천체망원경의 종류와 역할

허블 천체망원경으로 1994년 천체를 관측하면서부터 세계의 천문학, 우주과학은 큰  발전을 이루게 되었습니다.  여러 종류의 천체망원경이 만들어졌습니다. 지상의 망원경도 발전했으며 설치장소가 중요했습니다. 우주의 천체망원경은 반사거울, 전파망원경의 성능에 대해서 알아보겠습니다.  

 

천체망원경과 천문대

 

허블망원경의 등장과 천문학의 혁신

허블망원경이 작동을 시작한 1993년 이후 1년이 채 안된 시점인 1994년 허블 우주 천체망원경은 지구로부터 120억~140억 광년 떨어진 원시 은하계를 관측하는 데 처음으로 성공을 했습니다.

 

허블 망원경이 보내은 사진으로 우주 빅뱅이 일어났다는 것을 알게 되고 빅뱅 직후 원시 은하계가 형성되었으며 그 이후 지금까지 블랙홀이 은하계 중심부에서 가스와 별 구성 성분들을 엄청난 속도로 빨아들이고 있다는 증거를 보여주는 사진들을 포함하여 수만 장의 사진과 영상을 지구로 보내왔습니다

허블망원경의 등장과 보내온 사진을 통해 천문학에서 풀리지 않던 문제들 중 하나씩 풀려가며 놀라운 우주과학 발전의 혁신을 이루는 계기가 되었습니다.

 

다양한 우주의 빛과 천체망원경 종류

우주를 관측하기 위해서는 별에서부터  나오는 모든 빛을 분석할 수 있어야 합니다. 이런 빛들은 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선 외에 보이지 않는 X선, 감마선, 적외선, 자외선들이 있습니다. 그러나  이 빛 중에서 지상까지 도달하는 빛은 가시광선과 적외선의 일부입니다. 태양에서 나오는 자외선 중에서도 일부만 지상에 도달하고 별에서 나온 자외선들은 대기에 흡수되어 버립니다. 그 외의 빛들은 지상에서는 관측이 원천적으로 불가능합니다. 

 

그래서 다양한 빛에 맞춤 설계된 천체망원경들이 만들어 우주로 올려졌습니다. 허블망원경은 가시광선용이었으며, X선 관측용 인 찬드라, 적외선용 스피처, 자외선 관측용 갤럭시, 감마선 용인 페르미 등입니다.

 

블랙홀 연구에 찬드라 망원경

천체망원경들마다 이용하는 빛이 다르기 때문에 촬영 용도도 달리할 수 있습니다. 허블망원경은 우주 영상을 디지털카메라처럼 촬영을 하고, 찬드라 망원경은  블랙홀 분야를 허블보다 훨씬 더 관찰하기에 적합합니다.  블랙홀은 모든 것이 빨려 들어가는 성질이 있어서 빛도 물질도 볼 수가 없습니다만  블랙홀 주변으로 X선을 강력하게 방출하고 있어 X선을 감지함으로 파악하는 것입니다. 

 

천체 망원경들의 역할

신생 별은 온도가 낮고 적외선을 많이 방출합니다.  갤럭시 망원경은 별에서 방출하는 에너지 전체를 산출해낼 수 있습니다. 뜨거운  별들은 주로 자외선 외 많이 나오고, 차가운 별은 적외선이 많이 나옵니다.

갤럭시 망원경과 스피처 망원경은 서로 보완하여 별들을 관측해나갑니다. 

페르미 망원경은 블랙홀이나 높은 에너지를 가졌으나 알 수 없는 천체를 알아내는 데 쓰입니다. 

 

지상관측보다 높은 효율

우주에는 공기가 없고 습도도 없기 때문에 천체 관측하기에 최적의 조건입니다. 이들 천체망원경들은 지상에 있는 천체망원경보다 효율이 몇 배는 높기 때문에 반사거울 2.4m 허블망원경은 지상 8m짜리 천체망원경을 설치하여 관측하는 것과 맞먹는 결과를 낼 수 있습니다. 

그러나 우주의 천체망원경은 막대한 비용이 들고 수명이 짧다는 문제가 있습니다.

 

지상 망원경의 발전

지상의 망원경들도 가시광선과 적외선을 관측할 수가 있으나 환경의 영향을 많이 받아 우주처럼 좋은 영상들을 얻기가 어렵습니다. 이런 문제를 해결하는 방법으로는 렌즈에 해당하는 주 반사거울의 크기를 늘리면서 각종 간섭을 최소화시키는 것입니다. 

 

18세기 말 미국의 윌리엄 허셀은 구경 122cm 반사망원경을 만들고 1917년 윌슨 산 천문대에 구경 2.5m 반사망원경을, 1948년에는 팔로마산 천문대에 5m 구경 반사망원경을, 97년 하와이에는 구경 10m 반사망원경을, 2007년에는 애리조나에 11.8m 망원경을 설치했습니다.  

한국에는 보현산 천문대에 1.8m 천체망원경을 가지고 있습니다.

 

지상 천체망원경 설치 장소

지상 천체 망원경이 우주를 관측할 때 장소 또한 매우 중요합니다. 환경의 영향을 최소한도로 받아야 하기 때문에 맑은 날이 많고, 습기가 적고, 기류 변화가 적은 곳이 좋습니다. 

그래서 하와이 마우나케아 산, 칠레 안데스 산맥, 스페인 카나리아 제도, 남아프리카 등이 설치하기 적합한 곳입니다.  

 

우주 천체망원경의 주반사 거울 발전

우주에서 사용할 천체망원경은 지상보다 또 다른 조건들이 필요합니다. 또 너무 무겁지 않아야 합니다.  개발과 유지에 비용이 많이 들기 때문에 첨단의 기술이 필요합니다.

 

천체망원경에서 빛을 가장 먼저 받아들이는 역할을 하는 주반사 거울을 단일 거울로 만들면 구경이 8.5m 이상이 되면 휘어짐을 방지하기 위해 두께가 두꺼워질 수밖에 없고 그러면 무거워집니다. 단일단일 반사거울로 만드는 것보다  여러 개를 이어 붙이는 방식이 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다.

 

그래서 하와이의 구경 10m 이상인 켁망원경은 구경 1.8m짜리를 30개 이어서 만들었습니다. 구경 25m gmt 천체망원경은 구경 8.4m 반사거울을 7장 붙여서 만들었습니다.  

 

구경에 제한이 없는 전파망원경

직접 관측하는 천체망원경 외에 전파망원경이 있는데요. 우주에서 오는 전파를 수신해서 우주를 관측하는 망원경입니다. 

서로 멀리 떨어진 곳에 설치한 전파 망원경을 통해 수신한 전파를 조합하여 영상을 구성할 수 있습니다.

 

우리나라는 서울, 울산, 제주에서 전파망원경이 수신한 전파를 조합해 구경 500km 망원경의 성능을 낼 수 있습니다.

중국과 일본의 전파망원경과 연결하게 되면 구결 2500km 규모 망원경의 성능까지도 가능해집니다.  

 

천체망원경 맺음말 

천체망원경으로 1994년 천체를 관측하면서부터 천문학 발전에 새로운 세계가 열렸습니다. 이후 여러 종류의 천체망원경이 만들어졌고 종류별로 행하는 영역도 달랐습니다.  지상에서도 천체를 관측하는 망원경은 기술발전에 따라 그 구경이 점점 커졌으며 우주의 천체망원경은 반사거울을 여러 개로 만드는 기술도 사용합니다. 천체망원경 외에 전파망원경은 그 구겨에 제한이 없는 성능을 낼 수도 있습니다.