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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.