망원경

망원경의 구조

망원경의 기능은 멀리 떨어진 천체에서 오는 빛을 모아 초점에 상을 맺게 하고, 이를 확대하는 것이다. 이러한 기능을 수행하는 데는 두 가지 방법이 있는데, 볼록 렌즈를 사용하거나 오목 거울을 사용하는 것이다. 렌즈는 투과하는 빛을 굴절시켜 뒤쪽 임의의 위치에 있는 초점 쪽으로 모아 준다. 오목 거울은 입사된 빛을 안쪽으로 반사해서 거울 앞쪽 임의의 위치에 있는 초점으로 빛을 모은다. 렌즈나 거울 모두 평행한 광선만 한 점으로 모으는데, 다행히도 천체는 매우 멀리 있기 때문에 천체에서 오는 빛은 평행 광선이라고 해도 전혀 문제가 없다. 일단 모여서 초점으로 들어온 빛은 초점을 통과하게 되면 다시 퍼져나가는데, 이 퍼져나가는 빛을 접안렌즈를 사용해 다시 평행 광선으로 바꿔 주고, 확대도 시킨다. 접안렌즈에 입사된 빛은 일단 초점을 통과하면서 상하좌우가 바뀌게 되므로 다시 평행 광선이 됐을 경우에도 상하좌우가 뒤바뀐 상태가 된다. 렌즈를 가지고 만든 망원경(굴절 망원경)과 거울로 만든 망원경(반사 망원경)의 작동 원리는 오직 구조적 차이만 있을 뿐 기본적으로 똑같다.

굴절 망원경은 일반적으로 긴 경통의 한쪽 끝에는 1개 또는 2개 이상의 렌즈로 조합된 대물렌즈가 있고 반대편 끝에는 접안렌즈가 있는 구조로 되어 있다.

뉴턴식 반사 망원경은 반사 망원경의 가장 일반적인 구조이다. 반사된 빛이 한 점에 모이기 전에 부경에 다시 반사돼 경통 옆으로 나간다. 이때 초점을 맺게 되고 이를 다시 접안렌즈로 확대해 관측한다.

슈미트-카세그레인 망원경

매우 콤팩트한 반사 망원경인 이 망원경의 부경은 볼록거울로서 주경에서 모은 빛을 다시 반사해 주경의 중심부 구멍을 통해 망원경 뒤쪽으로 빠져나가도록 한다. 이 때문에 뉴턴식에 비해 경통의 길이가 절반가량 줄어들었다.

최초의 망원경은 굴절 망원경이다. 1608년 처음으로 망원경을 만든 사람은 네덜란드의 안경 제조업자인 한스 리퍼셰이였다. 갈릴레오와 천문학자들이 그의 설계를 본떠 천문 관측용 망원경들을 만들었다. 그러나 대물렌즈가 하나만 있는 단순한 굴절 망원경은 색수차 때문에 초점이 한 점에 맺히지 않는다. 이 문제는 보정 렌즈 또는 색지용 렌즈를 사용해 해결한다.

 

망원경의 설치

망원경을 설치하는 방식은 망원경의 성능에 큰 영향을 준다. 가장 단순하고 일반적인 설치법은 경위도 식 가대를 사용하는 방법이다. 경위도 식 가대는 고도(상하 회전)와 방위각(좌우 회전) 방향의 두 축으로 회전하게 되어 있다. 적도 식 가대는 회전하는 두 축이 각각 천구의 적경과 적위와 나란하도록 설치한 가대이다. 경위도 식 가대는 설치가 간단하지만, 시간이 흐름에 따라 천체의 고도와 방위각이 지속해서 변하기 때문에 그 천첸 추적을 위해서는 두 축을 모두 움직여 주어야 하는 번거로움이 있다. 적도 식 가대는 무겁고 설치하는 데 시간이 좀 더 걸리지만, 일단 극축 정렬이 되면 적경 방향의 축만 회전시키면 되기 때문에 천체를 추적할 때 편리하다.

좋은 경위도 식 가대는 제어용 막대가 있어서 망원경의 경통에 손을 댈 필요 없이 망원경을 미세하게 움직이며 조절할 수 있는 기능이 있다. 돕소니언 방식의 매우 단순한 경위도식 가대는 큰 망원경에도 흔히 사용되고 있다.

적도식 가대

적도 식 가대는 무게추가 있어서 경통이 어떤 위치에 가더라도 부드럽게 움직일 수 있다. 일단 망원경의 적경축을 천구의 북극 방향과 일치시켜 놓으면, 망원경의 움직임은 적경과 적위와 평행한 방향으로만 움직이게 된다. 자동 추적 장치를 사용하면 천구의 움직임과 동일하게 망원경을 움직여 줄 수 있다.

 

구경과 배율

망원경 접안경으로 보이는 상에 영향을 미치는 두 가지 요인은 바로 구경과 배율이다. 구경은 망원경 대물렌즈 또는 주경의 지름을 일컫는다. 구경은 바로 망원경의 집광력-빛을 모으는 능력-과 연결되어 있다. 구경이 2배로 커지면 집광력은 4배가 되므로 더 어두운 천체를 볼 수 있게 된다. 배율은 구경의 제약을 받기는 하지만, 망원경 접안렌즈의 성능에 따라 결정된다. 접안렌즈의 배율은 초점 거리에 따라 정해진다. 짧은 초점 거리를 가지는 접안렌즈는 더 높은 배율을 가질 수 있다. 대물렌즈나 주경 역시 초점 거리가 정해져 있는데, 이 초점 거리를 접안렌즈의 초점 거리고 나눈 값이 망원경의 종합 배율이 된다. 접안렌즈의 설계 방식 역시 시야의 크기에 영향을 준다.

 

천체 추적 장치

망원경의 또 다른 핵심 부품은 바로 보조 망원경이다. 저 배율 망원경의 경우에도 망원경의 시야를 통해서 보이는 하늘은 원하는 별을 찾기에도 매우 좁으며, 단순히 망원경을 대상물이 있는 하늘로 정확히 겨눴다고 하더라도, 시야에 그 대상 천체가 들어오도록 하는 것은 매우 힘들다. 망원경의 경통 위에 보조로 설치된 보조 망원경은 주망원경이 향하고 있는 방향과 일치되도록 정렬을 해 놓는다. 가장 일반적으로 사용되는 보조 망원경은 평범한 저배율 망원경으로 접안렌즈에 십자 선처럼,, 별을 정확한 위치에 오도록 해 주는 장치가 부착된 것을 사용한다. 별을 시야에 포착하기 쉽게 해 주는 또 다른 장비로는 망원경의 시야와 정확히 일치되도록 조준기의 시야에 밝은 점을 투사시켜 주는 장치가 있다.

 

자동화 망원경

컴퓨터를 이용하면 매우 어두운 심천 천체들이나 혜성이나 소행성처럼 희미한 천체들을 추적하는 힘든 일을 매우 편하게 할 수 있다. 망원경 사용법에 대한 기본 지식은 물론 매우 중요하지만, 장비를 적절히 설치해 놓은 후 컴퓨터의 데이터베이스를 이용하면 별을 찾거나 이를 망원경의 시야로 포착하는 과정을 컴퓨터의 도움을 받아 쉽게 할 수 있다. 최근의 숙련된 아마추어 전문가는 망원경 조종기와 노트북 컴퓨터 또는 PDA 같은 것에 연결해 천문 관측을 하는 데 이용한다. 인터넷에 올려져 있는 수많은 천문 관측 자료를 통해 망원경에 내장된 천체 목록을 업데이트할 수 있을 뿐만 아니라, 망원경 조종기에 설치되어 있는 GPS 장치를 이용해 자동으로 관측자의 위치 정보를 파악하고, 극축을 맞출 필요도 없이, 컴퓨터가 자동으로 천체들을 추적할 수 있게 할 수 있다.