이 레이저들은 차세대 적응광학 (Adaptive Optics), 즉, 대기의 요동(즉 바람)에 의한 별빛의 흐트러짐을 보정하여 별빛이 한곳에 집중하도록 함으로써, 대기밖의 우주에서 찍은 듯한 선명한 천체상을 얻기 위한 장치의 핵심장치입니다.  이 시스템을 레이저참조별을 이용한 적응광학(Laser Guider Star Adaptive Optics: LGSAO) 이라고 부르고, 레이저는 창공 약 50-100km에 존재하는 중간권의 상층부 (90-100 km)에 인공별(점광원)을 만들기위한 것입니다. 지구대기권의 하나인 중간권의 상층부에는 나트륨(Na)원자층이 존재하는 데, 이 나트륨원자들을 자극하여 빛을 발하도록 하는 것이지요. 그러기위해서 589nm의 나트륨광선을 레이저로 쏘아올리는 것입니다. 사진을 보시면 레이저 광선들이 노란색에서 오렌지색으로 보이실 텐데, 그 이유가 바로 가시광의 약간 붉은 색으로 치우친 589nm의 색이기 때문이죠. 적응광학은 근적외선파장영역(1마이크론-10마이크론)에서 최적화되어있고, 근적외선에서 관측을 하게 되므로 이 레이저 광선은 관측엔 지장을 주지 않습니다. 레이저참조성을 만드는 위치에 다른 천문대에서 가시광파장영역의 관측이 예정되어 있으면 할 수 없기 때문에 미리 마우나케아천문대연합내에서 그 여부를 허가 받는 절차가 필요하지요.

  적응광학에 대해서는  이전 하와이오신 백북스팀원들은 공부하셨지요?  별빛이 바람에 스치면 바람을 타고 흔들려서 반짝거리게 되지요. 바람이란 대기의 밀도변화를 이야기하고, 밀도변화가 일어나면 굴절률이 변하게 되어서, 별빛이 여기저기로 굽어지게 됩니다. 그래서 눈에 들어오다 안오다 하니까 반짝거리는 것처럼 보이게 됩니다. 관측에서는 별상이 이지러지거나 퍼지는 효과로 나타나게 됩니다. 이때 별상의 반치폭(Full-width half maximum)을 정량적인 시상(seeing)으로 정의하고 있습니다. 사진속에서 밝은 별은 크고, 어두운 별은 작게 보이지만, 모든 별의 반치폭은 거의 같습니다. 육안으로는 얼마나 별빛이 반짝거리느냐에 따라서 시상을 정의하고 있지요. 흐트러지는 별빛을 실시간으로 변형가능한 거울을 이용하여 한 곳에 모음으로해서, 광학적으로 얻을 수 있는 가장 작은 회절한계에 이르는 상을 얻을 수 있습니다. 망원경이 크면 클수롤 이 회절한계는 작아지고, 더욱 더 자세하게 들여다 보는 것이 가능해 집니다. 이렇게 대기의 유동을 보정하기 위해서는 밝은 별이 필요한 데 이걸 자연참조성(Natural Guide Star)이라고 합니다.  이것과 대비해서 인공적으로 레이저로 만든 점광원을  레이저참조성(Laser Guide Star)이라고 하죠.  제 1 세대인 자연참조성을 쓰는 적응광학계의 경우, 밝은 자연참조성이 약 30"이내에 존재해야한다는 제약이 있어,  적용할 수 있는 관측대상에 상당한 제한이 생기며,  거의 모든 외부은하들에 대해서는  가까운 곳에 밝은 별이 없는 경우가 많으므로 대기보정을 할 수가 없었습니다. 이러한 제약을 넘어서기 위해서 고안된 것이  대상천체 근처에 인공적인 레이저별을 만들자는 아이디어입니다.  이렇게 함으로해서, 아주 어두운 우주의 끝에 있는 외부은하들을 더욱 자세하고 보다 더 멀리 볼 수 있게 하고, 가까운 별탄생영역에서는 자연참조성과 함께 레이저참조성을 씀으로해서 더욱 더 섬세하고 안정적인 대기보정이 가능하게 되어서, 몇 천문단위(AU: 태양과 지구사이의 거리) 이내의 구조를 밝혀내고,  더욱 더 많은 외계행성계를 발견하기위한 가능성을 최대로 높일 수 있습니다. 

첨부해서, 수바루LGSAO팀에서 홍보용으로 짤막한 영상을 최근 공개했습니다. 레이저를 쏘아 올리는 실험관측장면을 담은 영상인데, 이전 백북스방문팀원중에서 몇 분이 관측하는 모습, 특히 실험관측하는 장면을 보고 싶다고 하신 분들이 생각나서 링크를 붙입니다. 영상에 일본말로 설명이 나오는 데, 거북하신 분들은 볼륨을 끄시거나 줄이시고 보셔도 무방하실 것 같습니다.

 수바루레이저적응광학실험관측영상 http://www.zero-co.com/sample/lgsao.html