과학자들이 하고 있는 일들을 더 궁금하다면 스바루와 제미니(Gemini) 등의 대형 망원경 웹사이트를 참고해보세요.
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참고 이미지 출처: NASA/JPL-Caltech