망원경의 개발과 우주관의 변화
1608년 네덜란드의 안경 제조업자인 리프셰(Hans Lipershey)는 우연한 기회에 두 개의 렌즈를 적당한 간격으로 두었을 때 멀리 있는 물체를 확대해 볼 수 있다는 사실을 발견하게 된다. 이듬해 이 사실을 전해들은 갈릴레이(Galileo Galilei)는 볼록렌즈와 오목렌즈를 조합한 망원경을 제작하였고, 1610년에는 그가 만든 망원경으로 목성, 금성, 달 등을 관찰함으로써 인류 최초로 망원경을 이용해 천체를 관측한 사람으로 기록되게 되었다.망원경으로 천체를 본 그는 목성 주위를 도는 네 개의 위성을 발견하였고(이는 현재 갈릴레이 위성이라 불린다.), 금성의 모습이 달처럼 변한다는 사실도 알게 된다. 이는 그가 믿고 있었던 우주관인 지동설을 확신하는데 결정적인 역할을 했다. 금성의 모습이 달처럼 변할 수 있는 것은 내행성으로써 태양을 공전하기 때문이고, 목성의 위성들이 목성을 공전하고 목성이 또한 태양을 공전하는 것처럼 지구 역시 태양을 공전하는 천체임을 확신하게 된다. 이러한 생각은 교황청을 비롯한 종교계와 대립되는 것이었고, 끝까지 자신의 의지를 굽히지 않은 갈릴레이는 로마의 교황청에 의해 남은 평생을 자신의 집에서 구류되어 보냈다.
갈릴레이 이후 망원경은 급속도로 보급되었는데 그가 처음 만들어 사용하던 망원경은 앞서 언급한 것처럼 볼록렌즈와 오목렌즈를 합성한 것으로 이를 갈릴레이식 망원경이라 부른다. 이 갈릴레이식 망원경은 볼록렌즈로 빛을 모으고, 오목렌즈로 상을 확대하는 방식으로 사물을 볼 수 있다. 이 방법은 상을 바로 볼 수 있으나 시야가 좁아 현재는 쌍안경 등에 적용된다.
케플러 망원경은 대물렌즈와 접안렌즈 모두 볼록렌즈로 되어 있다. 이것은 갈릴레이식 망원경과 접안렌즈가 다르다. 이로 인해 바라보는 대상은 상하좌우가 뒤바뀌지만 갈릴레이식 망원경에 비하여 상대적으로 상이 안정되어있고 시야가 넓어 현재의 대부분의 굴절망원경이 이 형식으로 쓰인다.
17세기의 갈릴레이식과 케플러식 굴절망원경에 사용된 렌즈의 질은 지금과 비교하면 현저히 떨어진다. 또한 렌즈를 통과한 빛은 무지개처럼 여러 색으로 퍼지는 색수차가 생기게 된다. 그 당시 렌즈의 색수차 때문에 별을 관측할 때 별의모습이 이상하게 보인 다는 것을 안 뉴턴은 렌즈 대신에 거울을 사용한 반사망원경을 고안하게 된다. 이 반사망원경의 탄생으로 굴절망원경의 단점인 색수차는 없어지게 되었다. 그리고 이 반사망원경은 굴절망원경에 비하여 상대적으로 작은 크기로도 높은 배율을 지닐 수 있었고, 현재에는 8~10m급 반사망원경들이 사용되고 있고 수십m 크기의 거대한 망원경들도 등장하게 된다. 하지만 반사망원경은 동급의 굴절망원경에 비해 상이 안정적이지 못하고, 구면수차가 생긴다.
렌즈를 사용한 굴절망원경은 1m급 이상의 망원경을 만드는 데에도 많은 비용이 들며, 렌즈가 경통 윗부분에 있어서 이 무거운 렌즈를 지지할 수 있는 지지대가 필요한데 이것 또한 만들기 어렵다. 따라서 대형망원경들 중에 굴절망원경은 찾아보기 힘들다. 하지만 반사망원경은 거울이 경통의 뒷부분에 있어서 지지하기가 쉽고, 거울자체도 한쪽면만 손질하면 되기 때문에 대형으로 제작하기가 상대적으로 쉽다.
허블우주망원경(Hubble Space Telescope, HST)은 지구 밖에서 우주의 깊은 곳을 관측하는 우주망원경이다. 지상에서 아무리 거대한 망원경을 만들어서 관측을 하지만, 지구대기에 의한 효과로 천체를 선명하게 관측 할 수 없다. 또한 지구대기는 가시광선을 포함한 몇몇 파장대만을 통과 시키므로 전 파장대의 영역을 관측할 수 없다. 따라서 과학자들은 망원경을 지구대기 밖으로 올려 보내기 시작했고, 그 우주망원경 중에 가장 유명한 것이 바로 허블우주망원경일 것이다. 이것은 1990년 우주로 발사되었고, 비록 지름 2.4미터의 작은 망원경이지만, 지상에서 지구대기의 영향으로 볼 수 없었던 우주의 자세한 모습과 우주 깊숙한 곳까지를 볼 수 있었다. 이 우주망원경은 현재까지도 작동하고 있으며, 이후 여러 파장대의 우주망원경들이 우주로 올라가 이 우주의 기원과 인류의 기원에 대한 실마리를 풀 수 있도록 우주에 대한 연구하고 있다.
집광력과 분해능은 망원경의 중요한 성능이 된다. 결과적으로 망원경은 멀리 있는 천체들을 얼마나 자세히 볼 수 있는지와 얼마나 어두운 것을 볼 수 있느냐로 그 성능이 판가름되기 때문이다. 좀 더 쉽게 접근해 보면, 아주 가까이 붙어있는 두개의 별이 분해가 되어 보이는지 아닌지를 판단하는 것이 분해능이라고 할 수 있다. 보통 가시광선으로 관측을 하게될 경우 망원경 구경이 100mm가 되면 약 1"(1초 = 1/3600도)의 분해능을 갖게 된다. 보통 보름달의 크기가 약 0.5도(1800")이므로 실제 1"의 분해능은 자세히 보이는 편에 속하며, 천문학자들은 수많은 별들 중에서 다른 별을 구분해 내기 위해 1초 이하의 분해능을 갖는 망원경으로 관측을 한다.

★ | 35mm film | DSLR(Canon 20D) | ||||
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렌즈/망원경 초점거리 |
세로 | 가로 | 대각선 | 세로 | 가로 | 대각선 |
24mm | 36mm | 43mm | 15mm | 22.5mm | 27mm | |
15 | 91.7 | 137.5 | 164.3 | 57.3 | 85.9 | 103.1 |
24 | 57.3 | 85.9 | 102.7 | 35.8 | 53.7 | 64.4 |
35 | 39.3 | 58.9 | 70.4 | 24.5 | 36.8 | 44.2 |
50 | 27.5 | 41.2 | 49.3 | 17.1 | 25.7 | 30.9 |
100 | 13.7 | 20.6 | 24.6 | 8.59 | 12.9 | 15.4 |
200 | 6.87 | 10.3 | 12.3 | 4.29 | 6.44 | 7.73 |
400 | 3.44 | 5.15 | 6.16 | 2.14 | 3.22 | 3.86 |
1000 | 1.35 | 2.06 | 2.46 | 0.85 | 1.28 | 1.54 |
2000 | 0.68 | 1.03 | 1.23 | 0.42 | 0.64 | 0.77 |
</dd> <dd>
</dd> <dd>
</dd> <dd>
</dd> <dt></dt> <dd>굴절망원경은 빛이 렌즈를 통과할 때 굴절되는 특성을 이용해 빛을 모을 수 있도록 만든 망원경이다. 이것은 접안렌즈에 따라 갈릴레이식과 케플러식으로 나눈다.
- 장점 : 동일 크기의 반사망원경에 비해 빛을 많이 모을 수 있고 상의 대조가 좋다.
- 단점 : 상대적으로 가격이 비싸고 색수차가 나타난다.
※ 굴절망원경의 색수차는 굴절률이 다른 두 개 이상의 렌즈를 복합해서 만들면 거의 해결이 된다. </dd> <dt class="subtitle">갈릴레이식 굴절망원경 </dt> <dd class="img_m"></dd> <dd>1608년 네덜란드의 안경 제조업자인 리프셰(Hans Lipershey)는 우연한 기회에 두 개의 렌즈를 적당한 간격으로 두었을 때 멀리 있는 물체를 확대해 볼 수 있다는 사실을 발견하게 된다. 이 사실을 들은 갈릴레이는 이듬해 자신이 직접 망원경을 제작하게 되는데, 대물렌즈를 볼록렌즈로, 접안렌즈를 오목렌즈로 구성해 망원경을 만들었고, 이를 갈릴레이식 망원경이라 부른다.
- 장점 : 상이 정립(똑바로)으로 보인다.
- 단점 : 시야(볼 수 있는 영역)가 좁다. 색수차가 생긴다.
- 용도 : 오페라 관람용 망원경, 측지용 등. 그러나 천문용으로는 잘 이용되지 않는다.
※ 갈릴레이식 망원경이 시야가 좁은 이유 : 망원경의 시야(볼 수 있는 영역)는 접안렌즈의 시야에 비례한다. 즉, 접안렌즈의 시야가 넓을수록 넓은 영역을 볼 수 있다. 오목렌즈를 이용한 접안렌즈는 구조적으로 시야가 좁기 때문에 갈릴레이식 망원경의 시야는 좁다. </dd> <dt class="subtitle">케플러식 망원경</dt> <
1611년에 발표된 케플러의 저서에는 갈릴레이식과는 달리 접안렌즈를 볼록렌즈로 한 굴절망원경을 설계를 제시하였는데 이를 케플러식 망원경이라 한다. 케플러는 자신이 망원경을 직접 제작하지는 않았지만 그가 처음으로 설계한 망원경이라 하여 케플러식 망원경이라 부른다.
- 장점 : 시야가 넓다.
- 단점 : 상이 도립(거꾸로)으로 보인다. 색수차가 생긴다.
- 용도 : 천문관측 및 지상관측
※ 케플러식 망원경의 단점은 상이 거꾸로 보이는 것이지만 접안렌즈 앞에 직각프리즘(또는 직각 거울)을 설치하면 정립(똑바로)된 상을 볼 수 있다. 일반적으로 사용되는 대부분의 쌍안경이 케플러식 망원경이지만 이처럼 직각 프리즘이 설치되어 있어 마치 갈릴레이식 망원경처럼 상을 정립으로 볼 수 있다. </dd> <dt>굴절망원경의 대물렌즈의 종류와 특성</dt> <dt class="subtitle">무반사 코팅 렌즈</dt> <dd>빛의 대부분은 렌즈를 통과하지만 렌즈 재질의 전기적 특성에 의해 일부는 통과하지 못하고 반사하게 된다. 따라서 렌즈의 투과율을 높이기 위해서는 유전체 물질로 렌즈 표면을 코팅해야 하며, 코팅된 렌즈를 무반사 코팅 렌즈라 부른다. 투과율을 보다 높이기 위해서는 다른 재질의 물질을 여러 번 코팅하기도 한다. 무반사 코팅 렌즈의 대부분은 청색(어떤 것은 적색)을 띠고 있어 쉽게 알아볼 수 있다. </dd> <dt class="subtitle">아크로메틱 렌즈
렌즈의 초점 위치는 빛의 색에 따라 다르다. 붉은 색일수록 먼 곳에서, 푸른색일수록 렌즈로부터 가까운 곳에 초점을 맺는다. 색에 따라 렌즈의 초점 위치가 다르면 상이 깨끗이 보이지 않는다. 즉, 청색이 잘 보이도록 조절하면 붉은 색이 흐려지고 역으로 붉은 색이 잘 보이도록 하면 푸른색이 흐려진다. 이 같은 문제는 왼쪽 그림처럼 굴절률이 다른 두 개의 렌즈를 합성함으로써 해결될 수 있다. 아크로매틱 렌즈는 붉은 색과 푸른색이 한곳에서 초점을 맺도록 설계된 렌즈이다. </dd> <dt class="subtitle">아포크로메틱 렌즈</d색수차를 보정하기 위해 고안된 것이 아크로메틱 렌즈이지만 이 역시 색수차를 완전히 제거하는 것은 아니다. 아포크로메틱 렌즈는 왼쪽 그림처럼 3 개의 굴절률이 서로 다른 렌즈를 이용해 만든 것으로 색수차가 거의 제거된다.
※ 아포크로메틱 렌즈의 종류 중에는 ED렌즈, SD렌즈, 프로라이트(형석) 렌즈 등이 있는데 학술적 표현 방법은 아니나 늘리 사용되는 용어이다. 사용되는 유리의 재질에 따라 이들 간의 구분이 된다. 아포크로메틱 렌즈는 색수차가 잘 보정된다는 장점이 있으나 지나치게 가격이 비싸다는 단점 때문에 전문가가 아니면 특별히 사용할 필요는 없다. </dd> <dd></dd>
반사망원경
반사망원경은 거울의 반사 성질을 이용해 빛을 모으도록 만들어진 망원경이다. 이것은 굴절망원경의 색수차 문제를 해결할 수 있고, 제작비용이 저렴하여 현재 대부분의 대형망원경은 이러한 반사망원경이 차지하고 있다.
반사망원경의 장점과 단점
- 장점 : 같은 크기의 굴절망원경에 가격이 상당히 저렴하다.색수차가 나타나지 않는다.
- 단점 : 구면수차가 나타난다. 같은 크기의 굴절망원경에 비하여 상대적으로 빛을 적게 모은다. 유지 및 관리가 힘들다.
굴절만원경의 렌즈(특히 무반사 코팅된 렌즈)는 빛을 거의 99 % 통과시키지만 알루미늄이 코팅된 거울은 반사 과정에서 최소한 10 % 이상의 손실을 보게 된다. 그 원인은 알루미늄의 전기적 특성 때문이다. 은으로 코팅하는 경우에 반사에 따른 손실은 좀 더 줄일 수 있으나 수명이 짧아 자주 코팅해야 하는 등의 이유로 실제 이용되지는 않는다. 그리고 반사망원경은 대개 두 개 이상의 반사 거울로 이루어져 있어서 최소 20 % 정도의 빛의 손실이 있다. 또한 부경이나 부경의 지지대에 의한 빛의 차단 등을 고려하면 실제 손실은 30 % 이상이 된다. 이 부경이나 부경의 지지대로 인해 입사되는 빛의 일부가 차단될 뿐만 아니라 회절이 생겨 분해능을 떨어뜨린다.
그리고 반사망원경은 가끔 틀어진 광축을 조정해 주어야 하는 등 굴절망원경에 비해 유지 및 관리가 까다롭다.
- 특수망원경
- 태양 망원경







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