이형목 한국천문연구원장,한국도 ‘거대과학’으로 노벨상 타자

“천문학은 과학으로 가는 통로, ‘중력파 연구’ 등 공동연구 시작했으면”

머니투데이 더리더 임윤희 기자 2018.12.05 16:02 카카오톡 카카오스토리 네이버블로그 페이스북 트위터
▲이형목 한국천문연구원장

그레고리력에서 한 해의 마지막 달, 12월이 시작됐다. 우리가 사용하는 달력인 태양력의 근원은 고대 이집트에서 시작됐다. 이집트인이 시리우스(밤하늘 가장 밝게 빛나는 별)의 움직임과 나일강의 범람 등을 관찰하면서 태양력이 탄생했다. 이때 만들어진 태양력이 율리우스력에서 그레고리력으로 두 번에 걸쳐 개정되며 지금의 달력에 이르렀다. 달력은 천문의 연구와 관찰로 이뤄낸 과학의 산물이다.

천문을 관찰해 달력을 만드는 일은 한국천 문연구원 고유의 업무다. 새로운 은하계의 별을 발견하고, 우주의 위험을 감지하는 일도 하지만 가장 뿌리가 깊은 건 달력을 만드는 일이다. 

이형목 한국천문연구원장은 “천문학은 모든 사람을 위한 학문”이라고 말한다. 덧붙여 “세계의 노벨상 수상자들중 몇몇은 천문학을 통해 과학에 대한 관심이 커졌다”며 “천문학은 과학으로 가는 통로 역할을 한다”고 강조한다.

이 원장은 <더리더>와 인터뷰에서 ‘거대과학’이라는 것을 한국에서도 꼭 한번 해보고 싶다고 포부를 밝혔다. ‘거대과학’은 많은 인원과 조직, 예산이 들어가는 대규모의 연구로 원자력이나 우주 개발 등이 여기에 속한다. 일본에서 많이 진행하는 연구 방식으로, 일본이 많은 노벨상 수상자를 배출한 분야이기도 하다.
올 1월 취임한 이 원장을 만나기 위해 대전 유성구에 위치한 한국천문연구원을 찾았다. 도심에서 약간 벗어난 위치에 자리 잡은 연구원은 한적했다.

-취임한 지 1년이 되어간다. 어떻게 지냈나
▶올 1월 취임해 1년여간 바쁘게 지냈다. 그간 학교에만 있다가 연구소에 와서 연구자가 아닌 다른 역할을 하니까 정신이 없었다. 그렇지만 새로운 일을 배우는 보람도 느끼고 있다.

-처음이라 어려웠던 점은
▶취임한 지 얼마 안 돼 연구 과제별 2019년 예산을 정하는 일이 있었다. 내용을 자세히 모르는 상황에서 일단 총액만 과제별로 정했다. 그런 다음 책임자들과 어떻게 쓸 것인지를 이야기했는데, 부서별로 각각 다른 이유로 예산이 부족해서 난감한 적이 있었다. 이런 문제는 기관장의 연속성이 떨어져서 생기는 문제기도 하다. 우리 연구원 원장직은 작년 7월부터 공석이었다. 그래서 어느 누구 나서서 조정하기 애매한 입장이었다. 방치된 상태로 있었다. 그러다 1월에 취임했고, 정부에서 일정한 기한까지 액수를 정해서 제출하라고해서 일단 금액부터 정한 것이다. 실제로 어떻게 쓸 것인가에 대해서는 지금 논의하는 중이다.

-천문연구원의 핵심 연구 분야를 소개해달라
▶한국천문연구원의 기본임무 두 가지는 연구와 서비스이다. 천문학 연구와 더불어 천문 관련 대형 시설을 건설, 유지하고 천문학자들이 그것을 사용할 수 있게 하는 것이다. 이 부분에 예산을 가장 많이 투입한다.
최근에는 천문연구원이 우주 위험 감시 기관으로 지정되었다. 우주로부터 지구로 날아드는 것들의 위험 정도를 감시하는 일이다. 근접 소행성이나 혜성 등이 떨어지는 것을 막을 수는 없지만 언제 어디로 떨어질지 미리 예측해서 대비해야 한다.
우리 연구원은 국립천문대가 전신이고 국민천문대의 전신은 관상감(조선시대 천문· 지리·역수(曆數)·점산(占算)·측후(測候)· 각루 등에 관한 일을 담당하기 위해 설치했던 관서)이다. 관상감의 전신은 서운관(고려 말부터 조선 초까지 기상관측 등을 관장 하던 관서)이다. 왕립천문대는 역사가 천년이 넘는다. 왕립천문대가 존재한 가장 큰 이유는 역서(일 년 동안의 월과 일, 달의 운행, 월식과 일식, 특별한 기상 변동 따위를 날의 순서에 맞춰 따라 적은 책)를 만들기 위해서였다. 지금도 역서를 천문연구원에서 만들고 있다. 전체 일 중에서 작은 부분 이지만 뿌리와 역사를 보면 뿌리에 해당하는 중요한 일이다. 달력은 역서를 바탕으로 만든다.
최근에는 인공위성도 추적하고 있다. 미국만큼 수가 많지는 않지만 SLR(인공위성 레이저 추적시스템, Satellite Laser Ranging)을 만들어서 운영하고 있다. SLR 의 기능은 한국이 쏘아 올린 인공위성의 방향과 위치를 정확히 파악하는 것이다.

-최근 천문연구원의 큰 성과라면 어떤 것들이 있나
▶우주전파를 광대역 3개 주파수 채널 (18~26, 35~50, 85~116GHz)로 동시에 관측할 수 있는 초소형 우주전파 수신시스템을 세계 최초로 개발했다. 우주로부터 꾸준히 전해지는 미세한 전파를 분석하면 우주의 숨겨진 모습을 볼 수 있다. 가장 큰 특징은 세계 각 나라가 보유하고 있는 다양한 전파망원경에 손쉽게 설치해 전파천문 분야 연구에 곧바로 활용할 수 있다는 것이다. 크기는 가로 600mm, 세로 980mm 로 지난 4채널 동시 관측 우주전파 수신시 스템보다 크기가 무려 3배 이상 줄어들었다. 운용이 쉽고 제작 및 운용비용도 줄일 수 있다. 각 나라 전파망원경에 설치돼 한국 우주전파 관측망과 함께 관측에 활용된 다면 고감도, 고분해능으로 초미세 구조의 별과 은하에 대한 관측 연구가 가능해진다.
초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주전파 수신시스템을 활용한 독창적인 관측기법이 향후 국제 전파천문 관측기법의 표준으로 자리매김할 것으로 기대하고 있다.

또 하나의 성과는 국내에서 개발한 적외선 우주망원경인 다목적 적외선 영상관측시 스템(Multi-purpose InfraRed Imaging System, 이하 MIRIS)을 통해 얻은 우리 은하면의 수소방출선(파셴알파, Paschenα) 관측 자료를 분석해 숨겨진 별 생성 영역을 새롭게 찾은 것이다.
이온화된 수소에서 나오는 방출선 중의 하나인 파셴알파는 지구 대기에 흡수되기 쉬워 지상망원경이 아닌 인공위성을 활용한 우주망원경으로 관측해야 하는 어려움이 있다. 그래서 파셴알파의 관측 자료는 허블 우주망원경으로 얻어진 자료가 대부분이다. 하지만 허블우주망원경은 고해상도에 최적화된 망원경이어서 하늘의 넓은 부분을 차지하는 우리은하를 탐사하기에는 부적합하다. 이에 넓은 영역의 탐사 관측에 특화된 MIRIS를 개발해 2013년 11월 과학 기술위성 3호에 실어 발사한 후, 약 1년의 관측 운용을 통해 우리은하면 전체에 대한 파셴알파 관측 자료를 세계 최초로 획득하게 됐다. 이번에 발표한 연구 결과는 우리 은하면 관측 자료 중에서 세페우스 영역에 대한 자료를 정밀 분석한 결과이다.

-4차 산업혁명 시대에 AI를 적용한 천문학 연구가 있다면
▶AI의 기능이라면 어떤 사람이 하려는 판단을 컴퓨터가 하는 것이라 할 수 있다. 천문 학에서는 매우 필요한 기능이다. 예를 들어 은하를 관측할 때는 전체 모양이 타원인지, 나선인지를 분류하는 작업이 필요하다.
가지고 있는 망원경 중에 KMTNet(Korea Microlensing Telescope Network)은 우리 은하 중심부의 항성들을 24시간 관측하여 외계행성에 의해 미시중력렌즈 현상을 관측, 외계행성의 존재를 관측하는 시스템이 다. 직경 1.6m의 주경을 장착한 광시야망 원경을 남반구의 칠레 세로 토롤로 범미주 천문대(CTIO), 남아프리카공화국의 남아프리카 천문대(SAAO), 호주의 사이딩 스프링 천문대(SSO)의 총 3개 국가 관측소에 2014년 11월 설치 완료했다.
이를 통해 천체에서 일어나는 현상을 관측 한다. 천체는 정적인 모습과 역동적인 모습을 다 가지고 있다. 태양 표면도 역동적인 모습이 있다. 별의 밝기가 변하는 것으로 역동성을 본다. 한번 사진을 찍으면 수백만 개의 별이 보인다. 하루 수십장을 찍는데 이 중에 변하는 천체가 있는지를 찾는 작업을 한다. 이 양상을 다 분석하는데 사람이 하려면 눈이 빠진다. AI를 사용하진 않지만 앞으로는 그런 분야에 사용하는 게 바람직하다.

변광천체가 별에 대해 알려주는 정보가 너무 많다. 사람도 사진 찍는 것과 동영상 보는 것이 다르듯 변광천체는 찍을 때마다 변해서 내부적 물리현상, 외부적 현상으로 구조를 알아내는 데 도움이 된다.
눈으로 보는 단계는 지났고 컴퓨터를 이용 하는데 컴퓨터는 a아니면 b라는 식의 판단만 한다. AI 는 다양한 판단이 가능할 것으로 본다. 우리가 몰랐던 현상을 찾아내는데 큰 도움이 될 것이다.
▲이형목 한국천문연구원장

-천문 연구 데이터를 개방해 공유하겠다고 밝혔다. 어떤 것을 기대하나
▶외국에서는 시티즌 사이언스(citizen science, 시민 참여형 과학)가 늘어나는 추세다. 데이터가 많은 분야에서 활발히 적용 되고 있다. 천문학에서 광범위하게 적용하는데, 은하를 분류하는 부분에서는 육안으로 하는 게 정확하다고 생각하고 있다. 미리 잘 분류된 섹터를 주고 트레이닝을 시킨후 테스트를 거쳐 분류할 수 있다. 효과가 매우 크다.
과거에는 과학자와 비과학자를 이분법적으로 생각했다. 일반인에게 과학 상식을 알려주는 것을 계몽의 개념으로 접근했다. 그런데 요즘은 일반인이 교육 수준도 높고, 첨단 연구 데이터에 기여한다는 데 대해 높은 성취감을 느낀다. 전파 천문학 데이터 중 일부를 다운로드하여 새로운 변광현상을 찾고 새로운 연구 결과에 포함시키는 등 다양한 방법이 있을 것이다.
당장 성과가 나는 것은 아니지만 국민의 과학적 마인드를 키우고 과학자와 일반인 간의 벽을 허무는 데 기여하고 싶다.

-한국 중력파 연구협력단을 이끌고 있다. 2017년 라이고 연구진이 노벨물리학상을 받을 당시 국제 연구진으로 참여하기도 했는데 최근에는 어떤 활동을 하고 있나

▶중력파(천체의 중력붕괴나 중성자성끼리의 쌍성 합체, 초신성폭발과 같은 우주현상 으로 발생하는 것으로 추정되는 시공간의 일그러짐이 광속으로 파도처럼 전달되는 것을 말한다) 프로젝트의 라이고 연구진은 1,2차 관측을 끝냈고 3차 관측을 내년 1월 시작할 것이다.
그중 일부 분석을 맡을 것이다. 1,2차를 합해서 7개 정도의 중력파가 관측됐는데 감도가 높아진 3차에는 20~30개 더 관측하지 않을까 기대하고 있다. 한 달에 2~3개 관측도 가능하다는 이야기 다. 개수가 적으면 통합적인 성질을 이야기하기 어려운데 개수가 많아지면 블랙홀은 왜 충돌하는지 등 이론에 대해 서로 비교해 어떤 것이 맞는지 알 수 있다. 또 다른 종류의 천체를 관측하는 일이 가능하다.
중성자별 충돌이 그간 딱 한 번 관측됐는데 충돌하면 감마선, 가시광선과 적외선을 망원경으로 관측할 수 있었다. 이를 통해 많은 사실을 확인할 수 있었다. 중성자 별이또 터질 때를 대비해 망원경을 들이대고 관측할 준비를 하고 있다.

-현재 우리나라의 천문학 연구는 선진국에 비해 어느 정도 수준인가

▶우리의 고천문 역사는 길지만 현대 천문학 역사는 짧다. 학자 수도 적다. 독일, 영국 대비 3분의 1수준이다. 또 선진국에는 오랫동안 누적된 수준 높은 천문학자가 많다.
논문 수는 비슷하지만 수준이 더 높다. 그렇다고 비관할 정도는 아니다.
선진국과 격차를 줄이는 것을 목표로 해야 한다. 10년 전 우리와 지금 우리를 비교해 보면 상상하지 못할 정도로 발전했다. 생각하는 것보다 더 빠르게 격차를 좁혀갈 수 있을지도 모른다.

-선조들도 첨성대나 측우기를 개발하는 등 천문학적으로 앞서가지 않았나
▶어느 나라든 과학이 융성한 시기가 있었다. 우리나라는 1400년대 세종대왕 시기인데 거의 세계 최고 수준이었다. 이 부분은 외국 학자들도 반박하지 않는다. 이때는 서양도 르네상스 이전이었고 수준도 낮았다.
1600년대 케플러의 망원경을 현대 천문학 도입의 전환점으로 본다. 세종은 국제적인 마인드를 가져서 그 당시 앞서갔던 것이라고 본다.
고려가 멸망하고 조선이 개국할 무렵에 중국은 원나라에서 명으로 넘어가는 시기였다. 땅이 넓어서 서역인이 많이 들어와 있었고 그들의 기술이 함께 넘어왔다. 계산 방법이나 관측 기술은 오히려 중국에서는 명나라가 들어오면서 관심이 적어졌고, 조선에서 지식을 받아들이면서 굉장히 융성 했던 시기다. 지금도 배워야 할 것이 네 것 내 것 따지지 말고 받아들이면 내 것이 된다는 것을 알아야 한다. 적극적으로 받아들일 준비가 되어 있는지가 중요하다.

-천문학자가 된 계기가 궁금하다
▶시골에서 자랐는데 그땐 전기가 없었다. 밤에 나가보면 늘 별이 보였다. 별을 보며 누워 있는데 중고생 형들이 “저 별이 3천 광년 떨어져 있대” 이런 소리를 하더라. 굉장히 인상적이었다. 3천 광년이 얼마나 먼 거리인지 그걸 백과사전을 보고 어떻게 알 수 있는지가 신기했다. 그러다 자연스럽게 진로를 결정했다.

-연구자로서 기억에 남는 순간은
▶서울대에 가면서 제일 먼저 한 게 우주망원경 개발이었다. 그 연구는 과거에 한 것과 전혀 다른 일이었다. 늦었지만 시작해야겠다고 한 일이 혼자가 아니라 여러 사람과 함께 해서 성공했던 게 기억난다. 중력파도 역시 중요한 현상이지만 한국에서 하는 사람이 없었다. 몇몇 분이 와서 같이 일하기 시작했고 10년 하다 보니 성과가 나왔다.
큰 별을 발견하는 일보다 공동 작업을 통해 결과를 만들어낼 때가 가장 보람이 크다.

-임기 내 꼭 이루고자 하는 연구는

▶개인적으로 중력파의 기반을 다지고 싶다. 검출기를 만드는 것까진 아니어도 요소 기술이라도 세계 연구진에 우리 기술이 포함될 수 있는 수준까지 갈 수 있으면 좋겠다.
상당히 어렵겠지만 재원과 인력을 활용해서 시작해보려고 한다. 기관장으로서 욕심은 ‘거대과학’이라는 것을 한국에서도 한번 해보자는 생각이다. 연구소보다 더 큰 규모의 프로젝트를 해보는 것을 거대과학이라고 하는데 ‘중력파 연구’ 가 그 예다.
중력파나 중성미자(전기적으로 중성이며 질량이 0에 가까운, 경입자족에 속하는 소립자)를 연구하는 과학자들이 모여서 하나의 목표를 향해 가는 연구를 시작할 수 있으면 좋겠다. 일본은 그런 거대과학을 많이하기 때문에 노벨상 수상자가 많이 나온다.

-마지막으로 국민들께 한 말씀
▶천문학은 모든 사람을 위한 학문이다. 자녀 들이 천문학을 좋아하면 걱정할 필요가 없다. 세계의 노벨상 수상자들은 천문학을 통해 과학에 관심을 가졌다는 말을 많이 한다. 천문학은 과학으로 가는 통로이다. 생각의 틀을 넓혀준다. 과학활동은 두뇌활동이다.

◇Fun talk
Q. “ 외계인은 정말 있을까요?”
A. 지금까지 UFO를 목격했다는 사람들이 말하는 움직임은 자연운동법칙에 대부분 어긋납니다. 직선운동을 하다 갑자기 돌아가는 것은 만화에서나 가능한 일이지요.
그런 현상은 대부분 착시현상으로 설명이 가능합니다. 그렇지만 외계인은 ‘있다, 없다’를 단정적으로 이야기하는 건 어려워요. 다만 확률이 굉장히 낮을 것입니다. 만약 외계인이 존재한다고 해도 만나서 악수를 하는 일은 거의 불가능에 가까워요.
우주가 너무나 커서 우리가 알고 있는 법칙에 의하면 이동 시간이 너무 많이 걸리기 때문이지요. 그런 것을 해결하는 방법으로 조금 더 상상력을 발휘한 <인터스텔라> 같은 영화도 나왔습니다. 외계인이 있다거나 만나는 일은 결론적으로 불가능하지는 않을 것입니다.

PROFILE
이형목 한국천문연구원장
● 서울대학교 천문학 학사, 석사
● 프린스턴대학교 대학원 천문학 박사
● 부산대학교 교수
● 서울대학교 물리천문학부 천문학전공 교수
● 한국 중력파 연구 협력단 단장
● 한국천문연구원 원장

▶본 기사는 입법국정전문지 더리더(the Leader) 12월호에 실린기사입니다.
yunis@mt.co.kr

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