🔭 전파망원경은 어떤 주파수를 볼까?

전파망원경은 전자기파 가족 중에서도 라디오파~마이크로파 영역, 대략 수십 MHz ~ 수백 GHz 대역을 주로 관측합니다. 이 구간은 지구 대기를 비교적 잘 통과하기 때문에 "전파 창(Radio Window)"이라고 부릅니다. 이보다 주파수가 낮으면(파장이 길면) 지구 대기 상층의 전리층에 반사되어 우주에서 온 신호가 지표까지 내려오지 못하고, 반대로 이보다 훨씬 주파수가 높은 적외선・자외선・엑스선 영역은 대기 중의 수증기・산소・오존 분자에 대부분 흡수되어 버립니다. (다만 가시광선은 예외적으로 대기를 잘 통과해, 눈과 광학 망원경으로 우주를 볼 수 있는 것입니다.)

한국우주전파관측망(KVN)은 이 전파 창 중에서도 22GHz, 43GHz, 86GHz, 129GHz라는 비교적 높은 주파수(파장 몇 mm ~ 1cm 안팎의 밀리미터파)를 동시에 관측합니다. 주파수가 높을수록(파장이 짧을수록) 같은 크기의 안테나로도 더 또렷한 상(높은 각분해능)을 얻을 수 있기 때문입니다. 한국우주전파관측망 KVN 편에서 더 자세히 다룹니다.

표에 쓰인 단위 이해하기

• nm(나노미터): 파장을 나타내는 길이 단위입니다. 1nm는 10억분의 1m(10⁻⁹m)로, 머리카락 굵기(약 0.1mm)의 10만분의 1 정도로 아주 짧은 길이입니다. 가시광선의 파장이 대략 380~750nm이니 얼마나 미세한 길이인지 짐작할 수 있습니다.
• Hz(헤르츠): 1초에 몇 번 진동하는지를 나타내는 주파수 단위입니다. 전자기파는 워낙 빠르게 진동해서 아래처럼 큰 수를 줄여 쓰는 접두어를 함께 사용합니다.

  접두어	기호	배수
  밀리(milli)	m	1000분의 1 배 (10⁻³)
  킬로(kilo)	k	1000 배 (10³)
  메가(Mega)	M	100만 배 (10⁶)
  기가(Giga)	G	10억 배 (10⁹)
  테라(Tera)	T	1조 배 (10¹²)
  페타(Peta)	P	1000조 배 (10¹⁵)
  엑사(Exa)	E	100경 배 (10¹⁸)

  예) 1km = 1000m, 1mm = 1000분의 1m처럼 k는 크게, m은 작게 만드는 접두어입니다. 라디오 주파수 표시인 kHz(킬로헤르츠)나 전류 단위 mA(밀리암페어)에도 똑같이 쓰입니다.

• eV(전자볼트): 광자 하나가 가진 에너지처럼 아주 작은 에너지를 다룰 때 쓰는 단위입니다. 전자 1개가 1V의 전압을 지날 때 얻는 에너지가 1eV이며, 우리가 흔히 쓰는 에너지 단위인 줄(J)보다 훨씬 작습니다(1eV ≈ 0.00000000000000000016J). keV(천 eV), MeV(백만 eV)처럼 앞서 나온 접두어와 함께 쓰이기도 합니다.
• V(볼트) — 전압: 전기를 밀어내는 힘인 전압(전위차)의 단위입니다. 건전지는 1.5V, 스마트폰 배터리는 약 3.7~5V, 가정용 콘센트는 220V, 자동차 배터리는 12V처럼 우리 주변 전기 제품에도 다양한 전압이 쓰입니다. 전압이 높을수록 전기를 더 세게 밀어내는 힘이 크다고 생각하면 됩니다.
• A(암페어) — 전류: 전선 속에서 실제로 흐르는 전기(전자)의 양을 나타내는 단위입니다. 수도관에 비유하면 전압(V)은 물을 미는 수압, 전류(A)는 실제로 흐르는 물의 양과 같습니다. 아무리 수압(전압)이 세도 물이 흐르지 않으면(전류가 0이면) 아무 일도 일어나지 않듯, 실제로 우리 몸이나 전기 기구에 영향을 주는 것은 전류의 크기입니다. 전류가 작을 때는 mA(밀리암페어, 1000분의 1A) 단위를 흔히 사용합니다.
• 전압과 인체 위험, 그리고 전류와의 관계: 실제로 감전 위험을 결정하는 것은 전압(V) 자체보다 몸속으로 흐르는 전류(A, mA)의 크기입니다. 전류는 전압을 몸(피부)의 저항으로 나눈 값(전류 = 전압 ÷ 저항)이어서, 같은 전압이라도 땀에 젖어 저항이 낮아지면 더 많은 전류가 흘러 위험해집니다. 대략 1mA 정도는 따끔한 정도로 느껴지지만, 10mA 안팎이면 근육이 저절로 수축해 손을 뗄 수 없게 되고, 50~100mA가 심장을 지나면 심실세동을 일으켜 생명이 위험할 수 있습니다. 건전지(1.5V)는 저항이 커서 이런 위험한 전류가 거의 흐르지 않아 안전하지만, 가정용 220V 콘센트는 습기가 있는 손 등으로 만지면 충분히 위험한 전류가 흐를 수 있어 주의가 필요합니다.
• 전기 단위 한눈에 정리: 전압(V)·전류(A)·저항(옴, Ω)·전력(와트, W)은 서로 연결되어 있습니다. 전류 = 전압 ÷ 저항(V=IR, 옴의 법칙)이고, 전력 = 전압 × 전류(P=VI)입니다. 즉, 저항이 클수록 같은 전압에서 전류는 작아지고, 전압과 전류가 클수록 소비하는 전력(에너지를 쓰는 속도)도 커집니다. 전구·콘센트에 적힌 "220V 100W" 같은 표시도 이 관계로 이해할 수 있습니다.

🧑‍🏫 선생님·학부모님을 위한 설명 도움말

원리 자세히 보기

• 같은 가족, 다른 만남 방식 — 전자기파는 모두 같은 것이지만, 파장에 따라 물질과 만나는 방식이 다릅니다.
  • 전파: 금속 속 전자 무리를 통째로 흔듭니다(안테나).
  • 마이크로파: 물 분자를 빙글빙글 돌려 데웁니다(전자레인지).
  • 적외선: 분자를 떨게 만들어 열이 됩니다.
  • 가시광선: 원자·분자 속 전자의 에너지 상태를 바꿉니다(눈의 시각세포, 식물의 광합성).
  • 자외선: 분자의 결합을 끊기 시작합니다(햇볕 화상).
  • 엑스선·감마선: 원자 안쪽 깊은 곳의 전자나 원자핵과 만납니다. 그래서 살은 통과하고 뼈는 잘 통과하지 못합니다.
• 온도가 정하는 '가장 센 파장' — 모든 물체는 온도에 따라 전자기파를 내고, 가장 세게 내는 파장은 대략 '2.9 mm ÷ 절대온도(K)'입니다(빈의 법칙). 태양 표면(약 5,800 K)은 약 0.5 μm로 가시광선, 사람의 몸(약 310 K)은 약 9 μm로 적외선(그래서 열화상 카메라에 보입니다), 우주 배경복사(약 2.7 K)는 약 1 mm로 전파 영역입니다.
• 다파장 천문학 — 같은 천체도 파장마다 다른 모습을 보여 줍니다. 가시광선은 별을, 적외선은 먼지 속 갓 태어난 별을, 전파는 차가운 가스와 빠른 전자를, 엑스선은 수백만 도의 뜨거운 가스를 보여 줍니다. 엑스선·감마선과 대부분의 적외선은 대기에 막혀 우주망원경으로 관측해야 합니다.
• 눈이 보는 범위는 아주 좁다 — 가시광선은 파장 약 380~750 nm로 가장 긴 파장이 가장 짧은 파장의 약 2배, 음악으로 치면 딱 한 옥타브 정도입니다. 전파부터 감마선까지 전체는 파장이 천조(10¹⁵) 배 넘게 차이 나므로, 우리 눈은 그중 아주 작은 창 하나로 세상을 보는 셈입니다.

전자기파 스펙트럼 발견의 역사

전파로 우주를 처음 본 1932년 잰스키의 발견은 우주와 자연이 만드는 전파 편에 정리되어 있습니다.

비유로 설명하기

• 전자기파 스펙트럼은 "끝없이 긴 피아노 건반"과 같습니다. 우리 눈은 그 가운데 겨우 한 옥타브만 들을 수 있는 귀이고, 전파망원경·엑스선 망원경은 나머지 건반 소리를 들려주는 특별한 귀입니다.
• 잔물결·파도·너울·쓰나미가 모두 물결이지만 길이에 따라 이름이 다르듯, 전파·빛·엑스선도 모두 전자기파인데 파장에 따라 이름만 다릅니다.

자주 하는 오해

• "적외선은 열 그 자체이다" — 적외선도 빛의 한 종류이며, 물체에 흡수되면서 열로 바뀝니다. 가시광선도 흡수되면 열이 되고(검은 옷이 뜨거워지는 이유), TV 리모컨의 적외선처럼 약한 적외선은 뜨겁지 않습니다.
• "라디오에서 소리가 나니까 전파는 소리의 일종이다" — 전파는 빛의 속도(초속 약 30만 km)로 진공도 지나는 전자기파이고, 소리는 공기의 떨림으로 초속 약 340 m로 전해집니다. 라디오는 전파에 실려 온 정보를 소리로 바꾸어 줄 뿐입니다(변조).

함께 해 볼 질문·활동

• 휴대전화 카메라 화면으로 TV 리모컨 앞쪽을 비추며 버튼을 눌러, 눈에는 보이지 않던 적외선 불빛이 깜빡이는지 확인하기(카메라에 따라 전면 카메라가 더 잘 보입니다)
• 허셜의 실험 따라 하기: 맑은 날 햇빛을 프리즘(또는 물을 담은 유리컵)으로 펼치고, 구 부분을 검게 칠한 온도계를 파란색·빨간색·빨간색 바깥쪽에 두어 몇 분 뒤 온도를 비교하기(햇빛이나 반사된 빛을 직접 바라보지 마세요)
• "엑스선 사진에서 뼈는 하얗고 살은 어둡게 보이는 이유는 무엇일까?" 위의 '만남 방식'을 바탕으로 이야기해 보기