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노벨상인물

마틴 라일 Martin Ryle

마틴 라일 [이미지]
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Cavendish Laboratory (캐번디시 연구소)
  • 작성 2015-09-16
  • 조회 4,903
  • 출생1918-09-27 영국 브리이턴
  • 국적 영국
  • 분야물리학, 전파 천문학
  • 소속캐번디시 연구소
  • 출신대학케임브리지 대학교
  • 주요업적전파 망원경 개발 공헌, 외부은하 관측
  • 수상노벨 물리학상(1974)
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인물정보

영국의 물리학자·전파천문학자. 전파망원경 개발에 지대한 공헌을 했으며, 이를 이용하여 우주에서 약한 전파원들을 찾아내고, 가장 먼 거리의 외부 은하들을 관측하였다. 천문학 발전의 공로를 인정받아 노벨물리학상을 수상하였다.

라일은 전파 천문학에 아주 중요한 선구주자 중 한명이다. 그가 주로 기여한 분야는 각도 분해능과 전파 천문학적 관찰을 위한 민감도의 많은 증가를 나타내는 개구 합성 원리를 실제적으로 적용해냈다. 자세한 은하계의 전파 구조와 은하계 밖의 전파 근원을 밝혀냈고 우주의 시기를 갖은 개체군 소스의 강력한 진화를 밝혀냈다. 이 공로로 1974년 안토니 휴이시와 노벨 물리학상을 수상했다.

1918년 9월 27일 5명중 둘째 아들로 태어났다. 그의 아버지 존 레일(John A. Ryle)은 전쟁 이후에 옥스퍼드 대학교 공중의학과의 첫 번째 학과장으로 임명되었다. 마틴 라일은 어릴 적 그의 형제와 가정교사에게 교육을 받았다. 13살이 되던 해 브래드 필드 대학에 입학하기 전 글래드스턴 예비학교에 입학한다. 그의 재능은 집에서 계발되었고 집에서의 그와 그의 동생은 일반 교육을 받는다. 1936년 옥스포드 그라이스트처치에 입학하여 1939년 물리학 첫 번째 명예 학위를 받는다. 무선공학과 전기에 대한 그의 열정은 뚜렸 했다. 그가 학교를 졸업할 때 까지 그는 자신의 라디오 송신기를 만들어 냈고 이를 작동시키기 위해 체신부 자격증을 얻었다. 옥스포드에서 그와 동료 학부생과 대학 아마추어 라디오 방송국을 설치한다.

1939년 라일은 케임브리지 대학 캐번디시 연구소에서 J.A 랫클리프(J.A Ratcliff)의 전리층 연구 팀에 합류하게 된다. 세계 2차 대전이 발발했을 당시 랫클리프는 현재 통신연구센터(T.R.E)인 항공연구 센터에 들어갔고 1940년 마틴 라일도 그를 따라 합류했다. 2년 동안 마틴은 주로 안테나 설계와 장비 시험을 했다. 1942년 그는 5명의 팀에 새롭게 편성된 무선 대책 팀의 리더가 되었고 그의 임무는 독일 레이더를 방어시스템을 방해하는 전파 방해 전송기를 공급하는 것 이였다. 무선기만을 창안해 냈는데, 그의 발명으로 노르망디 해안이 아닌 도버 해안으로 침공할 것이라고 독일 상급 사령부에게 혼돈을 일으켰다.

1945년 캐번디시 연구소에서 이온층을 연구를 이끌어온 레클리프(J.A Ratcliffe) 그의 팀의 연구원으로 태양으로부터 나오는 전파 방출을 함께 연구 할 것을 제안했고, 이 제안을 통해 레이더 장비를 발명하게 된다. 몇 달 동안 수월히 연구를 진행하는 동안, 캐번디시 교수였던 레클리프와 로런스 브래그(Lawrence Bragg)는 그에게 많은 지원과 격려를 아끼지 않았다. 브래그의 X-ray 결정학에 관한 연구는 구경합성을 계발하고 있던 것과 매우 유사한 기술과 관련되어 있었고 브래그교수는 마틴라일 팀이 진행하는 연구에 관심을 보였다. 1948년 마틴 라일은 물리학 교수로 임명 받았고 1949년 트리니티 대학 임원으로 선출되었다. 당시 영국 천문학자 토니 휴이시(Tony Hewish)와 4명의 다른 연구원들과 1948부터 1952년까지 함께 연구를 하게 되었다. 1959년 트리니티 대학은 전파천문학의 새로운 임원으로 임명함으로 팀의 연구를 인정해 주었고 1964부터 1967년 까지 국제 천문학 연합회 의장을 맡았고 1972년 왕실 천문학자로 임명되었다.

1947년 로웨나 펄머(Rowena Palmer)와 결혼하여 슬하에 두명의 딸과 한명의 아들을 낳았다. 작은 보트를 직접 디자인하고 만들어 타고 다니는 것을 즐겼다.

<공동수상>

안토니 휴이시(Antony Hewish)
케임브리지대학을 졸업하고, 1971년 케임브리지대학 교수, 1977년 왕립과학연구소 교수가 되었다. 1948년 M.라일의 지도 아래 전파천문학을 연구하기 시작했고, 1965년 라일과 함께 고감도 구경합성형(口徑合成型) 전파간섭계를 완성하여 우주전파원(宇宙電波源) 연구에 착수하였다. 1967년 제자인 J.벨과 함께 태양의 플라스마로부터 영향을 받기 쉬운 장파장(長波長)전파로 우주전파원을 살피던 중에 매우 짧은 주기로 강도가 변하는 펄서(맥동전파원)을 발견하였다. 초신성의 잔해인 게성운 속에서 발견된 이 맥동전파원은 1969년 중성자별[中性子星]로 밝혀졌고, 이로써 1930년에 이론적으로 예견된 중성자별이 확인되었다. 1974년 라일과 함께 전파천문학을 발전시킨 공로로 노벨물리학상을 받았다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.

금년도 노벨 물리학상의 주제는 항성과 은하계의 과학인 천체물리학입니다.

큰 스케일에서 우리 우주에 관한 문제들, 즉 우주의 구조와 생성에 관한 문제는 현대 과학의 중요 쟁점 중 하나입니다. 우리는 우주의 거동에 많은 관심이 있습니다. 우리가 믿을 만한 우주의 모형을 만들기 위해서는 먼저 오래된 우주의 상태에 대한 자세한 정보를 확보해야 합니다.

전파천문학은 수십억 광년 떨어진 아주 먼 곳에서 무슨 일이 일어나는지를 연구하는 학문인데, 실제로는 아주 오래전에 그곳에서 일어난 일을 연구하는 것입니다. 지금 우리에게 도달하는 라디오파는 아주 먼 곳으로부터 수십억 년 동안 빛의 속도로 달려와 지구에 도착한 것들이기 때문입니다.

오늘날 여기서 우리가 포착하는 라디오 신호가 지구상에 어떤 꽃이나 생명체도 존재하지 않았던 시기에, 그리고 물론 물리학자들도 존재하지 않았던 시기에 먼 우주를 떠나 이제 지구에 도착한 것이라는 사실은 정말이지 경이롭습니다.

지난 10년 동안 전파천문학 분야의 신기원이 될 만한 새로운 발견들이 이루어졌습니다. 이 발견들은 현대 물리학에도 매우 중요한 기여를 하게 될 것입니다. 예를 들어 초고밀도 상태 물질의 존재가 전파천문학으로 확인되었는데, 이 초고밀도 물질은 중성자의 밀집체로서 1세제곱 센티미터의 무게가 무려 수십억 톤이나 되는 것입니다. 중성자별은 항성의 폭발, 이른바 초신성 현상의 결과입니다. 지름이 10킬로미터의 중성자별은 천문학의 관점에서는 매우 작은 물체로 별들의 진화 단계의 마지막에 해당됩니다.

올해의 노벨 물리학상 수상자인 마틴 라일 경과 앤터니 휴이시 교수는 새로운 전파천문학 기술을 개발하였습니다. 우주전파의 발생원을 관찰한 이분들의 연구 결과는 매우 중요한 의미가 있습니다.

우주 전파의 발생원으로부터 라디오파를 수집하기 위해서는 전파망원경을 사용합니다. 망원경의 감도를 최대한 높이고 수많은 우주 전파로부터 특정 전파를 구별할 수 있는 우수한 위치 해상도를 갖기 위해서는 커다란 면적의 전파망원경을 사용해야 합니다.

그러나 매우 작은 전파 발생원을 관찰할 수 있을 만큼의 커다란 전파 망원경을 만드는 것이 더 이상은 불가능해짐에 따라 라일 경과 그의 연구팀은 조리개 합성 방법을 개발하였습니다. 이 방법은 하나의 거대한 안테나를 만드는 대신 여러 개의 작은 안테나들을 만들어서 그 신호들을 조합하여 매우 높은 정밀도의 자료로 만드는 것입니다.

실제로는 수많은 작은 안테나를 사용한 것이 아니라 지상에서 위치를 순차적으로 바꿀 수 있는 몇 개의 안테나를 사용했습니다. 라일 경은 또한 지구의 자전을 이용하여 전파망원경의 위치를 옮기는 대단히 훌륭하고 유용한 방법을 창안해 냈습니다. 이 기술을 이용하여 그는 거대한 크기의 안테나에 해당되는 정밀도를 실현할 수 있었는데, 그의 관측으로부터 우리는 우주의 정상상태 모델이 받아들여질 수 없다는 결론에 도달하게 되었습니다. 이와 반대로 역동적이며 변화해 가는 모델로서 거대한 규모의 우주를 기술해야 한다는 것입니다.

가장 최근에 케임브리지 대학교에 구축한 망원경은 우주 전파 발생원을 찾아내기 위한 위치각의 정밀도가 무려 1초 미만에 이릅니다. 최근에 있었던 천체물리학 분야의 발견들은 마틴 라일 경이 발명하고 개발한 전파천문학 기기에 크게 의존하고 있습니다.

케임브리지 대학의 앤터니 휴이시 연구팀은 1967년 가을 천체물리학에 혁명을 가져온 예상 밖의 획기적인 발견을 했습니다. 그들은 새로운 안테나와 장비들을 설치하고 외계로부터 방출되는 전파에 미치는 태양 코로나의 영향을 조사하려고 했습니다. 이를 위해서 대단히 빠른 반응속도를 갖는 특별한 수신기를 만들었습니다.

그러나 이 빠른 수신기 덕분에 원래 의도와는 전혀 다른 관측 결과를 얻게 되었습니다. 우연히 매초 주기적으로 반복되는 전자파 신호의 짧은 펄스를 포착했는데, 그 펄스는 매우 정밀한 반복 주기를 가지고 있었습니다. 이 주기적인 펄스는 그때까지 전혀 알려져 있지 않은 곳에서 나오는 전파로 판명되었으며, 이 발생원에 펄서라는 이름이 붙여졌습니다.

우리는 펄서의 중심에 중성자별이 있다는 결론에 도달하게 되었습니다. 펄서는 지구상에서 실험적으로 만들어진 가장 강력한 자기장보다도 무려 수백만 배나 더 강한 자기장을 가지고 있습니다. 중앙의 중성자별은 도전성 가스인 플라스마에 둘러싸여 있고, 마치 등대처럼 회전하며 우주로 전파 빔을 내보내고 있습니다. 그 빔이 정확한 주기성을 가지고 지구에 도달하는 것입니다.

펄서들은 노벨상 수상자인 하뤼 마르틴손이 그의 시에서 노래하듯 진정한 의미의 시계입니다. 그 시를 인용해 보겠습니다.

세상의 시계가 똑딱거리고 공간은 섬광으로 번쩍거리며,
모든 것의 자리와 모든 것의 순서가 뒤바뀌는구나.

펄서 연구 초기에는 중성자별의 물질이 초신성의 중심에 있을 것으로 생각되었습니다. 그리하여 많은 전파망원경들이 게 성운을 향해 맞춰졌습니다. 1054년 초신성의 폭발이 있었다는 중국의 기록이 있는데, 게 성운은 그 초신성 폭발의 잔류 가스들이 찬란하게 빛나고 있는 것입니다. 거기서 사람들은 펄서를 찾아냈습니다. 이름에서 기대하듯이 이 펄서는 라디오파의 펄스만을 방출하는 것이 아니라 빛과 엑스선의 펄스도 방출합니다. 이것은 비교적 젊은 펄서로서 빠른 회전을 하는데 사실 펄서들 중에서는 좀 예외적인 경우입니다.

앤터니 휴이시 교수는 이 펄서의 발견에 결정적인 역할을 했습니다. 이 발견은 극단적인 물리적 조건에서의 물질을 연구하는 새로운 방법을 제시했다는 점에서 과학적으로 대단히 의미가 깊습니다.

라일 경과 휴이시 교수의 기여는 우주에 대한 지식의 진보에 중요한 한 걸음을 내디뎠음을 의미합니다. 그들의 연구 덕분에 천체물리학에 새로운 연구 분야가 생겼습니다. 거대한 우주의 실험실은 미래의 연구에 풍요로운 가능성을 보여 주고 있습니다.

마틴 경.
경의 훌륭한 연구는 물리학의 가장 근본적인 의문들 몇 가지를 밝혔으며, 경의 발견과 관찰은 우주에 관한 우리의 개념을 구축하는 새로운 기준이 되었습니다.

앤터니 휴이시 교수님.
교수님의 결정적인 기여로 이루어진 펄서의 발견은 우주에 관한 우리의 지식이 최근 얼마나 획기적으로 확대되었는지를 보여 주는 가장 뚜렷한 예라고 하겠습니다. 교수님의 연구는 천체물리학과 물리학 전반에 걸쳐 커다란 기여를 했습니다.

왕립과학원을 대표해서 경탄과 따뜻한 축하의 말씀을 전해드립니다. 왕립과학원은 마틴 라일 경이 오늘 이 자리에 함께 하지 못한 것을 아쉽게 생각합니다. 휴이시 교수님, 이제 전하로부터 교수님의 상과 함께 마틴 라일 경의 상도 함께 수상하시기 바랍니다.

- 스웨덴 왕립과학원 한스 빌헬름손

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자료출처
www.phy.cam.ac.uk/cavendish, wikipedia, naver, Nobelprize.org

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