반사 망원경
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1. 개요
반사 망원경은 곡면 거울을 사용하여 빛을 모으고 상을 형성하는 망원경이다. 11세기 알하젠의 연구에서 개념이 제시되었으며, 굴절 망원경 발명 이후 여러 과학자들이 아이디어를 논의했다. 1668년 아이작 뉴턴이 최초의 반사 망원경을 제작한 것으로 알려져 있으며, 이후 다양한 설계와 기술 발전이 이루어졌다.
반사 망원경은 주 반사경의 형태, 부경의 유무, 그리고 광학 요소의 조합에 따라 뉴턴식, 카세그레인식, 그레고리식, 리치-크레티앙식 등 다양한 종류로 나뉜다. 망원경의 초점면은 주 초점, 카세그레인 초점, 나스미스 초점, 쿠데 초점 등으로 구성되며, 광섬유 공급 분광기를 통해 분광학 연구에도 활용된다. 반사 망원경은 넓은 파장 범위, 색수차 부재, 그리고 큰 크기의 거울 제작의 용이함으로 인해 천문학 연구에서 널리 사용되고 있다.
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- 망원경 형식 - 카세그레인식 망원경
- 망원경 형식 - 뉴턴식 망원경
뉴턴식 망원경은 아이작 뉴턴이 발명한 반사 망원경으로, 포물면 주반사경과 평면 부반사경을 사용하여 빛을 모아 상을 만들며 색수차가 없고 대구경 제작에 유리하지만 코마 수차와 회절 현상 등의 단점이 있어 천문 관측, 교육, 연구에 널리 쓰이고 돕소니안 망원경 등으로 변형된다.
| 반사 망원경 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 망원경 |
| 광학 설계 | 반사 |
| 사용 목적 | 천체 관측 |
| 이미지 형성 방법 | 곡면 거울을 사용하여 이미지를 형성 |
| 역사 | |
| 발명 | 아이작 뉴턴 |
| 최초 제작 시기 | 1668년 |
| 작동 원리 | |
| 광학 경로 | 빛이 주거울에 반사된 후 보조 거울에 다시 반사되어 초점을 형성 |
| 이미지 형성 | 곡면 거울을 사용하여 빛을 모아 이미지를 형성 |
| 주요 특징 | |
| 장점 | 색수차가 없음 대구경 제작 용이 |
| 단점 | 코마 수차 발생 가능성 회절 스파이크 발생 가능성 |
| 거울 재질 | 유리, 금속 등 |
| 주 거울 모양 | 포물면 거울 또는 구면 거울 |
| 유형별 분류 | |
| 뉴턴식 반사망원경 | 아이작 뉴턴이 발명한 구조 |
| 카세그레인식 반사망원경 | 볼록 보조 거울을 사용하는 구조 |
| 리치-크레티앙식 반사망원경 | 두 개의 쌍곡면 거울을 사용하는 구조 |
| 그레고리식 반사망원경 | 오목 보조 거울을 사용하는 구조 |
| 망원경의 구조에 따른 분류 | 단일경통 복합경통 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 반사경 굴절망원경 천체망원경 광학망원경 구면수차 코마수차 비점수차 왜곡수차 색수차 회절 스파이크 |
| 참고 자료 | |
| 참고 자료 | 국립국회도서관 - 망원경·현미경 farside.ph.utexas.edu - 구면 거울 소라에 - 중첩된 별들의 보석 같은 반짝임, 허블이 촬영한 “궁수자리” 구상 성단 |
2. 역사
반사 망원경은 18세기 포물면 거울 제작의 완성,[9] 19세기 레옹 푸코가 제작한 은 코팅 유리 거울,[10] 20세기 수명이 긴 알루미늄 코팅,[11] 더 큰 직경을 허용하는 분할 거울 및 중력 변형을 보상하는 능동 광학 등의 발전을 통해 더욱 발전하였다. 20세기 중반에는 슈미트 카메라와 같은 카타디오프트릭 망원경이 개발되어, 구면 거울과 렌즈(수정판)를 주 광학 요소로 사용하여 구면 수차 없이 넓은 시야를 확보할 수 있게 되었다.
20세기 후반에는 적응 광학과 행운 영상이 개발되어 시상 문제를 해결했으며, 반사 망원경은 우주 망원경과 여러 유형의 우주선 이미징 장치에서 널리 사용되고 있다.
2. 1. 초기 반사 망원경
곡면 거울이 렌즈처럼 작동한다는 개념은 적어도 11세기 알하젠의 광학 논문으로 거슬러 올라가며, 이 논문은 근세 유럽에서 라틴어 번역으로 널리 보급되었다.[2] 굴절 망원경 발명 직후, 갈릴레오 갈릴레이, 조반니 프란체스코 사그레도 등은 곡면 거울의 원리를 알고 거울을 상을 형성하는 대물렌즈로 사용하는 망원경을 제작하는 아이디어를 논의했다.[3] 볼로냐의 체사레 카라바지가 1626년경 하나를 제작했다는 보고가 있고, 이탈리아 교수 니콜로 추키는 후속 연구에서 1616년에 오목한 청동 거울을 실험했지만 만족스러운 상을 생성하지 못했다고 썼다.[3] 포물면 거울을 사용하는 잠재적 이점, 주로 구면 수차 감소와 색수차 없음은 반사 망원경에 대한 많은 설계를 이끌었다.[4] 가장 주목할 만한 것은 제임스 그레고리로, 그는 1663년에 '반사' 망원경에 대한 혁신적인 설계를 발표했다. 실험 과학자 로버트 훅은 10년 후인 1673년에 이러한 유형의 망원경을 제작했는데, 이는 그레고리안 망원경으로 알려지게 되었다.[5][6][7]
그레고리가 망원경을 설계한 지 5년 후, 그리고 훅이 최초의 그레고리안 망원경을 제작하기 5년 전인 1668년에 아이작 뉴턴은 일반적으로 최초의 반사 망원경으로 인정받는 자신의 반사 망원경을 제작했다.[8] 이것은 구형으로 연마된 금속 주 반사경과 작은 대각선 거울을 사용하여 뉴턴식 망원경으로 알려지게 된 광학적 구성을 사용했다.
반사경 설계의 이론적 이점에도 불구하고, 당시 사용되던 스펙쿨럼 금속 거울의 제작 난이도와 성능 저하로 인해 반사 망원경이 대중화되는 데 100년 이상 걸렸다.
2. 2. 반사 망원경의 발전
곡면 거울이 렌즈처럼 작용한다는 개념은 적어도 11세기 알하젠(Alhazen)의 광학 논문으로 거슬러 올라가며, 이 논문은 근세 유럽에서 라틴어 번역으로 널리 보급되었다.[2] 굴절 망원경 발명 직후, 갈릴레오 갈릴레이, 조반니 프란체스코 사그레도 등은 곡면 거울의 원리를 알고 거울을 상을 형성하는 대물렌즈로 사용하는 망원경을 제작하는 아이디어를 논의했다.[3] 볼로냐의 체사레 카라바지(Cesare Caravaggi)가 1626년경 이러한 망원경을 제작했다는 보고가 있고, 이탈리아 교수 니콜로 추키(Niccolò Zucchi)는 1616년에 오목한 청동 거울을 실험했지만 만족스러운 상을 생성하지 못했다고 썼다.[3] 포물면 거울을 사용하면 구면 수차를 줄이고 색수차를 없앨 수 있다는 이점 때문에 반사 망원경에 대한 많은 설계가 등장했다.[4] 1663년 제임스 그레고리는 혁신적인 반사 망원경 설계를 발표했고, 10년 후인 1673년 실험 과학자 로버트 훅이 이 설계를 바탕으로 망원경을 제작했는데, 이것이 그레고리안 망원경으로 알려지게 되었다.[5][6][7]아이작 뉴턴은 그레고리가 망원경을 설계한 지 5년 후이자 훅이 최초의 그레고리안 망원경을 제작하기 5년 전인 1668년에 자신의 반사 망원경을 제작했다.[8] 이것은 일반적으로 최초의 반사 망원경으로 인정받고 있다. 뉴턴의 망원경은 구형으로 연마된 금속 주 반사경과 작은 대각선 거울을 사용하는 광학적 구성을 사용했으며, 뉴턴식 망원경으로 알려지게 되었다.
반사경 설계는 이론적으로 많은 이점을 가졌지만, 당시 사용되던 스펙쿨럼 금속 거울은 제작이 어렵고 성능이 쉽게 저하되어 반사 망원경이 대중화되기까지는 100년 이상의 시간이 걸렸다. 반사 망원경의 발전에는 18세기 포물면 거울 제작의 완성,[9] 19세기 레옹 푸코가 제작한 은 코팅 유리 거울,[10] 20세기 수명이 긴 알루미늄 코팅,[11] 더 큰 직경을 허용하는 분할 거울 및 중력 변형을 보상하는 능동 광학 등이 포함된다. 20세기 중반에는 슈미트 카메라와 같은 카타디오프트릭 망원경이 혁신을 이루었는데, 이 망원경은 구면 거울과 렌즈(수정판)를 주 광학 요소로 사용하여 구면 수차 없이 넓은 시야를 확보할 수 있었다.
20세기 후반에는 적응 광학과 행운 영상이 개발되어 시상 문제를 해결했으며, 반사 망원경은 우주 망원경과 여러 유형의 우주선 이미징 장치에서 널리 사용되고 있다.
3. 기술적 고려 사항
곡면 주 반사경은 반사 망원경의 기본 광학 요소로, 초점면에 상을 만든다. 반사경에서 초점면까지의 거리가 초점 거리이다. 필름이나 디지털 센서를 이곳에 배치하여 상을 기록하거나, 부 반사경을 추가하여 광학적 특성을 수정하거나 빛을 필름, 디지털 센서 또는 시각 관측을 위한 접안렌즈로 재지향할 수 있다.
대부분 현대 망원경의 주 반사경은 앞면이 구면 또는 포물면 모양으로 연마된 고체 유리 원기둥으로 구성된다. 얇은 알루미늄 층을 반사경에 진공 증착하여 높은 반사율의 제1면 반사경을 형성한다.
일부 망원경은 용융 유리를 회전시켜 표면을 포물면으로 만들고, 냉각 및 고화되는 동안 회전을 유지하는 방식으로 제작된다. (회전로(Rotating furnace) 참조) 결과적으로 생성된 반사경 모양은 원하는 포물면 모양에 근사하며, 정확한 형상에 도달하기 위해 최소한의 연마 및 광택 작업만 필요하다.[12]
3. 1. 광학 요소
곡면 주 반사경은 반사 망원경의 기본 광학 요소로, 초점면에 상을 만든다. 반사경에서 초점면까지의 거리가 초점 거리이다. 필름이나 디지털 센서를 이곳에 배치하여 상을 기록하거나, 부 반사경을 추가하여 광학적 특성을 수정하거나 빛을 필름, 디지털 센서 또는 시각 관측을 위한 접안렌즈로 재지향할 수 있다.대부분의 현대 망원경의 주 반사경은 앞면이 구면 또는 포물면 모양으로 연마된 고체 유리 원기둥으로 구성된다. 얇은 알루미늄 층을 반사경에 진공 증착하여 높은 반사율의 제1면 반사경을 형성한다.
일부 망원경은 다르게 제작된 주 반사경을 사용한다. 용융 유리를 회전시켜 표면을 포물면으로 만들고, 냉각 및 고화되는 동안 회전을 유지한다. (회전로(Rotating furnace) 참조) 결과적으로 생성된 반사경 모양은 원하는 포물면 모양에 근사하며, 정확한 형상에 도달하기 위해 최소한의 연마 및 광택 작업만 필요하다.[12]
3. 2. 광학적 오차
곡면 주 반사경은 반사 망원경의 기본 광학 요소로, 초점면에 상을 만든다. 대부분 현대 망원경의 주 반사경은 앞면이 구면 또는 포물면 모양으로 연마된 고체 유리 원기둥이다. 얇은 알루미늄 층을 반사경에 진공 증착하여 높은 반사율의 제1면 반사경을 형성한다.
반사 망원경은 다른 광학계와 마찬가지로 "완벽한" 상을 생성하지 않는다. 무한대 거리의 천체 촬영, 다양한 파장의 빛 관측, 주 반사경이 생성하는 상을 볼 수 있는 방법의 필요성 등은 반사 망원경 광학 설계에 항상 타협이 존재함을 의미한다.
주 반사경은 빛을 자신의 반사 표면 앞의 공통 지점에 집중시키기 때문에, 거의 모든 반사 망원경 설계에는 초점 근처에 부경, 필름 홀더 또는 검출기가 있어 빛이 주 반사경에 도달하는 것을 부분적으로 가린다. 이는 시스템이 수집하는 빛의 양을 감소시킬 뿐만 아니라, 장애물에 의한 회절 효과와 대부분 부경 지지 구조에 의한 회절 스파이크로 인해 상의 명암비 손실을 야기한다.[13][14]
거울은 색수차를 피할 수 있게 하지만, 다른 유형의 수차를 생성한다. 단순한 구면 거울은 먼 천체로부터의 빛을 공통 초점으로 모을 수 없다. 거울 가장자리 근처에서 반사되는 광선은 거울 중심에 가까운 곳에서 반사되는 광선과 수렴하지 않기 때문이다. 이러한 결함을 구면 수차라고 한다. 이 문제를 피하기 위해 대부분의 반사 망원경은 모든 빛을 공통 초점에 모을 수 있는 포물면 형태의 거울을 사용한다. 포물면 거울은 생성하는 상의 중심 근처에 있는 천체(거울의 광축에 평행하게 이동하는 빛)에는 잘 작동하지만, 같은 시야의 가장자리 쪽에서는 축외 수차가 발생한다.[15][16]
- 코마: 상의 중심에 있는 점광원(별)은 점으로 초점이 맞춰지지만, 이미지 가장자리 쪽으로 갈수록 악화되는 "혜성과 같은" 방사형 얼룩으로 나타나는 수차이다.
- 상면만곡: 최상의 상면은 일반적으로 곡면이며, 검출기 모양과 일치하지 않아 시야 전체에 걸쳐 초점 오차가 발생한다. 때로는 평면화 렌즈로 보정된다.
- 비점수차: 조리개 주변 초점의 방위각 변화로 인해 축외 점광원 이미지가 타원형으로 나타난다. 좁은 시야에서는 일반적으로 문제가 되지 않지만, 넓은 시야 이미지에서는 빠르게 악화되고 시야각에 따라 제곱으로 변한다.
- 왜곡: 상의 질(선명도)에는 영향을 미치지 않지만, 물체 모양에 영향을 미친다. 때로는 영상 처리로 보정된다.
리치-크레티앙 망원경과 같이 수정된 거울 표면을 사용하거나 카타디오프트릭 망원경과 같이 보정 렌즈를 사용하는 반사 망원경 설계는 이러한 수차 중 일부를 보정한다.
4. 천문학 연구에서의 활용
대부분의 대형 연구용 천문 망원경은 반사 망원경이다. 그 이유는 다음과 같다.
- 렌즈는 유리 전체가 결함 없이 균일해야 하지만, 거울은 한쪽 면만 완벽하게 연마하면 된다.
- 렌즈와 달리 거울은 모든 파장의 빛을 동일하게 반사하므로 색수차가 발생하지 않는다. 따라서 거울을 사용하면 더 넓은 파장 범위에서 관측이 가능하다. 반면, 렌즈는 빛의 파장에 따라 굴절률이 달라져 색수차가 발생한다. 이를 보정하기 위해 여러 개의 렌즈를 조합해야 하므로 비용이 증가한다.
- 큰 렌즈는 중력으로 인해 처져서 상이 왜곡될 수 있다. 렌즈는 가장자리에서만 고정할 수 있기 때문에, 중력에 의해 렌즈의 중앙 부분이 처지면서 상이 왜곡되는 현상이 발생한다. 굴절 망원경에서 실용적인 최대 렌즈 크기는 약 1미터이다.[17] 반면, 거울은 뒷면 전체로 지지할 수 있어 중력에 의한 변형을 줄일 수 있다. 이러한 이유로 현재 가장 큰 반사 망원경은 직경이 10미터를 초과한다.
- 반사 망원경은 굴절 망원경과 달리 유리 উপাদান을 통과할 때 특정 파장이 흡수되는 현상이 없어 더 넓은 파장 범위에서 작동한다.
5. 반사 망원경의 종류
반사 망원경은 빛을 모으고 초점을 맞추기 위해 렌즈 대신 거울을 사용하는 망원경이다. 11세기 알하젠의 광학 논문에서 곡면 거울의 원리가 언급되었고, 굴절 망원경 발명 이후 갈릴레오 갈릴레이 등이 거울을 이용한 망원경 제작을 논의했다.[2][3] 초기에는 제작의 어려움으로 널리 사용되지 못했지만, 기술 발전으로 다양한 형태의 반사 망원경이 개발되었다.
- 뉴턴식 망원경: 아이작 뉴턴이 1668년에 제작한 최초의 반사 망원경으로, 구면 주 반사경과 작은 대각선 거울을 사용한다.[8]
- 카스그레인식 망원경: 17세기 프랑스의 로랑 카세그렌이 발명한 망원경으로, 주경 앞에 볼록한 부경을 배치하고 주경 중앙의 구멍을 통해 빛을 모은다.
반사 망원경의 발전에는 18세기 포물면 반사경 제작 완성,[9] 19세기 은 코팅 유리 거울,[10] 20세기 알루미늄 코팅,[11] 분할 거울, 능동 광학 등이 포함된다. 20세기 중반에는 슈미트 카메라와 같은 카타디오프트릭 망원경이 개발되었고, 20세기 후반에는 적응 광학과 행운 영상이 개발되어 시상 문제를 해결했다.
반사 망원경의 종류는 다음과 같다.
| 종류 | 특징 | 이미지 |
|---|---|---|
| 허셜식 망원경 | 윌리엄 허셜이 고안한 형식으로, 부경을 사용하지 않고 밝은 상을 얻기 위해 주경을 기울였다. | -- |
| 나스미스식 망원경 | 카세그레인식 망원경에 평면경을 추가하여 경통의 경사축에 광축을 유도하는 형태이다. 대형 망원경에 주로 사용된다. |  |
| 쿠데식 망원경 | 경통 외부로 유도된 빛을 여러 거울이나 프리즘을 사용하여 적도의의 극축 내부로 유도하는 방식이다. 접안부가 고정되어 관측이 편리하지만 광량 손실이 크고 시야가 좁다. | |
| 축외 반사 망원경 | 축에서 벗어난 오목한 주경과 볼록한 부경을 조합한 형태이다. | -- |
5. 1. 그레고리식 망원경
제임스 그레고리가 1663년 저서에 기록하여 공표하였다. 주경은 포물면 오목거울, 부경은 타원면 오목거울이다. 주경 중앙에 구멍이 있어 그곳으로 빛을 후방으로 유도하는 형태의 망원경이다.
5. 2. 뉴턴식 망원경
아이작 뉴턴이 그레고리식 망원경을 개량하여 1668년에 1호기를 완성했다. 오목한 주경으로 반사시킨 빛을 광축 앞쪽에 비스듬히 45도 각도로 놓인 평면 부경으로 옆 방향으로 빼내는 형식의 망원경이다.'''뉴턴식 망원경'''은 아이작 뉴턴이 1668년에 완성한 최초의 성공적인 반사 망원경이다. 일반적으로 포물면 형태의 주경을 사용하지만, 약 f/10 이상의 초점비에서는 구면 주경으로도 높은 시각적 해상도를 얻을 수 있다. 평면 부경은 빛을 망원경 튜브 상단 측면의 초점면에 반사시킨다. 주경의 크기가 주어졌을 때 가장 간단하고 저렴한 설계 중 하나이며, 아마추어 망원경 제작자들에게 인기 있는 직접 제작 프로젝트이다.
5. 3. 카세그레인식 망원경
카세그레인 망원경은 1672년 로랑 카세그레인이 발표한 디자인을 따른 망원경이다. 포물면형 주 반사경과 쌍곡면형 부 반사경을 사용하여 빛을 주 반사경의 구멍을 통해 다시 아래로 반사하는 방식이다. 부 반사경의 접힘과 발산 효과 덕분에 짧은 튜브 길이로도 긴 초점 거리를 얻을 수 있다. 17세기 프랑스의 사제 로랑 카세그레인이 발명했으며, 주경의 광축 전방에 쌍곡면의 볼록면 거울(부경)을 마주보게 배치하고, 주경 중앙의 개구부를 통해 거울 뒷면으로 광속을 모아서 빛을 취하는 형식의 망원경이다. 파생된 광학계가 많아 클래식 카세그렌 광학계라고도 부른다.
5. 3. 1. 리치-크레티앙 망원경
조지 윌리스 리치와 앙리 크레티앙이 1910년대 초에 발명한 특수한 카세그레인 반사 망원경으로, 포물면 형태의 주 반사경 대신 두 개의 쌍곡면 반사경을 사용한다. 주 반사경과 부 반사경의 곡률이 적절히 연마되면 거의 평평한 초점면에서 코마와 구면 수차가 없어 넓은 시야와 사진 관측에 적합하다.[18] 전 세계 거의 모든 전문 반사 망원경이 리치-크레티앙 설계 방식을 따른다.
카세그레인식 망원경에서 파생된 광학계로, 넓은 시야에 걸쳐 좋은 상을 확보하기 위해, 쌍곡면 주경과 고차 비구면 부경을 사용하여 수차를 고도로 제거한 형식의 망원경이다.
5. 3. 2. 돌-커컴식 망원경
'''돌-커컴''' 카세그레인 망원경의 설계는 호러스 달이 1928년에 고안했으며, 당시 잡지 편집자였던 앨버트 G. 잉걸스와 아마추어 천문학자 앨런 커크햄 간의 논의를 거쳐 1930년 ''사이언티픽 아메리칸''에 발표된 논문에서 그 이름을 얻게 되었다. 이 망원경은 오목한 타원형 주경과 볼록한 구면형 부경을 사용한다. 이 시스템은 고전적인 카세그레인 또는 리치-크레티앙 시스템보다 연마하기 쉽지만, 축외 코마를 보정하지는 않는다. 실제로 시야 왜곡은 고전적인 카세그레인보다 적다. 이러한 현상은 더 긴 초점비에서는 덜 눈에 띄기 때문에 달-커크햄 망원경은 f/15보다 빠른 경우가 드물다.
카세그레인식 망원경에서 파생된 광학계로, 타원면 주경, 구면 부경을 사용하여 거울 연마를 용이하게 한 형태의 망원경이다.
5. 3. 3. 쓰리미러 아나스티그매트
세 번째 곡면 거울을 추가하면 리치-크레티앵 설계에서 남아 있는 비점수차와 왜곡을 보정할 수 있다. 이를 통해 훨씬 더 넓은 시야를 확보할 수 있다.5. 4. 축외 반사 망원경
축외 반사 망원경은 입사광을 차단하지 않기 위해 고안된 설계이다. 주 거울의 광축에서 이차 요소를 이동시키거나 이차 거울을 제거하는 방식으로, 허셜식 망원경, 시프슈피글러 망원경, 스테빅-폴 망원경, 욜로 망원경 등이 이에 속한다.5. 4. 1. 허셜식 망원경
'''허셜식 반사 망원경'''은 윌리엄 허셜이 1789년 40피트 망원경을 포함한 매우 큰 망원경을 제작할 때 사용한 설계 방식이다. 허셜식 반사 망원경에서는 주경이 기울어져 있어 관측자의 머리가 들어오는 빛을 가리지 않는다. 이 때문에 기하학적 수차가 발생하지만, 허셜은 당시의 합금거울이 빠르게 변색되어 반사율이 60%밖에 되지 않았기 때문에 뉴턴식 이차경을 사용하지 않기 위해 이 설계를 사용했다.[19]5. 4. 2. 시프슈피글러 망원경
카세그레인식 망원경의 변형인 시프슈피글러 망원경("비틀어진" 또는 "사선 반사경")은 보조 반사경이 주 반사경에 그림자를 드리우는 것을 피하기 위해 기울어진 거울을 사용한다. 하지만 회절 패턴을 제거하는 동시에 혜성 수차와 비점 수차가 증가한다. 이러한 결점은 큰 초점비에서 관리 가능해진다. 대부분의 시프슈피글러는 f/15 이상을 사용하며, 이는 관측 가능한 시야를 중간 정도로 제한하는 경향이 있다. 150mm f/15 망원경은 1.25인치 접안렌즈를 사용할 경우 최대 0.75도의 시야를 제공한다.여러 가지 변형이 일반적이며, 서로 다른 유형의 거울이 다양한 수로 사용된다. 안톤 쿠터가 발명한 쿠터 스타일은 단일 오목 주 반사경, 볼록 보조 반사경 및 필요에 따라 보조 반사경과 초점면 사이에 평볼록 렌즈를 사용한다(이것은 카타디오프트릭 시프슈피글러의 경우임).
다중 시프슈피글러의 한 변형은 오목 주 반사경, 볼록 보조 반사경 및 포물선 삼차 반사경을 사용한다. 일부 시프슈피글러의 흥미로운 측면 중 하나는 거울 중 하나가 두 번 빛 경로에 관여할 수 있다는 것이다. 각 빛 경로는 서로 다른 자오선 경로를 따라 반사된다.
축에서 벗어난 오목한 주경과 볼록한 부경을 조합한 형태의 망원경이다.
5. 4. 3. 스테빅-폴 망원경
스테빅-폴 망원경[20]은 평면 경사 거울이 추가된 폴 3거울 방식[21]의 축외 버전이다. 볼록한 이차 거울은 망원경으로 들어오는 빛의 바로 옆에 배치되며, 비점상으로 평행광을 삼차 거울로 보낸다. 오목한 삼차 거울은 볼록한 이차 거울이 들어오는 광선으로부터 떨어진 거리의 두 배만큼 떨어진 곳에 위치하며, 이차 거울로부터 구면 반지름 거리만큼 떨어져 있다. 삼차 거울은 이차 거울로부터 평행광을 받으므로 초점에 상을 형성한다. 초점면은 거울 시스템 내에 있지만, 평면 경사 거울을 포함하여 눈으로 관찰할 수 있다. 스테빅-폴 구성은 펫츠발 곡면이 약간 굽은 것을 제외하고는 3차까지 모든 광학 수차의 합이 0이 된다.5. 4. 4. 욜로 망원경
욜로는 아서 S. 레너드가 1960년대 중반에 개발했다.[22] 쉐프슈피겔과 마찬가지로, 욜로는 막힘이 없는 기울어진 반사 망원경이다. 원래의 욜로는 동일한 곡률과 주축에 대한 동일한 기울기를 가진 1차 및 2차 오목 거울로 구성된다. 대부분의 욜로는 토로이드 반사경을 사용한다. 욜로 설계는 코마를 제거하지만 상당한 비점수차를 남기는데, 이는 일종의 휨 장치에 의한 2차 거울의 변형 또는 2차 거울에 토로이드 형상을 연마함으로써 감소된다.쉐프슈피겔과 마찬가지로 많은 욜로 변형이 시도되었다. 필요한 토로이드 형상의 양은 1차 거울에 전체적으로 또는 부분적으로 전달될 수 있다. 큰 초점비 광학 조립체에서 1차 및 2차 거울 모두 구면으로 남겨둘 수 있으며, 2차 거울과 초점면 사이에 시정 렌즈가 추가된다(카타디오프트릭 욜로). 볼록한 장초점 3차 거울을 추가하면 레너드의 솔라노 구성으로 이어진다. 솔라노 망원경에는 토릭 표면이 없다.
5. 5. 액체 거울 망원경
일정한 속도로 회전하는 접시에 담긴 액체 금속으로 만들어진 반사경을 사용하는 망원경 설계 방식이 있다. 접시가 회전하면 액체는 사실상 크기 제한이 없는 포물면을 형성한다. 이러한 방식은 6미터 이상의 매우 큰 망원경 거울을 만들 수 있게 해주지만, 천정망원경으로만 사용이 제한된다.6. 초점면
반사 망원경은 초점면의 위치와 구성에 따라 여러 종류로 나뉜다.
- 주 초점: 2차 광학계 없이 주 반사경의 초점에 상이 맺히는 방식이다. 과거에는 관측자가 직접 망원경 안에 들어가 관측했지만, 오늘날에는 CCD 카메라를 이용해 원격으로 조작한다. 전파 망원경에서 주로 사용되며, 관측 장비는 빛을 가리지 않도록 설치해야 한다.
- 카세그레인 초점: 주 반사경 뒤쪽에 2차 반사경을 설치하여 상을 맺히게 하는 방식이다. 아마추어 망원경이나 소형 연구용 망원경에 주로 사용된다.
- 나스미스 초점: 카세그레인 방식과 유사하지만, 3차 거울을 추가하여 빛을 망원경 옆으로 반사시켜 무거운 기기를 장착할 수 있도록 한 방식이다. 대형 연구용 망원경에 많이 사용된다.
- 쿠데 초점: 나스미스식 망원경에 추가적인 광학계를 설치하여 망원경의 방향과 관계없이 고정된 초점으로 빛을 전달하는 방식이다. 매우 무거운 기기를 사용할 때 활용되며, 넓은 시야는 확보하기 어렵다.
- 광섬유 공급 분광기: 망원경과 분리된 안정적인 구조물에 기기를 장착하고, 광섬유를 이용하여 빛을 수집하는 방식이다. HARPS[27]나 ESPRESSO[28]와 같은 행성 탐색 분광기에 사용된다.
6. 1. 주 초점
주 초점 설계에서는 2차 광학계를 사용하지 않고, 주 반사경의 초점에서 상을 관측한다. 초점에는 필름이나 전자 검출기를 고정하는 구조물이 있다. 과거 매우 큰 망원경에서는 관측자가 "관측 케이지" 안에 앉아 상을 직접 보거나 카메라를 조작했다.[23] 오늘날 CCD 카메라는 전 세계 어디에서든 망원경을 원격 조작할 수 있게 해준다. 주 초점에서 사용할 수 있는 공간은 빛을 가리지 않도록 해야 하므로 매우 제한된다.[24]
전파 망원경은 종종 주 초점 설계를 가지고 있다. 반사경은 전파를 반사하는 금속 표면으로 대체되고, 관측자는 안테나가 된다.
6. 2. 카세그레인 초점
카세그레인 설계 또는 이와 유사한 설계로 제작된 망원경의 경우, 상은 2차 반사경의 초점에 위치한 주 반사경 뒤쪽에 형성된다. 관측자는 망원경의 후면을 통해 관측하거나, 카메라 또는 기타 기기를 후면에 장착한다. 카세그레인 초점은 아마추어 망원경이나 소형 연구용 망원경에 일반적으로 사용된다. 그러나 크기에 맞춰 큰 기기를 갖춘 대형 망원경의 경우, 카세그레인 초점에 있는 기기는 망원경이 추적할 때 함께 움직여야 한다. 이는 기기 지지 구조물의 강도에 대한 추가적인 요구 사항을 제시하며, 관측소 내부의 벽이나 장비와의 충돌을 피하기 위해 망원경의 움직임을 제한할 수도 있다.
6. 3. 나스미스 초점
나스미스 방식은 카세그레인 방식과 유사하지만, 빛이 주경의 구멍을 통과하지 않는다. 대신 세 번째 거울이 빛을 망원경 옆으로 반사하여 무거운 기기를 장착할 수 있도록 한다. 이는 대형 연구용 망원경에서 매우 일반적인 설계이다.[25]카세그레인식 망원경에 평면경을 추가하여, 경통의 경사축에 광축을 유도하는 형태의 망원경이다. 관측 장치의 장착이 용이해지므로 대형 망원경의 대부분은 나스미스 초점을 가지고 있다.
6. 4. 쿠데 초점
나스미스식 망원경에 추가적인 광학계를 설치하여 빛을 (보통 적위 축을 통해) 망원경의 방향이 바뀌어도 움직이지 않는 고정된 초점으로 전달하는 것을 '''쿠데 초점'''(프랑스어로 팔꿈치를 의미)이라고 한다.[26] 쿠데 초점은 나스미스 초점보다 시야가 좁다.[26] 넓은 시야가 필요하지 않은 매우 무거운 기기를 사용할 때 활용된다. 그러한 응용 사례 중 하나는 큰 콜리메이팅 거울(이상적으로는 망원경의 주경과 같은 지름)과 매우 긴 초점 거리를 가진 고해상도 분광기이다. 이러한 기기는 움직일 수 없으므로, 빛의 경로에 거울을 추가하여 '쿠데 트레인'을 형성하고, 관측실 바닥 위 또는 아래에 설치된(그리고 일반적으로 관측소 건물의 움직이지 않는 일체형 부분으로 제작된) 그러한 기기에 고정된 위치로 빛을 돌리는 것이 유일한 방법이었다. 60인치 헤일 망원경(1.5m), 후커 망원경, 200인치 헤일 망원경, 셰인 망원경, 할런 J. 스미스 망원경은 모두 쿠데 초점 장비를 갖추고 제작되었다. 에셸 분광계의 개발은 훨씬 더 소형화된 기기를 사용한 고해상도 분광법을 가능하게 했으며, 이는 때때로 카세그레인 초점에 성공적으로 장착될 수 있다. 1980년대에 저렴하고 안정적인 컴퓨터 제어식 알타지름식 망원경 마운트가 개발된 이후로, 나스미스 방식은 대형 망원경에서 쿠데 초점을 일반적으로 대체했다.
경통 외부로 유도된 빛을 여러 장의 거울이나 프리즘을 사용하여 적도의의 극축 내부로 유도하는 방식이다. 원래 나스미스식 망원경에서 파생된 광학계이지만, 케플러식 망원경을 쿠데식으로 만든 경우도 있다. 접안부가 고도 방향뿐 아니라 수평면 내에서도 완전히 고정되므로 관측에 매우 편리하지만, 많은 거울로 광로를 구부리기 때문에 광량 손실이 크고 시야가 좁아지는 단점도 있다.
6. 5. 광섬유 공급 분광기
극도의 안정성이 요구되거나 크기가 매우 크고 다루기 어려운 기기의 경우, 망원경과 함께 기기를 움직이는 대신 단단한 구조물에 기기를 장착하는 것이 바람직하다. 전체 시야를 전달하려면 표준 쿠데(coudé) 초점이 필요하지만, 분광법은 일반적으로 별이나 은하와 같은 몇 개의 개별 천체만 측정한다. 따라서 망원경에서 광섬유를 사용하여 이러한 천체에서 빛을 수집하고 기기를 망원경으로부터 임의의 거리에 배치하는 것이 가능하다. 광섬유 공급 분광기의 예로는 행성 탐색 분광기 HARPS[27] 또는 ESPRESSO[28]가 있다.또한 광섬유의 유연성을 통해 어떤 초점면에서든 빛을 수집할 수 있다. 예를 들어, HARPS 분광기는 ESO 3.6m 망원경의 카세그레인 초점을 사용하는 반면,[27] 주 초점 분광기는 스바루 망원경의 주 초점에 연결되어 있다.[29]
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