가대 (망원경)
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1. 개요
가대(망원경)는 망원경을 지지하고 원하는 방향으로 움직일 수 있도록 하는 장치이다. 경위대식 가대, 적도의식 가대, 고도-고도 마운트, 헥사포드 망원경 등 다양한 종류가 있으며, 각각의 구조와 특징에 따라 천체 관측 및 사진 촬영에 사용된다. 경위대식 가대는 수직축과 수평축을 사용하여 단순하고 직관적이지만, 천체 추적에 어려움이 있다. 적도의식 가대는 지구의 자전을 따라 천체를 추적하는 데 용이하며, 독일식, 포크식, 요크식 등 다양한 형태가 있다. 고도-고도 마운트는 천정 부근의 사각 지대가 없는 장점이 있으며, 헥사포드 망원경은 구조적 안정성이 뛰어나다.
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2. 경위대식 가대 (Altazimuth Mounts)
경위대식 가대는 망원경을 고도(수직, 위아래)와 방위각(수평, 좌우) 방향으로 각각 움직일 수 있도록 설계된 가장 기본적인 형태의 가대이다. 구조가 단순하고 직관적이어서 초기 망원경 설계에 많이 사용되었다.
하지만 지구 자전에 따른 천체의 일주 운동을 따라가기 위해서는 고도 축과 방위각 축을 동시에, 각기 다른 속도로 움직여야 하는 어려움이 있다. 이 때문에 20세기 후반까지는 자동으로 천체를 추적하는 적도의식 가대에 비해 상대적으로 덜 정교한 방식으로 여겨졌고, 주로 저렴한 보급형 망원경이나 취미용 망원경에 사용되었다.
그러나 디지털 추적 시스템과 컴퓨터 기술이 발전하면서 상황이 달라졌다. 복잡한 움직임도 컴퓨터로 정밀하게 제어할 수 있게 되면서, 구조가 단순하고 대형 망원경 제작에 유리한 경위대식 가대가 다시 주목받기 시작했다. 오늘날에는 대부분의 대형 전문가용 연구 망원경들이 디지털 추적 시스템을 갖춘 경위대식 가대를 사용하고 있다. 또한, 기술 발전 덕분에 아마추어 천문학 분야에서도 인기를 얻고 있다.[4]
경위대식 가대는 천체 추적의 어려움 외에도 몇 가지 한계를 가진다. 망원경이 천체를 따라 움직일 때, 망원경 본체는 회전하지 않지만 시야는 회전하게 된다. 이로 인해 장시간 노출이 필요한 천체 사진 촬영 시에는 시야 회전을 보정해주는 별도의 시야 회전 보정 장치(field rotator)가 필요하다.[5] 또한, 천정(머리 바로 위 지점, 고도 90도) 부근의 천체를 관측할 때는 방위각 축의 회전 속도가 매우 빨라져 정확한 추적이 불가능해지는 '천정 구멍'(zenith hole)이라고 불리는 맹점이 존재한다.[6] 대표적인 경위대식 가대를 사용한 망원경으로는 윌리엄 허셜의 40피트 망원경이 있다.
2. 1. 고정 고도 마운트 (Fixed Altitude Mounts)
고정 고도 마운트는 일반적으로 수평 방향(방위각)으로 회전하면서 망원경이나 광학계를 특정 고도 각도로 고정하는 방식이다. 이 방식의 가대는 하늘 전체를 관측 범위에 넣을 수는 있지만, 특정 천체가 정해진 고도와 방위각을 지나는 짧은 시간 동안만 관측이 가능하다는 특징이 있다.[2]2. 2. 경위도 망원경 (Transit Mounts)
경위도 가대는 고도에서 회전하는 동안 방위각이 고정된 단일 축 가대이며, 일반적으로 남북 축을 기준으로 정렬된다. 이를 통해 망원경은 전체 하늘을 볼 수 있지만, 지구의 자전에 의해 천체가 해당 좁은 남북선(자오선)을 통과(''통과'')할 때만 가능하다. 이러한 유형의 가대는 정밀 천문 측정을 위해 설계된 경위도 망원경에 사용된다. 경위도 가대는 또한 비용을 절감하거나, 대형 전파 망원경과 같이 기기의 질량이 1개 이상의 축에서 움직임을 매우 어렵게 만드는 경우에도 사용된다.[3]3. 적도의식 가대 (Equatorial Mounts)
적도의식 가대(Equatorial mount|적도의식 가대eng)는 지구의 자전축과 평행하게 기울어진 '극축'을 가진 가대이다. 이 극축을 중심으로 망원경을 동서 방향으로 회전시키고, 극축에 수직인 '적위축'을 이용해 남북 방향으로 움직일 수 있다.[1][2]
지구가 자전함에 따라 별들은 하늘을 가로질러 움직이는 것처럼 보이는데, 적도의식 가대는 극축을 지구 자전 속도와 같은 속도로, 하지만 반대 방향으로 회전시켜 이러한 천체의 움직임을 정확하게 따라갈 수 있다. 이를 통해 망원경의 시야 내에서 천체가 움직이지 않게 고정할 수 있어 장시간 노출이 필요한 천체 사진 촬영이나 꾸준한 관측에 매우 유리하다.[1][2]
하지만 극축을 기울여야 하는 구조 때문에 기계적으로 경위대식 가대보다 복잡하다. 특히 독일식 적도의와 같은 형태는 망원경 본체의 무게 균형을 맞추기 위해 반대편에 무거운 균형추를 달아야 한다. 또한, 망원경과 균형추가 움직이는 공간을 확보해야 하므로 더 큰 천문대 돔이나 보호 시설이 필요할 수 있다.[2] 이러한 복잡성과 크기 문제 때문에 아주 큰 대형 망원경에서는 구조가 더 간단한 경위대식 가대가 주로 사용된다.[2]
적도의식 가대에는 여러 종류가 있으며, 대표적으로 독일식 적도의, 포크식 적도의, 요크식 적도의, 그리고 적도의 플랫폼 등이 있다.[1][2]
3. 1. 독일식 적도의 (German Equatorial Mount)
적도의식 가대의 한 형태로, 가장 널리 사용되는 방식 중 하나이다. 독일식 적도의(German Equatorial Mount|GEMeng)는 지구의 극축과 평행하게 기울어진 '극축'(Right Ascension axis)과 그에 수직인 '적위축'(Declination axis)을 가진다. 극축을 중심으로 망원경을 동서 방향으로 회전시키고, 적위축을 중심으로 남북 방향으로 움직일 수 있다.극축을 지구의 자전 속도와 같은 속도로, 하지만 반대 방향으로 회전시키면, 천체의 움직임을 자동으로 추적할 수 있다. 이는 장시간 노출이 필요한 천체 사진 촬영에 매우 유용하다.
독일식 적도의는 구조상 망원경 본체와 반대편에 균형추(Counterweight)를 달아 무게 중심을 맞춰야 한다. 이 균형추 시스템과 기울어진 극축 구조는 가대를 기계적으로 다소 복잡하게 만든다. 또한, 망원경과 균형추가 움직이는 공간을 확보하기 위해 상대적으로 큰 천문대 돔이나 보호 시설이 필요할 수 있다. 이러한 이유로 초대형 망원경의 경우에는 구조가 더 간단한 경위대식 가대가 사용되기도 한다.
3. 2. 포크식 적도의 (Fork Mount)
포크식 적도의는 적도의식 가대의 한 종류이다. 이 방식은 적도의의 극축 한쪽 또는 양쪽 끝을 포크 모양의 구조물로 지지하고, 그 위에 망원경 경통을 올리는 형태를 가진다. 독일식 적도의와 같은 다른 방식과 비교했을 때, 망원경의 질량을 균형 맞추기 위한 큰 균형추가 필요하지 않거나 덜 필요하다는 특징이 있다.3. 3. 요크식 적도의 (English or Yoke Mount)
요크식 적도의는 적도의의 한 종류이다. 적도의는 지구의 극축과 평행하게 기울어진 남북 "극축"을 가지고 있어 망원경이 동서 방향으로 회전할 수 있으며, 그에 수직인 두 번째 축을 통해 망원경이 남북 방향으로 회전할 수 있다. 요크식 마운트는 포크식 마운트와 함께 극축의 양쪽 끝을 지지하도록 설계된 기계 시스템의 예시 중 하나이다. 다른 적도의식 가대의 종류로는 독일식 적도의, 교차축 마운트, 퐁세 플랫폼과 같은 적도의 플랫폼 등이 있다.극축을 기울이는 구조 때문에 적도의는 기계적 복잡성이 증가하며, 독일식 적도의나 교차축 마운트와 같은 일부 설계는 망원경의 질량 균형을 맞추기 위한 큰 균형추가 필요하다.
4. 고도-고도 마운트 (Alt-alt (altitude-altitude) Mounts)
고도-고도 마운트 또는 고도-고도 마운트는 수평 적도 요크 마운트 또는 카르단 서스펜션 짐벌과 유사한 설계이다. 이 마운트는 천정 근처에 사각 지대가 없는 장점이 있고, 천구 적도 근처의 물체의 경우 시야 회전이 최소화되는 알타지 마운트의 대안이다.[7] 이러한 마운트는 적도 마운트와 동일한 질량, 복잡성 및 엔지니어링 문제를 갖는 단점이 있어 위성 추적과 같은 특수 응용 분야에서만 사용된다.[6] 이러한 마운트는 전체 마운트를 보다 부드러운 추적이 가능하도록 회전시키는 세 번째 방위축('고도-고도-방위 마운트')을 포함할 수 있다.
5. 헥사포드 망원경 (Hexapod-Telescope)
전통적인 데카르트 좌표계를 사용하는 대신, 거울을 여섯 개의 늘어나는 지지대 (스튜어트-고 플랫폼)로 지지하는 방식이다. 이 구성은 망원경을 6개의 모든 공간적 자유도로 이동할 수 있게 하며, 뛰어난 구조적 안정성을 제공한다.[8]
참조
[1]
웹사이트
Calibration Horn Antenna
https://public.nrao.[...]
[2]
서적
The design and construction of large optical telescopes
https://books.google[...]
[3]
서적
Spherical Astronomy
https://books.google[...]
[4]
웹사이트
Altazimuth Telescope Mount
http://planetfacts.o[...]
2012-04-13
[5]
웹사이트
Altazimuth Mounts
http://www.astronomi[...]
2012-04-13
[6]
웹사이트
Bill Keel's Lecture Notes - Astronomical Techniques - Telescope Mountings
http://www.astr.ua.e[...]
[7]
웹사이트
La montatura alt-alt (The alt-alt mount), article in italian
http://www.astronomi[...]
[8]
간행물
The Hexapod Telescope -- A Never-ending Story
2000
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