백과

발달과정

공식적인 망원경의 역사는 1608년 네덜란드의 얀 리퍼세이가 최초로 망원경의 특허 출원을 낸 것으로부터 시작된다. 그후 이탈리아의 갈릴레오는 1610년에 자신이 직접 제작한 망원경으로 천체관측을 시도했고 이것이 최초의 천체망원경이었다.

그는 목성의 위성 등을 발견하여 유명해졌고 그가 만든 망원경을 갈릴레오식 망원경이라고 부르게 되었다. 이와 비슷한 시대에 요하네스 케플러는 접안렌즈용으로 볼록렌즈를 사용한 굴절망원경을 만들어 아직도 널리 쓰이는 대표적인 형태가 되었다. 그러나 당시의 망원경들은 관측대상의 주위에 무지개빛이 생기는 색수차 현상이 아주 심했다. 1668년 영국의 뉴턴은 색수차를 없애기 위해 렌즈 대신 오목거울을 사용하는 반사망원경을 개발했다. 뉴턴이 제작한 반사망원경은 구경이 불과 38㎜에 불과했지만 색수차가 없다는 것 때문에 놀라운 것으로 받아들여졌다.

뉴턴보다 앞서 1663년 스코틀랜드의 J. 그레고리가 오목거울에 반사된 빛을 다시 오목거울로 모으는 방식의 반사망원경을 만들었으나, 광학적인 성능이 빈약하여 뉴턴의 것처럼 각광을 받지는 못했다. 1677년 프랑스의 카세그레인은 오목거울에 반사된 빛을 볼록거울로 반사하는 방식의 망원경을 제작했다. 이 카세그레인식은 뉴턴식보다 망원경의 길이가 짧아 편리한 점이 많았다. 1750년대 이후 반사식에 밀려 늦어졌던 굴절망원경의 개발이 활발해지기 시작했다.

1758년 영국의 돌런드는 굴절률과 분산계수가 다른 2개의 유리를 이용하여 색수차가 어느 정도 제거된 대물렌즈를 개발했다. 이때부터 굴절망원경의 큰 단점 중의 하나인 색수차 문제가 해결되기 시작했다.

1856년 프랑스의 푸코가 제작한 유리반사경은 은도금방식의 개발과 더불어 망원경 시대의 신기원을 마련했다. 푸코는 망원경을 정밀하게 테스트하는 법을 창안하여 반사경의 정밀도를 한층 더 높였고 구면반사경으로 포물면경을 제작할 수 있는 계기를 마련했다. 그 결과 한 번 제작하면 광택작업을 다시 할 필요가 없으며 무게도 가벼운 유리반사경을 이용한 반사망원경이 다시 발달하기 시작했다. 1800년대에 들어서면서부터 반사경용 유리의 개발과 렌즈용 광학유리산업이 발달함에 따라 수차보정에 대한 도전이 본격적으로 시작되었다. 1940년대에 들어서 슈미트와 막수토프가 개발한 보정판들을 이용한 반사와 굴절의 혼합형태의 망원경이 등장했다.

한편 1800년대말에 이르자 대형망원경들이 건설되기 시작하여 미국 여키스 천문대의 구경100cm 굴절망원경, 팔로마 산 천문대의 구경 5m 반사망원경 등 수많은 대형 망원경들이 건설되었으며 이들은 현대 천문학에 커다란 공헌을 하여 인류가 우주를 이해하는 데 필수적인 중요한 요소가 되었다. 결국 갈릴레오가 전쟁과 오락에 쓰이던 망원경을 천문학연구에 사용한 뒤로 천체망원경은 눈부신 발전을 거듭하여 광대한 우주를 이해하고자 노력하는 인간의 감각기능을 대신하고 있는 셈이다.

천체망원경과 전자기 스펙트럼

모든 천체망원경이 하는 역할의 공통점은 천체에서 복사되는 에너지를 검출하는 일이다.

우리가 흔히 빛이라고 부르는 전자기파도 일종의 에너지이다. 그러므로 천체망원경은 관측하고자 하는 에너지의 종류에 따라서 그 모양과 기능, 기록장치가 다양하다. 또한 관측의 편리성을 위한 부속장비의 기능과 형태도 여러 가지이다. 이와 같은 이유로 천체망원경의 종류는 수없이 많으며 천체망원경을 이해하기 위해서는 천체에서 복사되는 에너지에 대한 이해가 선행되어야 한다.

현재 사용되고 있는 망원경은 거의 모든 파장영역의 전자기파 에너지를 관측할 수 있다. 그림2의 전자기 스펙트럼을 살펴보면 우리가 흔히 빛이라고 부르는 가시광선은 전자기파의 극히 일부분일 뿐이고, 가시광선의 양쪽으로 감마선·X선·자외선·적외선·전파 등의 여러 가지 전자기파가 존재한다. 따라서 관측할 수 있는 전자기파의 종류에 따라서 망원경의 종류도 달라진다.

1930년대에 칼 잔스키와 그로트 레버가 천체에서 복사되는 전파를 관측한 이후로는 가시광선 외에 여러 가지 파장대의 전자기파를 관측하게 되었다. 또한 1960년대 이후로는 지상에서 벗어나 지구 밖의 궤도를 도는 인공위성에 장착된 망원경을 이용하여 우주공간에서도 천문관측을 할 수 있게 되었다.

종류

개요

천체망원경은 관측하는 전자기파에 따라서 크게 광학망원경과 전파망원경으로 나눌 수 있다.

광학망원경은 가시광선을 관측하는 망원경과 자외선망원경·적외선망원경 등이 있으며, 전파망원경은 관측하고자 하는 파장과 관측방식에 따라서 그 종류가 무척 다양하다. 또한 천체망원경은 전자기파를 모으는 방식에 따라서 크게 굴절망원경·반사망원경·반사굴절망원경으로 나눌 수 있다. 그밖에 관측하는 방식과 구조 등에 따라서 다중망원경·간섭계·기구망원경(氣球望遠鏡)·우주망원경 등 여러 가지로 구분할 수 있다. 그러므로 어떤 천체망원경을 뚜렷하게 1가지 종류로 분류하기는 어렵다.

굴절망원경

굴절망원경은 망원경의 몸체인 경통과 앞에서 입사되는 빛을 초점에 모아주는 대물 렌즈, 이 빛을 확대하는 접안 렌즈로 구성되어 있다.

대물 렌즈는 모두 볼록 렌즈이지만 접안 렌즈는 오목 렌즈나 볼록 렌즈를 사용한다. 접안 렌즈에 오목 렌즈를 사용하는 천체망원경을 갈릴레오(식) 망원경, 볼록렌즈를 사용하는 것을 케플러(식) 망원경이라고 한다. 갈릴레오 망원경은 정립상을 만들어주기 때문에 상이 바로 보이지만 시야가 좁아 현재는 천체망원경으로 사용하지 않고 지상망원경이나 오페라 글래스로 사용되고 있다. 케플러 망원경은 상의 위아래가 뒤집힌 도립상을 만들지만 천체관측에는 불편이 없으며, 시야가 넓기 때문에 천체관측에 쓰이는 대부분의 굴절망원경이 따르고 있는 방식이다.

굴절망원경은 색수차가 심하기 때문에 대물 렌즈와 접안 렌즈에 다양한 렌즈를 여러 개 겹쳐 사용하여 수차를 줄인다.

반사망원경

반사망원경은 빛을 모을 때 거울(반사경)을 이용하는 천체망원경이다.

1차로 빛을 반사시키는 거울을 1차거울 또는 주경이라고 하며, 1차로 반사된 빛을 다시 반사시켜 접안 렌즈로 보내는 거울을 2차거울 또는 부경이라고 한다. 반사망원경은 굴절망원경의 문제점인 색수차가 없으며, 거울의 한쪽 면만을 포물면이나 구면으로 연마하면 되므로 제작이 용이하고 비용이 절감되기 때문에 대부분의 대형 망원경에 채택되는 방식이다.

1616년 N. 추키가 오목거울을 이용하여 빛을 반사시켜 상을 맺게 하여 반사망원경의 기초적인 실험을 했다.

1663년 그레고리는 반사망원경의 원리를 고안했지만 제작에는 실패했고, 그후 1668년 뉴턴이 금속거울로 된 최초의 반사망원경을 제작했다. 이 뉴턴(식) 반사망원경은 주경 앞에 45° 기울어진 평면부경을 설치하여 천체를 향한 방향과 직각인 방향에서 관측하는 방식이다. 한편 주경의 가운데에 구멍을 만들어 부경에서 반사된 빛을 관측하는 방식의 반사망원경도 있는데, 이 경우에 부경으로 볼록거울을 쓰는 것을 카세그레인식, 오목거울을 쓰는 것을 그레고리식이라고 한다.

2차거울의 반사에 의한 빛의 손실을 줄이고자 주경에서 반사된 빛을 직접 접안 렌즈로 관측할 수 있도록 주경을 비스듬하게 배치한 허셜(식) 반사망원경도 있다. 그밖에 거울에 의한 구면수차를 줄이고 넓은 시야의 천체사진촬영을 위해 주경의 앞면에 보정판을 설치한 슈미트(식) 반사망원경도 있다.

전파망원경

전파망원경은 광학망원경과는 달리 파장이 긴 파장의 전자기파를 검출하는 장치이기 때문에 광학망원경과 구조가 다르다.

즉 전파망원경은 천체에서 발생되는 전파를 검출하여 1번에 1개의 상을 얻는 것이 아니라, 천체의 부분부분에서 발생되는 전파의 스펙트럼을 측정·분석하거나, 이렇게 측정한 각각의 스펙트럼을 종합하여 1개의 영상자료를 만든다. 그림3에 대표적인 전파망원경인 접시형전파망원경의 구성도가 나타나 있다. 전파를 모으는 것은 광학망원경처럼 반사경을 이용하지만 모아진 전파를 바로 이용하는 것이 아니라 증폭하고 분석하는 과정을 거쳐야만 한다.

앞에서 언급한 망원경 외에도 2대 이상의 천체망원경을 결합시켜 망원경의 분해능을 높인 간섭계와, 망원경을 인공위성이나 우주탐사선에 장착하여 관측하는 우주망원경이 있다.

또한 인공위성을 이용하여 관측하기 전에는 자외선이나 적외선 등 지상에서는 관측하기 어려운 파장을 관측하기 위해서 비행기나 기구에 망원경을 탑재하여 관측하기도 했으며, 현재도 비교적 값싼 관측비용 때문에 많이 쓰이고 있다.

가대

가대란 관측하고자 하는 천체를 향하여 망원경을 정렬하거나 천체의 일주운동을 따라서 움직일 수 있도록 망원경을 지지하는 받침대이다. 천체망원경의 가대는 크게 나누어 적도의식과 경위대식으로 나눌 수있는데, 적도의식이란 가대의 축이 항상 천구의 북극을 향하도록 배치되어 망원경이 적경과 적위를 따라서 움직이도록 설계된 것이며, 경위대식이란 망원경이 방위각과 고도를 따라서 움직일 수 있도록 만든 것이다.

한편 적도의식 가대는 형태에 따라서 독일식·영국식·포크식 등으로 나뉜다. 경위대식 가대는 구조가 간단하기는 하지만 천체를 관측할 때 천체의 좌표설정에 불편하기 때문에 과거에는 잘 쓰이지 않았으나 현재는 컴퓨터를 결합시킨 특별한 구조로 변형시켜 대형망원경에 쓰이고 있다. 또한 분광관측을 위해 개발된 쿠데식 가대도 있다.

보조측정기기

히파르코스가 하늘의 별들을 6개 등급으로 구분하여 목록을 만든 이후로 인간은 맨눈만으로도 훌륭하게 천체를 관측해왔다. 그러나 망원경이 발명된 후 여러 가지 보조측정기기를 망원경에 장착하여 천체관측의 정밀도와 효율을 높이고 있다. 천체망원경에 장착하는 보조기기의 기능과 종류는 여러 가지가 있지만 관측결과를 분석·보존하는 데 쓰이는 기기로는 사진기, 빛을 전기신호로 바꾸어주는 광전측광기, 빛을 스펙트럼으로 분리시키는 분광기, 전파관측에 사용되는 전파분광기 등이 있다. 최근에는 광전측광기와 사진의 특징을 결합시킨 전하결합소가(CCD)가 개발되어 널리 사용되며, 더욱 편리한 기능을 자랑하는 광섬유측정장치도 사용되고 있다.