망원경

망원경은 렌즈, 거울 등의 광학기기를 이용해 가시광선, 적외선, 엑스선, 전파 등의 전자기파를 모아 멀리 있는 물체를 관측하는 장치다. 망원경으로 다루는 전자기차의 파장에 따라 광학 망원경, 전파 망원경 등으로 분류된다. 일반적으로 망원경이라고 하면 가시광선을 보는 광학 망원경을 일컫는 경우가 많다. 망원경은 주로 천문학에서 사용되고, 이 외 군용 및 레저용으로도 많이 사용되고 있다. 망원경은 1611년에 그리스 수학자 갈릴레오 갈릴레이가 시연한 관측기기를 일컬으며 처음 사용한 기록이 존재한다. 최초의 망원경은 1608년 네덜란드에서 한스 리퍼세이 등이 발명한 굴절 망원경이다. 이 후 갈릴레오 갈릴레이는 망원경을 개선하여 천문학 관측에 사용했다. 빛을 모으는 역할을 하는 대물렌즈를 거울로 바꾸며 반사 망원경이 등장했다. 굴절 망원경이 가진 구면수차와 색 수차를 감소시킬 수 있는 포물면 거울의 장점이 알려지며 여러 가지 디자인의 반사망원경들이 나타났다. 1668년 아이작 뉴턴이 나중에 뉴턴식 망원경으로 알려진 첫 실용적 반사망원경을 발명했다. 1733년 이 후 일반 렌즈의 색 수차를 감소시킬 수 있는 색지움 렌즈의 발명 덕에 굴절망원경의 성능이 획기적으로 개선되었다. 반사망원경은 초기에 거울 도금물질이 쉽게 산화해버리는 문제가 있었지만 1857년, 1932년에 각각 망원경 거울을 은이나 알루미늄으로 도금하는 기술이 발명되며 비약적 발전을 하게 됐다. 현재 깎을 수 있는 유리 렌즈의 최대 크기는 약 1미터 정도에 불과한다. 20세기에 만들어진 거의 대부분의 대형 망원경들은 모두 반사망원경으로 만들어졌고 현재 가장 큰 광학 망원경의 크기는 10미터가 넘는다. 20세기 들어와서 가시광선뿐만 아니라 다른 파장의 빛을 관측할 수 있는 일반적 전자기파 관측기기로서의 망원경이 개발됐다. 최초의 전파망원경은 1931년 칼 잰스키에의해 발명됐다. 적외선 관측기술 1960년대에 접어들며 크게 발전됐다. 이 후 망원경은 파장 대역, 분해능, 집광력등의 면에서 엄청난 기술적 발전을 했다.

 

망원경은 대물렌즈나 반사거울을 이용해 물체로부터 나오는 빛을 모아 상을 만들고 상을 접안렌즈로 확대해서 실제보다 크게 보이도록 하는 기구다. 대물렌즈가 크면 클수록 물체로부터 나오는 빛을 많이 받게 되므로 상의 밝기가 커진다. 밤하늘의 대상들은 그 거리가 무한대로 볼 수 있으므로 상은 항상 대물렌즈의 초점상에 맺히게 된다. 그래서 대물렌즈에 의한 상의 크기가 크고 접안렌즈의 초점거리가 짧을수록 물체를 크게 확대시켜 볼 수 있다. 망원경의 가장 중요한 요소는 집광능과 분해능인데 사람의 동공보다 훨씬 더 넓은 면적의 렌즈나 곡면 거울을 이용해 빛을 모으므로, 육안으로 볼 수 있는 것 보다 더 어두운 피사체를 볼 수 있게 한다. 이것이 집광능이다. 또 망원경의 광학계-렌즈 또는 거울의 지름이 클수록 분해능이 높아지므로, 피사체를 더 세밀하고 뚜렷하게 볼 수 있게 해준다. 이 두가지의 요소 덕분에 망원경은 멀리 떨어져서 희미하게 보이는 천체를 우리가 관측할 수 있을 정도로 밝게 빛을 모아주는 동시에 관측 대상의 상을 더욱 세밀하고 정확하게 맺어주기 때문에 관측에 아주 적합한 도구다. 망원경이 처음 발명된 후부터 갈릴레오 갈릴레이에 의해 천문 관측에 이용됐고, 현대에도 지름 수 미터 이상의 대형 망원경들이 다수 제작돼 천문 관측에 널리 이용되고 있다.

 

망원경의 파장이나 위치, 이용 목적 등의 여러가지 기준에 따라 분류가 가능하나 관측하는 파장에 따라 전자기파를 모으는 방식과 기술이 크게 달라진다. 망원경은 주로 관측하는 파장에 따라 분류한다. 망원경은 위치에 따라 지상 망원경, 우주 망원경, 항공 망원경으로 나뉜다. 또 누가 어떤 목적으로 사용하느냐에 따라 천문학자들의 연구용 망원경, 그리고 아마추어 천문가의 망원경으로도 나뉠 수 있다. 하나 이상의 망원경, 관측장비들로 구성된 운동수단이나 캠퍼스를 천문대라고 한다. 광학 망원경은 가시광선 대역의 빛을 초점으로 모아서 확대된 상을 만드는데에 사용되는 망원경이다. 광학 망원경은 일반적으로 근적외선까지도 쓰인다. 이 확대된 영상을 눈으로 보거나, 사진을 찍거나, 또는 컴퓨터로 신호를 보내는 방법으로 이용할 수도 있다. 광학 망원경은 주로 천문학에 많이 쓰인다. 이 외에 용도로는 측량기, 조준경, 쌍안경, 카메라 렌즈 등이 있다. 광학 망원경은 보통 유리로 만들어진 렌즈나 거울을 조합해 빛을 모으는데 어떤 도구를 이용하냐에 따라 굴절 망원경, 반사 망원경, 반사-굴절 망원경으로 나뉜다. 전파망원경은 지향성 안테나를 이용한 망원경이며 광학 망원경과는 달리 긴 파장의 전파를 이용하므로 같은 크기의 광학 망원경에 비해 분해능이 떨어지는 단점을 가지고 있다. X선 망원경은 로켓이나 위성을 이용해 대기 밖에서 관측해야 한다. X선은 지구 대기에서 흡수되기 때문이다. 감마선은 파장이 너무 짧고 에너지가 크기에 가시광이나 X선처럼 유리 또는 금속 거울을 이용해 초점으로 빛을 모을 수 없다. 대신에 감마선 망원경은 감마선이 특별히 선택된 물질들과 반응하며 내는 전하를 띈 입자나 광학 섬광을 검출하는 방법을 사용한다. 지구의 대기가 감마선에 대해 불투명해 감마선 망원경은 기구, 로켓, 위성 등에 의해 실려 대기 밖에 위치해야 된다. 망원경을 설치하는 방식은 적도의 자오선 고정방식이 있다. 적도의는 지구의 자전축에 평행 회전축과 이 축에 직각을 이루는 화전축을 가진다. 후자에 직각으로 망원경을 고정시킨다. 거의 대부분의 천체망원경은 이 방식이다.