망원경
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1. 개요
망원경은 멀리 있는 물체를 더 가깝게, 더 크게 보이도록 해주는 기구이다. 1608년 네덜란드에서 굴절 망원경이 처음 발명되었으며, 이후 반사 망원경과 다양한 종류의 망원경이 개발되었다. 망원경은 빛을 모으는 방식에 따라 굴절, 반사, 반사-굴절 망원경으로 나뉘며, 관측하는 전자기파의 파장에 따라 전파 망원경, 광학 망원경, X-선 망원경, 감마선 망원경 등으로 분류된다. 망원경은 천문학 연구에 필수적인 도구이며, 지구 대기의 영향으로 인해 우주 망원경이 개발되어 다양한 파장대의 전자기파를 관측하는 데 사용된다.
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굴절 망원경은 렌즈로 빛을 굴절시켜 상을 확대하는 광학 망원경으로, 갈릴레오 갈릴레이가 천문 관측에 활용하며 유명해졌으나, 색수차 문제와 렌즈 처짐 현상 등으로 반사 망원경에 자리를 내주었으며, 갈릴레이식, 케플러식, 무색수차 굴절 망원경 등의 종류가 있다.
| 망원경 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 영어 | Telescope |
| 정의 | 멀리 떨어진 물체를 확대하여 보여주는 광학 기기 |
| 종류 | 광학 망원경 전파 망원경 |
| 광학 망원경 | |
| 작동 원리 | 렌즈 또는 거울을 사용하여 빛을 모으고 초점을 맞추어 상을 확대 |
| 구성 요소 | 렌즈 또는 거울 대물렌즈 접안렌즈 |
| 주요 유형 | 굴절 망원경 반사 망원경 카세그레인 망원경 |
| 전파 망원경 | |
| 작동 원리 | 전파를 수집하고 분석하여 천체를 관측 |
| 특징 | 가시광선 외의 전파 영역에서 천체 관측 |
| 용도 | 천문학 연구 우주 탐사 |
| 역사 | |
| 발명 시기 | 17세기 초 |
| 주요 발명가 | 한스 리퍼세이 갈릴레오 갈릴레이 |
| 초기 망원경 | 굴절 망원경 |
| 발전 과정 | 반사 망원경 개발 전파 망원경 개발 우주 망원경 개발 |
| 용도 | |
| 천문학 | 천체 관측 우주 연구 |
| 군사 | 정찰 감시 |
| 항해 | 항법 측량 |
| 기타 | 조류 관찰 야생 동물 관찰 스포츠 경기 관람 |
| 추가 정보 | |
| 관련 용어 | 쌍안경 천문대 |
| 참고 자료 | 미국 유산 사전 옥스포드 사전 |
2. 역사
망원경(telescope영어)이라는 용어는 "멀리"(τῆλε, tele)와 "본다"(σκοπεῖν, skopein)는 그리스어에서 유래했다. 1611년 그리스 수학자 Giovanni Demisiani영어가 갈릴레오 갈릴레이가 시연한 관측기기를 부르면서 처음 사용한 기록이 있다.[60][61][62] 망원경에 대한 아이디어는 1589년 잔바티스타 델라 포르타의 저술에도 나타나며,[57] 1604년 네덜란드 미델부르흐의 안경 제작자 사하리아스 얀센이 1590년 이탈리아제 망원경을 모방했다는 기록도 있다.
망원경은 대물렌즈나 반사거울을 이용하여 물체로부터 나오는 빛을 모아 상을 만들고, 이 상을 접안렌즈로 확대해서 실제보다 크게 보이도록 하는 기구이다. 대물렌즈나 반사거울의 구경(지름)이 크면 클수록 물체로부터 나오는 빛을 많이 모을 수 있어 상의 밝기가 증가한다. 렌즈나 곡면 거울과 같은 광학 도구를 이용하면, 한 점에서 출발한 빛을 다른 한 점으로 모아 초점을 맺게 할 수 있는데, 이를 통해 피사체와 동일한 모양의 상을 다른 위치에 만들 수 있다. 이때 렌즈나 곡면 거울의 두께와 곡률 등을 조절하여 피사체보다 더 큰 상을 만들면 실물보다 더 크게 물체를 볼 수 있게 된다. 밤하늘의 천체들은 거리가 매우 멀어 무한대로 간주할 수 있으므로, 이들로부터 오는 빛은 대물렌즈나 반사거울의 초점 위치에 상을 맺게 된다. 따라서 대물렌즈에 의한 상의 크기가 크고 접안렌즈의 초점거리가 짧을수록 물체를 더 크게 확대하여 볼 수 있다.
망원경은 관측하는 전자기파의 파장, 설치 위치, 사용 목적, 광학 구조 등 여러 기준에 따라 분류할 수 있다.
최초의 실용적인 망원경은 1608년 네덜란드의 안경 제작자 한스 리퍼세이(Hans Lippershey)가 발명한 굴절 망원경이다.[5][63] 리퍼세이는 이 발명으로 특허를 신청했지만, 거의 동시에 야코프 메티우스(Jacob Metius)도 비슷한 장치로 특허를 신청하여 결국 누구에게도 특허권이 주어지지 않았다. 실제 발명가는 명확히 알려져 있지 않지만, 망원경 발명 소식은 유럽 전역으로 빠르게 퍼져나갔다. 리퍼세이는 네덜란드 총독 마우리츠의 명령으로 900플로린에 군용 망원경을 제작하기도 했다.
갈릴레오 갈릴레이는 이 소식을 듣고 1609년에 직접 망원경을 제작하고 개량하여 천체관측에 사용하였으며, 이는 천문학 발전에 큰 기여를 했다.[6][7]
굴절 망원경 발명 직후, 빛을 모으는 대물렌즈 역할을 렌즈 대신 거울로 대체하는 반사 망원경에 대한 아이디어가 연구되었다.[8][64] 포물면 거울은 렌즈가 가진 구면 수차와 색 수차를 줄일 수 있다는 장점이 알려지면서 여러 설계가 시도되었다.[9][65] 1668년, 아이작 뉴턴은 최초의 실용적인 반사 망원경인 뉴턴식 망원경을 성공적으로 제작했다.[10]
1733년에는 색지움 렌즈(achromatic lens)가 발명되어 굴절 망원경의 색 수차 문제를 크게 개선시켰고, 이를 통해 더 짧고 성능 좋은 굴절 망원경 제작이 가능해졌다.[11][12] 반사 망원경은 색 수차 문제에서는 자유로웠지만, 초기에는 거울 재료(speculum metal)가 쉽게 부식되는 단점이 있었다. 이 문제는 1857년 은 도금 유리 거울[13][66]과 1932년 알루미늄 도금 거울[13][67] 기술이 개발되면서 해결되어 비약적인 발전을 이루었다.
유리 렌즈는 제작 가능한 최대 크기가 약 1m 정도로 한계가 있기 때문에,[13] 20세기 이후 건설된 대부분의 대형 광학 연구용 망원경은 반사 망원경이다. 현재 가장 큰 반사 망원경은 대물렌즈 직경이 10m를 넘으며, 30~40m급의 차세대 망원경 건설 계획도 진행 중이다.[14]
20세기에는 가시광선뿐만 아니라 전파에서 감마선에 이르는 넓은 범위의 전자기파를 관측할 수 있는 망원경들이 개발되었다. 최초의 목적 기반 전파망원경은 1937년에 운용을 시작했으며(1931년 칼 잰스키가 우주 전파를 처음 발견), 적외선 관측 기술은 1960년대에 크게 발전했다. 이후 망원경 기술은 관측 파장 대역, 분해능, 집광력 등 여러 면에서 지속적인 발전을 거듭하고 있다.
한편, 동아시아 지역에서는 1613년(계축년) 영국 제임스 1세의 사절 존 세어리스가 일본의 도쿠가와 이에야스에게 망원경을 헌상했다는 기록이 콘도 마사사다의 『외번통서』에 남아있다. 이 망원경은 현재 도쿠가와 미술관에 소장되어 있으며, 이는 동아시아에서 망원경과 관련된 가장 오래된 기록 중 하나로 여겨진다.[58]
망원경은 발명 초기부터 지상 및 해상 관측에 널리 사용되었다. 군사적으로는 멀리 있는 적의 상황을 정찰하는 데 유용했으며, 선원들은 항해 안전을 위해 주변 선박, 국제신호기, 암초, 파도 등을 관찰하는 데 필수적인 도구로 활용했다.
'''역사 속 망원경 활용 모습'''
3. 망원경의 원리 및 역할
그러나 망원경의 가장 중요한 성능 요소는 배율보다는 '집광능'과 '분해능'이다. 집광능은 사람의 동공보다 훨씬 더 넓은 면적의 렌즈나 곡면 거울을 이용하여 빛을 모아 육안으로 볼 수 없는 어두운 피사체까지 관측할 수 있게 하는 능력이다. 또한, 망원경의 광학계(렌즈 또는 거울) 지름이 클수록 분해능이 높아져 피사체를 더욱 세밀하고 뚜렷하게 구별하여 볼 수 있게 된다. 이 두 가지 능력 덕분에 망원경은 멀리 떨어져 희미하게 보이는 천체를 밝게 관측할 수 있게 해주고, 동시에 관측 대상의 상을 더욱 세밀하고 정확하게 맺어주므로 천체관측에 매우 유용한 도구이다.
전통적인 망원경은 주로 사람이 눈으로 볼 수 있는 가시광선 영역의 전자기파를 모으는 역할을 했지만, 현대 천문학에서는 기술의 발달로 가시광선 외에도 자외선, X선, 감마선, 적외선, 전파 등 다양한 파장의 전자기파를 관측할 수 있는 여러 종류의 망원경이 개발되었다. 파장이 길어질수록 안테나 기술을 사용하여 전자기파와 상호 작용하기 쉬워지며(전파망원경), 근적외선은 가시광선과 유사하게 수집할 수 있다. 예를 들어, 제임스 클러크 맥스웰 망원경은 3μm에서 2000μm의 파장을 관측하지만 포물면 알루미늄 안테나를 사용한다.[20] 반면, 3μm에서 180μm의 파장을 관측하는 스피처 우주 망원경이나, 0.2μm에서 1.7μm(자외선에서 적외선까지) 범위를 관측하는 허블 우주 망원경은 거울(반사 광학계)을 사용한다.[21] 더 짧은 파장의 극자외선이나 X선 등은 일반적인 반사 광학계 대신 특수한 거울을 사용하는 입사각 광학계를 사용하기도 한다. 이러한 현대의 다양한 망원경들을 통해 인류는 우주의 더욱 다채로운 모습을 관측하고 이해할 수 있게 되었다.
망원경은 크게 상의 방향에 따라 정립상(실제 모습과 같이 바로 선 상)을 보여주는 유형과 도립상(상하좌우가 뒤집힌 상)을 보여주는 유형으로 나눌 수 있다. 지상의 물체를 관측하는 망원경은 주로 정립상을 얻도록 설계되지만(갈릴레이식 망원경), 천체망원경의 경우 광학 성능을 극대화하기 위해 도립상을 얻는 방식(케플러식 망원경)도 흔히 사용된다. 망원경의 핵심은 광학계(렌즈나 반사경)이며, 이를 외부 환경 변화에도 안정적으로 지지하고 천체를 정밀하게 추적하는 장치인 '경위대' 역시 중요한 구성 요소이다. 특히 대형 망원경일수록 거대한 광학 부품을 얼마나 효율적으로 지지하고 정밀하게 구동하는지가 관측 성능에 큰 영향을 미친다.
4. 망원경의 종류
가장 일반적인 분류 기준은 관측하는 전자기파의 파장대이다. 파장에 따라 전자기파를 모으는 방식과 기술이 크게 달라지기 때문이다. 주요 파장대역별 망원경과 해당 천문학 분야는 다음과 같다.파장대역 이름 망원경 천문학 분과 파장 주파수 광자의 에너지 전파 Radio영어 전파 망원경 전파천문학 > 1mm < 300 GHz < 1.24 meV 서브밀리미터파 sub-millimeter영어 서브밀리미터 망원경 서브밀리미터 천문학 0.1mm - 1mm 3 THz - 300 GHz 1.24 meV - 12.4 meV 적외선 Infrared영어 적외선 망원경 적외선 천문학 750 nm - 1mm 405 THz - 300 GHz 1.24 meV - 1.7 eV 가시광선 Visible영어 광학 망원경 광학 천문학 390 nm - 750 nm 790 THz - 405 THz 1.7 eV - 3.3 eV 자외선 Ultraviolet영어 자외선 망원경 자외선 천문학 10 nm - 400 nm 30 EHz - 790 THz 3 eV - 124 eV X선 X선 망원경 X선 천문학 0.01 nm - 10 nm 30 PHz - 30 EHz 120 eV - 120 keV 감마선 Gamma-ray영어 감마선 망원경 감마선 천문학 < 0.01 nm > 10 EHz > 100 keV
파장이 긴 전자기파는 안테나 기술을 사용하여 수집하며(전파 망원경, 서브밀리미터 망원경), 파장이 짧은 전자기파는 거울, 특수한 X선 광학계, 또는 입자 검출 방식을 사용한다(광학 망원경, X선 망원경, 감마선 망원경). 근적외선은 가시광선과 유사하게 수집할 수 있지만, 원적외선 및 서브밀리미터 영역에서는 전파 망원경과 유사하게 작동하기도 한다. 예를 들어, 제임스 클러크 맥스웰 망원경은 포물면 알루미늄 안테나를 사용하며,[20] 스피처 우주 망원경은 거울을 사용한다. 허블 우주 망원경 역시 반사 광학계를 사용한다.[21] 더 짧은 파장의 자외선이나 X선 관측에는 스침각 광학계(grazing incidence optics)나 특수 거울이 사용된다.
망원경은 설치 위치에 따라서도 분류할 수 있다.
사용 목적이나 사용자에 따라서도 나눌 수 있다.
광학 망원경은 빛을 모으는 방식에 따라 다음과 같이 분류된다.
굴절 망원경은 다시 렌즈 구성에 따라 나뉜다.
통의 개수에 따라서도 분류할 수 있다.
하나 이상의 망원경이나 관측 기기들로 구성된 시설 또는 운송 수단(차량, 비행기, 위성 등)을 통틀어 천문대라고 부른다.
4. 1. 광학 망원경
광학 망원경은 가시광선 대역의 빛을 모아 확대된 상(像)을 만드는 데 사용되는 망원경이다. 일반적으로 근적외선 영역까지 관측에 사용될 수 있다. 이렇게 확대된 영상은 직접 눈으로 보거나, 사진을 찍거나, 또는 컴퓨터로 신호를 보내 분석하는 방식으로 활용된다. 광학 망원경은 주로 천문학 연구에 많이 쓰이며, 천문학 이외의 용도로는 측량기, 조준경, 쌍안경, 카메라 렌즈 등이 있다.
광학 망원경은 주로 유리로 만들어진 렌즈나 거울을 조합하여 빛을 모으는데, 어떤 부품을 사용하느냐에 따라 다음과 같은 세 가지 주요 유형으로 나눌 수 있다.
망원경에 대한 가장 오래된 기록은 1608년 네덜란드의 안경 제작자 한스 리퍼르세이(Hans Lipperhey)가 굴절 망원경에 대한 특허를 정부에 제출한 것이다.[5] 실제 발명가가 누구인지는 정확히 알려지지 않았으나, 이 소식은 유럽 전역으로 빠르게 퍼져나갔다. 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)는 이 소식을 듣고 1609년에 직접 망원경을 만들어 천체를 관측하기 시작했다.[6][7]
굴절 망원경이 발명된 직후, 빛을 모으는 대물렌즈 역할을 렌즈 대신 거울로 대체할 수 있다는 아이디어가 연구되었다.[8] 포물면 반사경을 사용하면 렌즈에서 발생하는 구면 수차를 줄이고 색수차를 원천적으로 없앨 수 있다는 장점 때문에, 다양한 형태의 반사 망원경 설계가 제안되고 제작 시도가 이루어졌다.[9] 1668년, 아이작 뉴턴(Isaac Newton)은 현재 그의 이름을 딴 뉴턴식 반사 망원경을 최초로 실용적으로 제작하는 데 성공했다.[10]
1733년에는 색지움 렌즈(achromatic lens)가 발명되어 단순 렌즈의 고질적인 문제였던 색수차를 상당 부분 해결할 수 있게 되었다.[11] 이로 인해 더 짧고 성능이 좋은 굴절 망원경 제작이 가능해졌다.[12] 반사 망원경은 굴절 망원경과 같은 색수차 문제는 없었지만, 18세기와 19세기 초에는 거울 재료로 사용된 빠르게 부식되는 합금 거울(speculum metal) 때문에 어려움을 겪었다. 이 문제는 1857년 은도금 유리 거울이 도입되고, 1932년 알루미늄 도금 거울 기술이 개발되면서 해결되었다.[13]
굴절 망원경은 제작할 수 있는 렌즈의 최대 크기에 물리적인 한계(약 1m)가 있다. 이러한 이유로 20세기 초 이후 건설된 대부분의 대형 광학 연구용 망원경은 반사 망원경이다. 현재 가장 큰 반사 망원경들은 주경(대물 거울)의 지름이 10m를 넘어서며, 30~40m급의 차세대 초대형 망원경 건설 계획도 진행 중이다.[14]
4. 2. 전파 망원경
전파 망원경은 우주에서 오는 전파를 수신하여 천체를 관측하는 지향성 안테나를 이용한 망원경이다. 가시광선을 이용하는 광학 망원경과 달리 파장이 긴 전파를 사용하므로, 같은 크기의 광학 망원경에 비해 분해능이 낮다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 전파 망원경은 광학 망원경보다 훨씬 큰 구경의 포물면 형태를 갖는 파라볼라 안테나(그 모양 때문에 흔히 '접시'라고 불린다)를 사용한다. 이 접시 안테나는 관측하는 파장보다 작은 구멍이 있는 전도성 금속망으로 만들어지기도 한다. 현재 가장 큰 단일 접시 전파 망원경은 중국의 FAST(Five hundred meter Aperture Spherical Telescope)로, 지름이 500m에 달한다.
그러나 망원경의 크기를 물리적으로 늘리는 데에는 구조적인 한계가 따른다. 따라서 더 높은 분해능을 얻기 위해 여러 개의 작은 전파 망원경을 일정한 간격으로 배열하여 신호를 합성하는 간섭계(interferometer) 방식이 개발되었다. 이 기술을 구경 합성(Aperture synthesis)이라고 부르는데, 여러 접시 안테나에서 동시에 수신된 신호를 모아 상관시키면, 배열 전체의 넓이에 해당하는 가상의 큰 구경을 가진 단일 망원경과 같은 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있다. 가장 널리 알려진 전파 간섭계로는 미국 뉴멕시코주에 있는 Very Large Array(VLA)가 있다. 더 나아가 일본의 HALCA 위성처럼 우주 공간의 망원경과 지상의 망원경들을 연결하는 초장기선 간섭계(VLBI)를 구성하면, 지구 지름보다 훨씬 큰 가상의 구경을 만들 수도 있다.[22] 구경 합성 기술은 광학 간섭계나 단일 반사 망원경의 구경 마스크 간섭계 등 광학 망원경 분야에도 적용되고 있다.
일반적인 전파 망원경은 단일 수신기를 사용하여 관측 영역에서 오는 시변 신호를 기록하지만, 최근에는 하나의 접시 안테나에 여러 수신기 배열을 장착한 초점면 어레이 방식도 사용된다.
전파 망원경은 지구 대기나 성간 가스 및 먼지 구름을 통과할 수 있는 마이크로파 영역의 전파를 관측할 수 있다는 장점도 가지고 있다.
최초의 전파 망원경은 1932년 벨 연구소의 공학자였던 칼 구스 잰스키(Karl Guthe Jansky)가 우주에서 오는 전파를 탐지하기 위해 사용한 안테나로 거슬러 올라간다. 이를 계기로 전파천문학이라는 새로운 분야가 발전하게 되었다.
또한, 앨런 망원경 어레이나 아레시보 천문대와 같은 일부 전파 망원경은 SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence) 프로젝트에 활용되어 외계 생명체의 신호를 탐색하는 데 사용되기도 한다.[23][24][25]
4. 3. X-선 망원경
X-선은 지구 대기에 흡수되기 때문에 X-선 망원경은 로켓이나 인공위성을 이용해 대기권 밖에서 관측해야 한다.[68][69] 또한, 거의 수직으로 입사하는 X-선은 금속으로 만든 거울조차 쉽게 통과하는 성질이 있다. 따라서 X-선을 효과적으로 모으기 위해 볼터 망원경이라는 특별한 설계가 고안되었다.[36][37] X-선은 파장이 더 긴 전자기파보다 모으고 초점을 맞추기가 훨씬 어렵다.
볼터 망원경은 X선 광학계의 한 종류로, X-선이 거울 표면을 스치듯이 지나가도록 입사 방향에 거의 평행하게 거울을 배치한다. 이 방식은 X-선이 거울에서 반사될 때마다 매우 작은 각도(입사각)로 방향을 바꾸게 한다. 주로 중금속으로 코팅된 고리 모양의 거울을 여러 겹 동심원 형태로 겹쳐 X-선을 반사시켜 초점에 모으고, 이를 통해 X-선 이미지를 얻는다.[68][69] 이 거울들은 보통 회전 포물선과 쌍곡선, 또는 타원의 일부를 조합한 형태이다. 1952년 한스 볼터는 이런 방식의 거울만을 사용하여 망원경을 만들 수 있는 세 가지 방법을 제안했다.[36][37]
이러한 볼터 망원경 설계를 사용하는 우주 관측소의 예로는 아인슈타인 관측소,[38] ROSAT,[39] 찬드라 X-선 망원경,[40][41] XMM-뉴턴 망원경 등이 있다. 2012년에는 최대 79 keV의 높은 에너지 X-선을 관측하기 위해, 긴 전개식 마스트 끝에 볼터 망원경 광학계를 장착한 누스타 X-선 망원경이 발사되었다.[42][43]
4. 4. 감마선 망원경
감마선은 파장이 매우 짧고 에너지가 크기 때문에, 가시광선이나 X선처럼 유리 또는 금속 거울을 이용해 빛을 모으는 방식의 망원경 제작이 불가능하다. 대신 감마선 망원경은 감마선이 특정 물질과 반응(콤프턴 산란)하면서 만들어내는 전하를 띤 입자나 광학 섬광을 검출하는 방식을 사용한다.
지구 대기는 감마선에 대해서도 불투명하므로, 감마선 망원경은 주로 기구, 로켓, 인공위성 등에 실려 대기권 밖에서 관측을 수행해야 한다. 대표적인 우주 감마선 망원경으로는 콤프턴 감마선 천문대( Compton Gamma-Ray Observatory영어, 2000년 퇴역)와 페르미 감마선 망원경( Fermi Gamma-ray Space Telescope영어) 등이 있다.[46][47]
반면, 매우 높은 에너지(>30 GeV)를 가진 감마선은 지상에서 간접적인 방법으로 검출하기도 한다. 이러한 고에너지 감마선이 대기에 진입하면 공기 분자와 연쇄 반응을 일으켜 수많은 우주선 입자를 만들어내는데, 이를 '공기 샤워'(air shower영어)라고 부른다. 공기 샤워 과정에서 거의 빛의 속도로 움직이는 입자들이 체렌코프 복사라는 빛을 방출하며, 지상의 망원경은 이 체렌코프 복사를 검출하여 간접적으로 감마선을 관측하는 것이다. 이러한 지상 기반 감마선 망원경의 예로는 미국 애리조나주에 위치한 VERITAS가 있다.[49][50]
고에너지 X선 및 감마선 망원경 중 일부는 완벽하게 초점을 맞추는 대신 부호화된 조리개 마스크를 사용하기도 한다. 이 마스크가 만드는 그림자 패턴을 분석하여 이미지를 재구성하는 방식이다. 초고에너지 감마선 검출에는 영상 대기 체렌코프 망원경(IACT)이나 수 체렌코프 검출기(WCD)와 같은 특수한 기술이 필요하다. IACT의 예로는 H.E.S.S.[48]와 VERITAS가 있으며, 차세대 망원경인 CTA가 건설 중이다. 수 체렌코프 검출기를 사용하는 망원경으로는 HAWC와 LHAASO 등이 있다.
최근 연구에 따르면, 특정 조건(광자 에너지 700keV 초과)에서 감마선의 굴절률이 다시 증가하는 현상이 발견되어, 미래에는 감마선 망원경의 초점을 맞추는 기술 개발이 가능할 수도 있다.[51]
4. 5. 기타 망원경
"망원경"이라는 명칭은 단순히 가시광선을 모아 확대된 상을 만드는 광학 망원경뿐만 아니라, 다양한 종류의 전자기파나 입자를 감지하여 우주를 관측하는 광범위한 기기들을 포함하는 용어로 사용된다. 천문학자들은 관측하려는 대상이나 현상에 따라 각기 다른 방식의 망원경을 활용한다. 가시광선 외의 영역을 관측하는 주요 망원경들은 다음과 같다.
이처럼 다양한 종류의 망원경들은 각각 특정 파장이나 입자에 특화되어 있어, 가시광선만으로는 볼 수 없는 우주의 다채로운 모습을 밝혀내고 천문학 연구의 지평을 넓히는 데 기여하고 있다.
5. 망원경의 설치
망원경을 설치하는 방식에는 크게 적도의 방식과 자오선 고정식 방식이 있다.
적도의 방식은 지구의 자전축에 평행한 회전축(극축)과 이 축에 직각을 이루는 또 다른 회전축을 가진다. 망원경은 후자의 축에 직각으로 고정된다. 대부분의 천체망원경이 이 방식을 사용하는데, 극축을 천구의 일주운동에 맞춰 동쪽에서 서쪽으로 회전시키면(주로 시계 장치를 이용) 하나의 천체를 오랫동안 시야에 고정할 수 있다. 적도의 방식에는 독일형, 영국형, 포크형, 요크형 등 여러 형태가 있다.
자오선 고정식 방식은 자오선 안에서만 망원경을 움직일 수 있는 방식이다. 자오환, 자오의, 천정의 등이 여기에 속한다. 이를 변형하여 사진천정통이나 극 망원경처럼 완전히 천정이나 극 방향으로 고정하는 방식도 있다. 이 경우, 망원경 대신 사진 건판이 천체의 일주운동을 따라 움직이도록 설계된다.
실로스태트(coelostat) 방식은 태양탑 망원경 등에서 사용되며, 2장의 거울을 이용하여 빛을 항상 고정된 망원경으로 보내는 방식이다.
이 외에도 경위의 방식이 있다. 이는 연직축과 수평축을 기준으로 망원경을 움직이는 방식으로, 주로 측량용 지상 망원경에 많이 사용되지만 천체망원경에서는 거의 사용되지 않는다.[70]
6. 전자기파의 파장에 따른 지구 대기의 불투명도
지구 대기는 대부분의 전자기파에 대해 불투명하기 때문에, 지구 표면에서는 일부 파장대만 관측할 수 있다. 지상에서 관측 가능한 파장 대역은 가시광선, 근적외선, 그리고 전파 스펙트럼의 일부로 매우 제한된다.[15] 이러한 이유로 X-선이나 원적외선, 대부분의 자외선을 관측하기 위해서는 망원경을 대기 바깥의 우주 공간에 설치해야 하므로, 지상 기반의 X선, 원적외선, 자외선 망원경은 없다.[34][35]
지상에서 관측이 가능한 가시광선 영역이라도, 구름, 천문학적 시상, 광공해와 같은 문제를 피하고 더 나은 시상과 분해능을 얻기 위해 허블 우주망원경처럼 망원경을 우주 궤도에 올려 보내기도 한다.[16] 하지만 우주 망원경은 발사 비용이 많이 들고, 크기가 제한적이며, 고장 시 유지 보수나 성능 개선이 어렵다는 단점이 있다.[17]
관측하는 전자기파의 wavelength|파장영어에 따라 망원경이 빛(전자기파)을 수집하는 방법에는 큰 차이가 있다.
- 긴 파장 (원적외선, 서브밀리미터파, 전파): 파장이 길수록 안테나 기술을 사용하여 전자기파와 상호작용하기 쉬워진다. 예를 들어, 제임스 클러크 맥스웰 망원경은 3 μm에서 2mm 파장을 관측하지만, 포물면 알루미늄 안테나를 사용한다.[20]
- 가시광선 및 근적외선: 가시광선과 매우 유사한 방식으로 수집하며, 주로 거울(반사 광학계)을 사용한다. 스피처 우주 망원경은 3 μm에서 180 μm 파장을 관측하며 거울을 사용하고,[20] 허블 우주 망원경 역시 반사 광학계를 사용하여 광시야 카메라 3으로 약 0.2 μm에서 1.7 μm(자외선에서 적외선까지) 범위의 파장을 관측한다.[21]
- 짧은 파장 (자외선, X-선): 파장이 더 짧고 에너지가 높은 광자는 일반적인 거울로 반사시키기 어렵기 때문에, grazing incidence optics|입사각 광학계영어가 사용된다.
- 극자외선: TRACE나 SOHO와 같은 망원경은 특수한 거울을 사용하여 극자외선을 낮은 각도로 반사시켜 더 높은 해상도와 밝은 이미지를 생성한다.
- X-선: X선은 파장이 더 긴 전자기파보다 수집하고 초점을 맞추기가 훨씬 어렵다. X선 망원경은 X선 광학계를 사용할 수 있는데, 대표적인 예로 볼터 망원경이 있다. 이는 X선을 매우 낮은 입사각으로만 반사할 수 있는 중금속으로 코팅된 고리 모양의 거울 여러 개를 동심원 형태로 배치한 것이다. 거울은 일반적으로 회전된 포물선과 쌍곡선 또는 타원 단면의 일부 형태이다. 1952년 한스 볼터가 이런 방식의 망원경 설계법 세 가지를 고안했다.[36][37] 아인슈타인 관측소,[38] ROSAT,[39] 찬드라 X선 관측소[40][41] 등이 볼터 망원경을 사용한 대표적인 우주 망원경이다. 2012년에 발사된 누스타(NuSTAR)는 긴 전개식 마스트 끝에 볼터 망원경 설계의 광학계를 장착하여 최대 79 keV의 광자 에너지까지 관측할 수 있다.[42][43]
7. 유명한 망원경
8. 같이 보기
- 광학 망원경 목록
- 가장 큰 반사 광학 망원경 목록
- 가장 큰 굴절 광학 망원경 목록
- 역사적으로 가장 큰 광학 망원경 목록
- 전파 망원경 목록
- 태양 망원경 목록
- 우주 관측소 목록
- 망원경 부품 및 건설 목록
- 망원경 종류 목록
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