우주 연구에 있어서 망원경은 필수적인 도구입니다. 먼 거리의 행성을 관측하기 위해서는 천체망원경의 개발이 필수적이었습니다 이 글에서는 천체망원경의 역사, 종류, 원리에 대하여 정리해 보겠습니다.
1. 천체망원경의 역사
천체망원경의 역사는 1608년 네덜란드의 안드레아스 베셀리우스가 최초로 발명한 것으로부터 시작됩니다. 베셀리우스는 두 개의 렌즈를 결합하여 망원경을 만들었습니다. 이 망원경은 3배의 배율을 가지고 있었습니다. 베셀리우스의 망원경은 곧 이탈리아의 갈릴레오 갈릴레이에게 전해졌습니다. 갈릴레이는 베셀리우스의 망원경을 개량하여 30배의 배율을 가진 망원경을 만들었습니다. 갈릴레이는 이 망원경을 사용하여 달의 표면, 목성의 위성, 토성의 고리 등을 관측했습니다. 갈릴레이의 천체 관측은 천문학의 발전에 큰 기여를 했습니다.
갈릴레이는 달의 표면이 매끄럽지 않고, 목성에는 4개의 위성이 있다는 것을 발견했습니다. 또한, 토성의 고리가 두 개가 아니라, 여러 개로 이루어져 있다는 것을 발견했습니다. 갈릴레이의 발견은 당시의 천문학적 지식을 뒤바꾸어 놓았습니다. 그동안 사람들은 달의 표면이 매끄럽고, 목성과 토성은 별이라고 믿었습니다. 하지만 갈릴레이의 발견으로 인해, 달의 표면은 거칠고, 목성과 토성은 행성이라는 사실이 밝혀졌습니다. 갈릴레이 이후에도 천체망원경의 발전은 계속되었습니다. 1668년 영국의 이삭 뉴턴은 반사망원경을 발명했습니다.
반사망원경은 굴절망원경보다 빛을 모으는 능력이 떨어지지만, 대형 망원경을 만들기가 쉽다는 장점이 있습니다. 19세기에는 대형 천체망원경이 개발되기 시작했습니다. 1845년 미국의 알반 클레이는 24인치 반사망원경을 만들었습니다. 이 망원경은 당시 세계에서 가장 큰 망원경이었습니다. 20세기에는 망원경의 기술이 더욱 발전했습니다. 1948년 미국의 허블 우주망원경이 발사되었습니다. 허블 우주망원경은 지구 궤도에서 운행하는 최초의 우주망원경입니다. 허블 우주망원경은 우주 먼지와 대기를 통과하지 않고 천체를 관측할 수 있기 때문에, 지상에서 관측할 수 없는 천체의 모습을 관측할 수 있습니다. 현대에는 대형 천체망원경이 우주 탐사에 중요한 역할을 하고 있습니다. 허블 우주망원경 외에도 유럽의 켁 우주망원경, 일본의 스피처 우주망원경 등이 우주 탐사에 사용되고 있습니다.
2. 천체 망원경의 종류
천체망원경은 크게 굴절망원경과 반사망원경이 있습니다.
1. 굴절망원경: 굴절망원경은 렌즈를 사용하여 빛을 모으는 망원경입니다. 굴절망원경은 빛을 모으는 능력이 우수하지만, 대형 망원경을 만들기가 어렵다는 단점이 있습니다. 굴절망원경의 구성은 대물렌즈와 집광렌즈가 있습니다. 대물렌즈는 빛을 모아주고 집광렌즈는 빛의 초점을 모으는 렌즈입니다. 굴절망원경은 빛을 모으는 능력이 우수하고 색수차가 적으며 구조가 단순하다는 점입니다. 단점으로는 대형으로 만들기가 어렵고 대기의 영향으로 이미지가 흐려지기 쉽다는 점이 있습니다.
2. 반사망원경: 반사망원경은 거울을 사용하여 빛을 모으는 망원경입니다. 반사망원경은 굴절망원경보다 빛을 모으는 능력이 떨어지지만, 대형 망원경을 만들기가 쉽다는 장점이 있습니다. 반사망원경의 구성은 천체에서 오는 빛을 모으는 거울인 주경과 주경에서 모인 빛의 초점을 모으는 집광거울이 있습니다. 반사망원경의 장점으로는 대형망원경 만들기가 쉽고 대기의 영향이 적다는 점입니다. 단점으로는 빛을 모으는 능력이 굴절망원경보다 떨어지고 색수차가 생길 수 있다는 점입니다.
3. 천체망원경의 원리
망원경의 원리는 3단계로 나눠서 생각할 수 있습니다. 일단, 천체에서 오는 빛은 망원경의 렌즈나 거울에 의해 모아집니다. 그런 후 모인 빛은 망원경의 초점으로 모여지고 모인 빛을 받아 천체의 모습을 볼 수 있습니다. 굴절망원경의 대물렌즈는 볼록렌즈로 되어 있습니다. 볼록렌즈는 빛을 굴절시켜 초점에 모으는 성질을 가지고 있습니다. 천체에서 오는 빛은 대물렌즈를 통과하면서 굴절되어 초점에 모아집니다. 초점에 모인 빛을 받아 천체의 모습을 볼 수 있습니다. 반사망원경은 주경이 오목거울로 되어 있습니다. 오목거울은 빛을 반사시켜 초점에 모으는 성질을 가지고 있습니다. 천체에서 오는 빛은 주경에 반사되어 초점에 모아집니다. 초점에 모인 빛을 받아 천체의 모습을 볼 수 있게 됩니다.
색수차
천체망원경은 빛을 모으는 과정에서 색수차가 발생할 수 있습니다. 색수차는 빛의 파장에 따라 렌즈나 거울에 굴절되는 정도가 달라지는 현상을 말합니다. 색수차가 발생하면 망원경으로 관측한 이미지가 흐려지고 색이 왜곡될 수 있습니다. 굴절망원경은 색수차가 발생하기 쉽습니다. 굴절망원경의 대물렌즈는 일반적으로 여러 개의 렌즈를 조합하여 제작됩니다. 이는 색수차를 줄이기 위한 방법입니다. 반사망원경은 색수차가 발생하기 어렵습니다. 반사망원경의 주경은 오목거울로 되어 있기 때문에, 빛의 파장에 따라 굴절되는 정도가 크게 다르지 않습니다.
대형 망원경
대형 망원경은 빛을 더 많이 모아 더 멀리 있는 천체를 관측할 수 있습니다. 대형 망원경은 굴절망원경과 반사망원경 모두 제작이 가능하지만, 반사망원경이 더 용이합니다. 굴절망원경은 대형으로 제작하기 어렵습니다. 굴절망원경의 대물렌즈는 크기가 커질수록 두께가 두꺼워져야 합니다. 두꺼운 렌즈는 빛을 굴절시키는 능력이 떨어지기 때문에, 망원경의 성능이 저하될 수 있습니다. 반사망원경은 대형으로 제작하기 쉽습니다. 반사망원경의 주경은 오목거울로 되어 있기 때문에, 크기가 커질수록 두께가 얇아져도 빛을 굴절시키는 능력이 떨어지지 않습니다.
현대에는 지구 궤도에 띄워진 우주망원경이 사용되고 있습니다. 우주망원경은 대기의 영향을 받지 않고 천체를 관측할 수 있기 때문에, 지상에서 관측할 수 없는 천체의 모습까지 잡아냅니다. 당연히 운용 비용이 비싸고 고장 나면 수리가 어려운 단점이 있지만 지상에 있는 망원경과 비교가 안 되는 성능을 자랑합니다. 이런 천체망원경을 통하여 우주의 신비가 하나씩 드러나고 있는 만큼 천체망원경에 대해서도 이해하고 있으면 좋겠습니다.