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노벨상인물

안토니 휴이시 Antony HewishAntony Hewish

안토니 휴이시 [이미지]
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Cavendish Laboratory (캐번디시 연구소)
  • 작성 2015-09-16
  • 조회 5,892
  • 출생1924-05-11
  • 국적 영국
  • 분야과학
  • 소속캐번디시 연구소
  • 출신대학케임브리지 대학교
  • 주요업적펄서(맥동전파원)발견
  • 수상노벨 물리학상(1974)
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인물정보

영국의 천문학자. 태양의 플라스마로부터 영향을 받기 쉬운 장파장 전파로 우주전파원을 살피던 중 매우 짧은 주기로 강도가 변하는 펄서(맥동전파원)을 발견하였다. 초신성의 잔해인 게성운 속에서 발견된 이 맥동전파원은 중성자별로 밝혀졌다.

1924년 5월 11일 태어난 안토니 휴이시. 그는 영국 전파 천문학자였으며 1974년 그의 동료 연구원 마틴 라일과 노벨 물리학상을 공동 수상했다. 그는 어떤 항성들이 실제 준항성 인지 결정하는 것뿐만 아니라 태양풍을 연구하기 위해 1965년 쌍극 안테나를 디자인하고 건설한 것으로 가장 잘 알려져 있다. 펄서 행성을 밝혀내는데 어떻게 작용하는지 전파 시스템 계발의 공로로 노벨 물리학상을 수상했다.

그는 은행원집안의 3명의 아들 중 막내로 태어났다. 아틀란틱 해안에 위치한 뉴카에서 자랐으며 이런 환경은 보트뿐만 아니라 바다에 대한 남다른 애정을 갖게 만들었다. 안토니 휴이시는 톤턴에 위치한 킹스 칼리지에 입학했다. 케임브리지의 카이우스 대학에서 대학 생활을 했지만 전쟁이 일어나면서 왕립 항공 연구소와 통신 연구 센터에서 복무하게 되었다. 이 곳에서 마틴라엘을 만나게 되었고 함께 항공기 레이더 장치를 연구하게 된다. 1946년 그의 학업을 마치기 위해 케임브리지로 돌아갔고, 곧 캐번디시 연구소에서 연구를 하던 마틴라엘 연구팀에 합류하게 된다. 1952년 그는 케임브리지대학에서 박사학위를 받았고 곤빌과 카이우스 대학의 선임연구원이 된다.

1961년 그는 처칠 대학으로 자리를 옮겨 물리학 연구 팀장을 맡게 된다. 1961년부터 1969년까지 그는 강연을 하며 다녔으며 은퇴 전까지 전파 천문학 교수직을 맡았다. 케임브리지에서 전파 천문학 팀을 잘 이끌 만큼 훌륭한 리더십을 갖추고 있었으며 물라드 전파 천문학 연구소장의 자리에 오르기도 했다.

안토니 휴이시는 안테나 뿐만 아니라 전기에 관한 그의 경험은 천문학 연구에 많은 영향을 끼쳤다. 당시 랫클리프는 캐번디시 연구소장이였던 젝 랫클리프(Jack Ratcliffe)는 전파 천문학에 대한 안토니의 관심을 발전시켜 주었다. 휴이시가 학부시절 졸업을 앞둔 학기에 랫클리프는 전자기 이론에 대한 강의를 하였다. 이 강의를 토대로 안토니 휴이시의 첫 번째 연구는 전파가 어떻게 비 균질 투명체에서 활동하는가에 대한 내용 이였다. 이 주제는 그의 일생동안의 관심사가 되었다.

위상변조 스크린을 통한 굴절 이론을 연구해 나갔고 그의 이론의 실제를 보기 위한 간섭 관측기를 설치했다. 이러한 실험을 통해 그는 이온층에 있는 플라즈마 구름을 차지하는 물리적 공간뿐만 아니라 높이까지 측정할 수 있도록 만들었으며 또한 공기 중의 바람 속도를 어림잡을 수 있게 했다. 케임브리지에서는 행성간의 섬광을 발견한 후 지면에서 불어오는 태양풍을 측정하는 유사한 방법을 고안해 냈다. 그의 발명은 후에 일본, 미국, 인도에서도 활용되었고 특히 장기간 연구를 목적으로 사용되었다.

그가 실행할 수 있었던 또 다른 혁신적인 발견은 간섭계에 뒤지지 않는 높은 각도의 해결책을 제시한 것 이였다. 이 해결책은 그 분야에서는 이례적인 것 이였다. 1965년 휴이시는 안테나를 만들 자금을 얻어 노벨상 수상자 후보에 오르게 되었고 2년 후 안테나를 만드는데 성공하여 7월에 나타나는 섬광의 근원을 탐지하는 조사에 이용 되었다.

그 중 조셀린 벨(Jocelyn Bell)은 펄서로 인정된 전파 근원을 발견할 수 있게 한 그의 학생 중 한 명이였다. 그들은 연구에 관한 논문을 발표했고 첫 번째 펄서를 발견한 벨의 공의 컸기 때문에 논문에 휴이시 다음으로 이름이 쓰여졌다. 하지만 휴이시와 라일만이 노벨상을 수상하자 “벨이 없는 상(No-Bell)”으로 불러졌다. 프레드 호일(Fred Hoyle)은 연구에 많은 기여를 한 조셀린 벨도 노벨상을 함께 수상해야 한다고 주장했다. 하지만 벨은 노벨상을 수상하지 못한 것에 대해 감정이 상하지 않았다고 밝혔다.

오늘날 까지도 위상배열기구는 유용하게 활용되고 있다. 이것은 주로 매일 다른 불꽃 섬광 관찰과 특히 태양풍으로 생기는 대규모 이탈경로를 그려낼 수 있다. 이것은 또한 행성간의 날씨 조건을 볼 수 있게 해 주었으며 우주로부터 유용한 정보를 가져올 수 있도록 하는 우주선에도 장착되었다.

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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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