전파 독본
보이지않는 전파가 보이게 된다
전파개발이용연구회편
목 차
제1장 전파란 무엇인가?
	1. 전자파를 알자
	2. 전파의 성질을 알자
	3. 전파의 종류를 알자
제2장 송신 수신의 실체
	1. 송수신기의 기본
	2. 안테나의 기본
제3장 여러가지 전파 이용 시스템
	1. 방송
	2. 고정통신
	3. 위성통신
	4. 육상통신
	5. 해상통신
	6. 항공이동
	7. 레이더
	8. 무선항행
	9. 원격제어
	10. 에너지 이용
제4장 전파와 과학
	1. 자연과 전파
	2. 우주와 전파
	3. 첨단기술과 전파

제 4 장 전파와 과학

♠ 자연과 전파

약 40억년전, 아직 충분한 대기가 형성되기 이전 창조기의 지구는 방사선과 자외선 등을 포함한 우주로부터 여러가지 전자파(우주선)에 항상 노출되어 있었다. 그리고 서서히 대기가 형성되면서 다수의 우주선은 이 대기에 차단되어 생명체를 지킬 수 있는 환경을 이룰 수 있었던 것이다.

현재 지표까지 도달하는 전자파는 극히 적으며, 또 지구상에서 발생하는 전자파는 천둥(번개) 이 최대로 큰 것 입니다. “천둥이 전기다”라는 것은 프랭클린의 실험에서 확인되었다. 그리고 천둥이 전파도 발산하고 있다는 것을 발견했던 것은 미국의 포포브라는 사람이다. 천둥에서 발생하는 전파는 텔레비젼과 라디오의 영상과 음성을 방해하고 통신과 관측에 커다란 영향을 미친다.

한편, 전파에 영향을 주는 자연계의 현상으로는 오로라를 들 수 있다. 오로라는 태양면의 폭발에 의해서 방사되는 대전입자의 돌풍(태양풍)이 지구의 자력선을 따라 남북 양극지역의 상공에 침입할 때 그 곳에 있는 전리층과 충돌하는 곳에 나타나며 태양의 활동이 활발하면 어느 정도 많이 발생하고, 태양풍이 강하면 강할수록 오로라는 넓은 범위에서 관측된다. 오로라의 발생은 태양풍의 도착을 의미하며, 태양풍은 전리층을 파괴할 힘을 가지고 있어서 전리층 반사를 이용하는 단파를 비롯하여 전리층을 통과하여 송수신하는 위성과의 전파에도 큰 영향을 미친다. 또 자연계에서는 인간을 비롯한 동식물도 전자파를 내고 있다고 알려져 있으며 반디나 야광벌레 등 발광생물이 매우 많은 것을 고려하면 인간이 전자파를 내는 것은 전혀 이상한 것이 아니다.

♠ 우주와 전파

우주로 눈을 돌리면 그곳은 전파의 보고이다. 그리고 현재의 천문학은 전파 없이는 고려할 수 없는 상황이 되어 있다. 왜냐하면 전파로 우주를 관측하는 전파천문학이 큰 역할을 하게 되었기 때문이다. 전파천문학은 1931년에 미국의 쟌스키가 은하의 중심방향으로부터 전파를 발견한 것으로 시작된다. 우주에서는 다수의 전파를 내는 행성이 있다. 태양을 시작으로 모든 항성이 전파를 내고, 또 준성이라고도 일컬어지는 퀘이사, 주기적인 전파를 내는 펄스 등이 있다. 더욱이 우주공간에 떠다니는 가스 속의 성간분자들도 전파를 내고 있다. 이러한 전파의 주파수와 강도를 관측함으로써 그 천체와 우주의 구조를 알 수 있다.

우리의 우주는 대략 150억년 전에 “빅뱅” 이라는 대폭발에 의해 시작되었다고 하며, 전파망원경에 의한 관측에서 우주의 구조와 행성의 생성과정 등 많은 것이 빠르게 해명되고 있는 중이다. 최근에는 그래이트홀과 같은 구조가 발견되어 우주의 구조가 기포형상이라는 것도 알 수 있게 되었다. 그리고 현재 인공위성과 지구를 연결한 거대한 전파망원경을 구성하여 더욱 상세하게 우주를 관측하려는 “SPACE VLBI” 계획도 진행되고 있다. 우주에서는 또 X선과 감마선도 존재하지만 이들은 대기에 흡수되어 지상에 도달하지 못하므로, 인공위성과 로켓의 관측기기를 탑재해서 우주공간에서 관측하고 있다. 이러한 우주 구조와 진화의 해명은 최근 물리학에서도 매우 크게 관심을 가지게 되었다.

물체는 무엇으로 되어 있는가? 라는 이 문제는 “아톰이즘” 이라고 불리는 그리스시대부터 계속된 과학적인 큰 테마이다. 물질을 구성하는 기본적인 입자를 소립자 라고 부르지만 19세기까지는 수소와 산소 등의 원자가 소립자였다. 그 후 전자와 원자핵, 더 나아가 양자와 중성자가 발견되어 1974년에는 보다 기본적인 쿼크의 존재가 확인되었다. 현재는 쿼크와 랩톤을 기본입자로 하고, 그 사이에 상호작용이 작용한다는 이론에 도달하고 있다. 우주를 넘나드는 전파를 관측함으로써 외계문명과 우주창생의 의혹이 해명되고, 그것이 소립자 물리학과의 “최대통합”으로 이어질 날이 드디어 올지도 모른다. 그리하여 그때야말로 전파에 대한 그 모든 전모가 해명될 것이다.

♠ 첨단기술과 전파

초전도와 바이오테크놀러지라는 기술이 종종 첨단기술로 화제로 떠오른다. 전파는 이러한 첨단기술에서도 여러가지 면에서 활약하고 있다. 예를들면, 바이오테크놀러지는 유전자의 조합교환이나 세포융합 등으로 신종식물과 생물을 창조하려는 기술이지만 그 근간이 되는 세포융합기술과 유전자 도입기술에 전기이용을 도입한 전기세포공학이 있다. 여기서는 고주파전류와 레이저광, 전자석 등을 이용하여 새로운 생물을 창조하려는 연구가 수행되며 전파가 이용되고 있다. 이 외에 식물에 전파를 비쳐서 성장을 촉진시키려는 연구도 이루어지고 있다. 초전도에서는 초전도 기술을 이용하여 빛의 영역에 가까운 초고주파수의 전파이용을 연구하고 있다. 예를들면, 현재 가장 정보량이 많은 안정된 통신으로서는 광케이블에 의한 광통신을 들 수 있지만, 이러한 빛의 영역에 가까운 전파를 광 대신에 사용할 수 있다면 정보량은 더욱 크게 된다는 것이다. 그 때문에 초전도 전파 검출기가 필요하게 되어 연구가 계속되고 있다. 기술이 진보하여 이용할 수 있는 전파의 범위는 점점 넓어지고 있다. 더욱이, 우주에 눈을 돌리면 인공위성과 탑재기기 등 모두가 첨단기술이다. 그리고, 위성과의 통신 위성간의 통신은 모두 전파에 의해서 이루어지고 있다. 전파를 인공적으로 만들 수 있게 되고부터 이제 100년이 지났다.

모든 기술이 급속히 진보하고 있는 현대이지만, 인간이 불을 사용할 수 있게 되고 나서부터 지구상에 크게 두각을 나타낸 것처럼 인간은 전파를 사용함으로써 우주로 뛰어나갈 수 있게 되었다. 그리고 이제부터의 모든 인류 활동 속에서 전파 이용은 끝없이 확장되며 점점 중요한 것이 될 것이다.

우리들의 전파 전파로 듣는 우주의 작은소리 인류가 우주로부터의 전파가 지구에까지 도달하고 있다는 것을 안 것은 거의 최근의 일이다. 1932년 미국의 쟌스키가 우리 은하계의 중심 방향에서 나오는 전파를 우연히 발견한 것이 계기가 되어 인류는 전파로 우주를 조사하는 방법을 알게 되었다. 이것이 전파 천문학의 시작이다. 이때 쟌스키가 사용한 안테나는 나무와 철사로 만든 간단한 것이었지만, 지금 생각해도 이렇게 간단한 장치로 우주의 전파를 잘도 잡은 것이다. 당시는 고급 측정장치가 없어서 아마 헤드폰으로 쉬… 하는 우주의 잡음을 들었을 것이다. 그 후 전파망원경의 진보는 기술 진보와 함께 화려한 발전을 거두었다. 현대의 전파망원경의 감도는 쟌스키 시기의 전파망원경과 비교하면 50년간에 5자리(결국 10년마다 1자리씩)이나 나아졌다. 또, 분해능에 있어서도 간섭계 기술의 진전에 의해 9자리의 향상을 볼 수 있다. 어쨌든 이 반세기 동안 관측기술의 진보는 놀라움을 금치 못한다. 천문학의 발견에는 관측 기술적인 큰 진전에 수반되는 것이 많다. 3K 우주배경 복사, 펄스, 다수의 성간분자 등의 발견이 그러하다. 목표와 상관없는 다른 목적으로 장치의 성능을 올렸으나, 그것이 우연한 발견으로 연결이 된 적도 있었으며, 그러한 점이 천문학의 재미이다. 최근의 전파망원경은 고정밀도의 안테나, 저잡음 수신기, 초고속 디지탈기술, 컴퓨터를 사용함으로서 인간의 눈으로 볼 수 없는 암흑의 우주 모습을 영상화하는 것은 이제 당연한 것이 되었다. 전파로 우주를 듣는 것 뿐만 아니라 전파를 우주로 보는 것도 가능하게 되었다. 우주의 전파는 어느 곳에서 오는 것일까? 전파도 빛도, 실은 전자파의 일종이고 파장의 차이 때문에, 부르는 이름이 서로 다른 것에 불과하다. 우리들의 가까운 곳에 천체의 잡음전파와 비슷한 전파를 발생하는 것으로 형광등이 있다. 이것은 오리온 성운 등의 가스가 전리되어 빛나는 것과 같다. 형광등에 라디오의 안테나를 가까이하면 쉬… 하는 잡음전파의 음을 들을 수 있다. 한편 일산화탄소 등의 분자에서 발생하는 전파는 암흑성운과 같은 저온에서 나오고 있으며, 아직 빛을 내지 않는 원시행성의 정보를 우리에게 알려준다. 특히 분자 스펙트럼선의 관측에서 도플러효과에 의해 가스운(구름)의 운동을 조사하는 것은 매우 중요하다. 일본 노베야마 45m 전파망원경에 의한 소용돌이 은하 NGC4258 에서 초속 1,000km 에도 이르는 초광속 수소 메이저원의 발견을 통해 그 중심부에는 태양의 3,600만배나 되는 거대한 질량의 블랙홀 발견으로 이어졌다. 전파는 우주의 가장 먼 곳의 정보를 인류에게 듣게 한다. 마이크로파로 발견된 3K 우주배경복사는 빅뱅 우주가 시작된 직후의 전파이다. 이 배경 복사의 강도분포는 오랫동안 일정하다고 여겨져 왔으나, 최근 COBE 위성의 관측에 의해 그 중심부에서 10만분의 1 정도의 극히 작은 파장이 발견되었다. 이러한 작은 파장이 근간이 되어, 우주에서 은하나 행성과 같은 모양이 형성될 수 있는 것이다. 현재 일본 국립천문대가 중심이 되어 계획을 진행하고 있는 대형 밀리파/서브밀리파 간섭계(LMSA : 4,000m 이상의 고지에 10m 파라볼라 안테나 50대를 배치하는 거대한 전파망원경) 에서는 은하가 탄생하는 시기의 모습을 영상으로 관측하려는 것으로 큰 기대를 하고 있다.

※ 출처 - http://www.rapa.or.kr/ (전파개발이용연구회)