천체망원경과 천문대

천체망원경과 천문대

천체망원경과 천문대

17세기 이전까지는 별들의 빛을 관측하는 수단은 인간의 눈, 그리고 별의 위치를 측정하기 위한 기계적인 장치들이 전부였습니다. 최초의 망원경이 발명된 것은 1608년의 일인데요, 네덜란드의 안경사 리페르 세이가 굴절 망원경을 처음으로 만들었습니다. 리페르 세이는 렌즈 두 개를 가지고 풍경을 보다가 이것이 물체를 확대해 보인다는 사실을 발견하고, 금속 통에 두 개의 렌즈를 부착해서 멀리 있는 것을 보기 편하도록 만든 것인데, 이것이 망원경의 시초가 된 것입니다. 그다음 해인 1609년, 갈릴레이는 렌즈를 연마해서 지름 44mm의 망원경을 직접 제작하고, 인류 최초로 이 망원경 가지고 천체들을 관측하는데 활용했습니다. 사실, 이 망원경은 성능이 배율이 9배 밖에 되지 않는, 지금으로 치면 문구점에서 파는 망원경 정도도 되지 않는, 보잘것없는 것에 불과했습니다. 그렇지만, 갈릴레이는 이 망원경으로 금성을 관측해서, 코페르니쿠스의 지동설을 증명하는 위대한 발견을 한 것입니다. 뿐만 아니라, 은하수의 수많은 별들을 처음으로 확인을 했고 목성의 위성들, 달 표면의 분화구, 토성의 고리, 태양의 흑점과 같은 것들을 처음으로 확인하는 정말 놀랄만한 새로운 발견들을 이루어 내었습니다. 자, 그럼 천체 망원경의 구조에 대해서 잠깐 알아보도록 하겠습니다. 광학망원경은 크게 굴절망원경과 반사망원경이 있습니다. 굴절망원경은 볼록렌즈로 빛을 모읍니다. 반사망원경은 오목거울을 사용하여 빛을 모읍니다. 1609년 갈릴레이가 처음으로 천체를 관측한 망원경은 굴절망원경입니다. 반사망원경은 1668년 뉴턴이 처음으로 만들었습니다. 당시, 뉴턴이 만든 반사망원경은 청동으로 연마한 지름 2. 5cm의 오목거울과 평면거울로 구성된 길이 15cm의 정도밖에 되지 않는 작은 망원경이었습니다. 뉴턴의 반사망원경은 약 40배의 배율을 가지고 있었다고 하는데 역시 지금 문구점에서 살 수 있는 수준의 망원경 정도밖에 되지 않는 것입니다. 자 그렇다면, 망원경의 성능, 망원경의 성능은 어떻게 나타낼까? 천체 관측에 망원경을 사용하는 기본적인 이유는 더 어두운 천체를 더 정밀하게 관측하고, 가까운 천체들에 대해서는 더 크게 관측을 하기 위한 것입니다.

망원경의 성능

이와 관련해서 망원경의 성능에는 크게 세 가지가 있습니다. 첫째 집 광력, 둘째 분해능, 셋째 배율이라는 것입니다. 먼저, 집 광력. 더 어두운 천체를 잘 보기 위해서는 어두운 빛을 모으는 능력이 좋아야 합니다. 이것을 집 광력이라고 합니다. 집 광력은 망원경의 대물렌즈 또는 반사망원경의 오목거울의 면적이 크면 더 좋아집니다. 지름 10cm 망원경에 비해 지름 100cm 망원경은 대물렌즈 또는 반사거울의 면적이 100배 더 큽니다. 이 경우, 집 광력이 100배 더 크다고 이야기하고, 이 말은 하늘에서 100배 더 어두운 천체를 볼 수 있는 능력이 있다는 것을 의미합니다. 그다음, 분해능. 어떤 대상을 더 정밀하게 관측한다는 것은 더 정밀한 작은 각도로 그 대상을 확인할 수 있다는 것을 의미합니다. 시력이 나쁜 사람의 경우, 안경을 사용했을 때, 우리가 어떤 더 뚜렷하게 볼 수 있다는 것과 같은 의미입니다. 이러한 능력을 분해능이라고 합니다. 분해능은 망원경의 지름이 클수록 분해능이 좋아집니다. 지름 100cm 망원경은 지름 10cm 망원경보다 분해능이 10배 더 좋습니다. 다시 말해서, 10배 더 정밀하게 어떤 대상을 볼 수 있다는 것입니다. 그런데 분해능을 변화시키는 것은 망원경의 지름 말고 또 하나 변수가 더 있습니다. 망원경의 분해능은 관측하는 파장이 짧을수록 더 좋아집니다. 우리가 우리 모습을 가시광선으로 찍은 사진과 적외선으로 찍은 사진을 비교해 보면, 적외선 파장으로 찍은 사진이 훨씬 더 분해능이 좋지 않습니다 왜냐하면, 적외선이 가시광선보다 더 파장이 길기 때문입니다. 그래서 우리가 정밀한 분해능을 가지려고 하면 파장이 짧은 파장으로 어떤 대상을 관찰하는 것이 좋습니다. 망원경 성능 마지막, 배율. 천체를 더 확대해서 크게 볼 수 있는 능력을 배율이라고 합니다. 배율은 망원경의 대물렌즈 또는 주 반사거울의 초점거리와 접안렌즈의 초점거리의 비 값으로 결정을 합니다. 초점거리는 렌즈로부터 빛이 모이는 지점까지의 거리를 우리가 초점거리라고 이야기합니다. 일반적인 망원경들은 초점거리가 다른 접안렌즈를 바꿔 낄 수 있도록 고안이 되어있어서 배율을 조절할 수 있습니다. 그런데 사실, 배율은 천체를 관측하는 망원경의 성능 중에서는 가장 중요한 특성은 아닙니다. 왜냐하면, 태양계 내에 있는 가까운 천체들을 제외하고 하늘의 대부분의 별들은 우리로부터 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 망원경의 배율이 아무리 크다고 해도, 별 자체를 확대해서 볼 수 없기 때문에 배율은 천문관측에서 그렇게 큰 성능은 아닙니다.

천문대

이러한 망원경들을 가지고 우주를 관측하는 천문대에 대해 알아보겠습니다. 들고 다닐 수 있는 작은 망원경 말고, 천문학자들이 사용하는 대형 망원경들은 아무 곳에나 설치할 수 없습니다. 어디에 설치하는 것이 좋을까요? 당연히, 도시의 인공 불빛이 최대한 없는 곳이 좋습니다. 그리고 맑고 건조한 곳이 좋습니다. 그리고 대기에 의해서 별빛의 흡수가 최대한 적은 곳이 좋습니다. 전 세계적으로는 하와이 마우나 키 아산의 정상, 칠레의 안데스 산맥 고산지대 같은 곳들이 최고 성능을 갖는 대형 천체 망원경들이 설치되어 있는 대표적인 곳들입니다. 이 지역들은 해발고도가 대부분 3000m 이상이고 구름에 의해서 생기는 여러 기상 현상들이 많이 생기지 않기 때문에 맑은 하늘이 유지되는 날이 많아서 천문관측에 아주 좋습니다. 칠레 안데스 산맥 고산 지대나 해발고도가 약 4300m나 되는 하와이 마우나 키아 산 정상에는, 1년에 구름이 끼지 않는 맑은 날이 거의 300일에 가깝습니다.