초장 기선 어레이

1. 개요

초장 기선 어레이(VLBA)는 3mm에서 90cm 사이의 파장, 즉 0.3GHz에서 96GHz 사이의 주파수에서 관측을 수행하는 전파 망원경이다. VLBA는 전파 천문학에 유용한 8개의 주파수 대역과 1GHz 미만의 좁은 전파 대역 두 곳에서 관측하며, 그린 뱅크 망원경, 대형 전파 간섭계, 에펠스베르크 전파 망원경과 같은 다른 전파 망원경과의 협력을 통해 감도를 향상시킨 고감도 배열(HSA)을 구성한다. VLBA는 수백에서 수천 킬로미터에 이르는 망원경 간의 거리를 통해 매우 높은 각 분해능을 제공한다.

2. VLBA의 관측

VLBA는 3 밀리미터에서 90 센티미터 사이의 파장 또는 0.3 기가헤르츠에서 96 기가헤르츠 사이의 주파수에서 관측을 수행한다. 이 주파수 범위 내에서 VLBA는 전파 천문학에 유용한 8개의 서로 다른 주파수 대역에서 관측을 수행하며, 밝은 메이저 방출에 의해 생성된 스펙트럼 선을 포함하는 1 기가헤르츠 미만의 좁은 전파 대역 두 곳에서도 관측을 수행한다.

2.1. 주파수 대역

VLBA는 3 밀리미터에서 90 센티미터 사이의 파장 또는 0.3 기가헤르츠(GHz)에서 96 GHz 사이의 주파수에서 관측을 수행한다. 이 주파수 범위 내에서 VLBA는 전파 천문학에 유용한 8개의 서로 다른 주파수 대역에서 관측을 수행한다. 또한 VLBA는 밝은 메이저 방출에 의해 생성된 스펙트럼 선을 포함하는 1 GHz 미만의 좁은 전파 대역 두 곳에서도 관측을 수행한다.

3. VLBA의 구성

VLBA는 미국 전역에 배치된 10개의 전파 망원경으로 구성된다. 각 망원경은 3 밀리미터에서 90 센티미터 사이의 파장 또는 0.3 기가헤르츠에서 96 기가헤르츠 사이의 주파수에서 관측을 수행한다. 이 범위 내에서 VLBA는 전파 천문학에 유용한 8개의 서로 다른 주파수 대역에서 관측을 수행하며, 밝은 메이저 방출에 의해 생성된 스펙트럼 선을 포함하는 1 기가헤르츠 미만의 좁은 전파 대역 두 곳에서도 관측을 수행한다.

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3.1. 망원경 위치

4. 고감도 배열 (High-Sensitivity Array)

VLBA는 다른 전파 망원경과의 협력을 통해 감도를 향상시킬 수 있으며, 이러한 구성을 고감도 배열(HSA)이라고 한다.

4.1. 협력 망원경

그린 뱅크 망원경(웨스트버지니아주), 대형 전파 간섭계(뉴멕시코주), 에펠스베르크 100m 전파 망원경(독일) 등이 초장 기선 어레이(VLBA) 협력에 참여하여 감도를 5배 향상시킬 수 있다. 이 망원경들은 4개월마다 최대 100시간 동안 온라인으로 운영된다. 이 구성을 고감도 배열(HSA)이라고 한다. 과거에는 아레시보 전파 망원경도 협력에 참여했으나, 붕괴로 인해 현재는 제외되었다.

4.2. 고감도 배열의 의의

초장 기선 어레이(VLBA)의 사용은 동적으로 예약할 수 있으며, 그린 뱅크 망원경, 대형 전파 간섭계(VLA), 에펠스베르크 전파 망원경과 같은 다른 전파 망원경을 포함하여 감도를 5배 향상시킬 수 있다. 이 세 개의 추가 관측소는 4개월마다 최대 100시간 동안 온라인으로 운영된다. 이 구성을 고감도 배열(HSA)이라고 한다. 붕괴되기 전에는 아레시보 전파 망원경도 사용되었다. 이러한 국제 협력을 통해 VLBA의 성능이 향상되는 것은 과학기술 분야에서 국가 간 협력이 얼마나 중요한지를 보여주는 좋은 사례이다. 특히 에펠스베르크 망원경과의 협력은 한국의 과학기술 발전에도 시사하는 바가 크다.

5. 기선 거리 및 각 분해능

초장기선 어레이(VLBA) 배열에서 가장 긴 기선은 8611km이다. 이는 마우나케아에서 세인트 크로이까지의 거리이다. 긴 기선 거리는 VLBA가 높은 각 분해능을 갖도록 한다.

5.1. 각 망원경 간 거리

VLBA 망원경은 미국 전역과 그 너머에 걸쳐 설치되어 있으며, 각 망원경 간의 거리는 상당하다. 이 거리는 수백 킬로미터에서 수천 킬로미터에 이른다.

각 망원경 간의 거리(km)는 아래 표와 같다.

5.2. 각 분해능

VLBA는 매우 높은 각 분해능을 제공한다. 파장이 짧을수록 각 분해능이 높아진다. 최고 각 분해능은 다음과 같다.