세계에서 가장 큰 태양 망원경이 있는 빅베어 천문대 : IV. 고속영상 태양분광기 (Fast Imaging Solar Spectrograph)

안녕하세요.

아주 오랫동안 쉬었던 빅베어 천문대 시리즈를 다시 하도록 하겠습니다.

https://steemit.com/kr/@sunwatcher/4sw9rr
https://steemit.com/kr/@sunwatcher/tprbe-ii
https://steemit.com/kr/@sunwatcher/iii

망원경으로부터 모아진 빛은 아래 층에 있는 쿠데 룸이라는 곳이라는 곳으로 전달됩니다. 여기서 적응광학계 (adaptive optics)를 통해 대기의 산란효과를 줄이고 나면 이제 각 카메라 시스템으로 빛이 배분되는 것이죠. 이러한 카메라 시스템이 약 5-6가지가 존재하는 가운데 오늘 소개할 기기는 태양의 분광을 책임질 고속영상 태양분광기 (Fast Imaging Solar Spectrograph) 입니다.

http://fiss.snu.ac.kr/instruments_01.php

고속영상 태양분광기, 줄여서 FISS 라고 부르는 분광 시스템은 쿠데룸 내 수직으로 세워진 오른쪽 광학 테이블에 있습니다. 사진에서 왼쪽 테이블은 적응광학계와 빛 전달, 배분을 위해 사용되는 곳입니다.

위 그림은 FISS의 광학설계를 보여줍니다. 노란 실선을 따라 입사한 태양의 빛이 collimator라는 포물면 거울에 반사되어 평행한 빛이 되고, 이것이 grating이라는 회절격자에 도달하면 빛의 파장에 따라 반사되는 각도가 달라집니다. 거울형태의 프리즘이라고 보시면 되겠습니다. 이렇게 파장이 분리된 빛은 다시 같은 포물면 거울에 도달한 뒤 빛이 점점 수렴하면서 두 대의 카메라에 각각 영상이 맻히게 됩니다. 이렇게 하면 각각의 카메라가 태양의 서로 다른 파장에 대한 이미지를 동시에 얻을 수가 있죠.

태양의 특정 파장영역의 분광 데이터를 얻으면 이를 통해 태양 대기에 존재하는 특정 물질의 밀도, 온도, 속도 분포등을 알 수 있어 과학연구에 아주 유용하게 사용됩니다.

http://fiss.snu.ac.kr/data_gallery_list.php

위의 여러가지 선형의 프로파일을 보시면 특정 파장 영역 내의 밝기 변화를 볼 수 있습니다. 가장 밝기가 낮은 곳이 특정 분광선의 코어가 되고 그 밖으로 점점 밝기가 커지는 영역은 윙 (wing), 그리고 분광선의 영향을 완전히 벗어나 밝기가 가장 높은 평탄한 영역을 continuum 이라고 합니다.

특히 필드 스캐너 (field scanner)라는 두개의 거울이 마주보고 있는 구조가 분광기 시스템 입구에 있는데 이것은 모터에 의해 시시각각 위치를 변경할 수 있습니다. 이렇게 스캐너를 움직이면서 순차적으로 영상을 찍으면 태양의 2차원 표면의 분광 데이터를 만들 수 있습니다. 그래서 다음과 같은 같은 파장 영역내의 여러 세밀한 파장의 변화에 따른 영상의 차이를 볼 수 있습니다.

빅베어 태양 망원경의 개발에는 한국 천문학계의 지분도 일부 있습니다. 망원경 개발 프로젝트에 일부 펀드를 제공했구요, 그와 더불어 한국의 태양 천문학 커뮤니티는 직접 기기 개발에 참여하기로 했는데, 바로 이 FISS가 온전히 한국의 기술과 자본으로 만들어진 사례라는 점에서 매우 의미가 크다고 할 수 있습니다. 저의 박사학위 주제이기도 합니다.

기기개발 치고는 비교적 적은 예산을 들여 개발한 기기이지만, 개발과정에서의 노하우 습득과 이후의 연구 성과는 결코 의미가 적지 않습니다. 이 기기를 활용하여 나온 논문만 약 30건 되는 것 같네요.

기기 옆에 붙여진 작은 표식 (plaque)