분할 거울
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1. 개요
분할 거울은 단일 유리로 제작하기 어려운 대형 거울을 여러 조각으로 나누어 제작한 것으로, 주로 구경이 큰 망원경에 사용된다. 분할 거울은 제작, 운송, 설치 및 유지보수가 용이하며, 증강 현실과 같은 광학 요소의 크기를 줄이는 데에도 활용된다. 켁 망원경, 하비-에벌리 망원경, 남아프리카 공화국 대형 망원경, 카나리아 거대 망원경, LAMOST, 제임스 웹 우주 망원경 등 세계적인 대형 망원경들이 분할 거울을 사용하고 있다. 또한, 거대 마젤란 망원경, 30미터 망원경, 유럽 초대형 망원경과 같은 차세대 망원경 역시 분할 거울을 활용할 예정이다. 분할 거울을 사용하는 망원경은 회절 현상으로 인해 이미지에 회절 스파이크가 나타나는 특징을 보인다.
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| 분할 거울 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 여러 개의 작은 거울 조각으로 구성되어 하나의 큰 곡면 거울 역할을 하는 거울 |
| 역사 | |
| 초기 개발 | 귀도 호른 다르투로에 의해 1930년대에 개발 |
| 발전 | 제리 넬슨이 1970년대 후반에 현대적인 설계를 개발 |
| 특징 | |
| 장점 | 큰 구경의 거울 제작 가능 기존의 단일 거울보다 가볍고 제작 비용 저렴 |
| 작동 원리 | 개별 거울 조각들을 정밀하게 제어하여 전체적인 거울 모양을 유지 |
| 구성 요소 | 거울 조각 거울 지지 셀 액추에이터 (거울 조각의 위치 및 각도 조절) 제어 시스템 |
| 활용 | |
| 주요 활용 분야 | 천문학 (대형 망원경) |
| 예시 | 켁 천문대 제임스 웹 우주 망원경 거대 마젤란 망원경 30미터 망원경 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 적응 광학 |
2. 응용
단일 유리로 큰 주거울을 만드는 데는 기술적인 한계가 있다. 분할식이 아닌 일체형 거울(monolithic mirror영어)은 지름 8미터 이상으로 제작하는 것이 불가능하다. 현재 운용 중인 가장 큰 일체형 거울은 거대 쌍안 망원경에 들어있는 주거울로, 지름이 각각 8.4미터이다. 따라서 분할 거울을 사용하는 일은 구경이 큰 망원경의 핵심 사항이라 할 수 있다.
분할 거울은 다음과 같은 장단점을 가진다.
장점:
- 큰 구경의 망원경 제작 가능
- 제작, 운송, 설치, 유지보수가 용이
단점:
분할 거울은 증강현실에서 광학 요소의 크기를 최소화하는 데에도 응용된다. [https://tooz.com/ tooz] 社는 광학 스마트 글래스 요소에 들어가는 라이트 가이드에서 빛을 분리하기 위해 부분적으로 반사하는 분할 거울 배열을 사용하고 있다.
세계에서 가장 큰 광학 망원경 일부가 분할 거울을 주거울로 사용하고 있으며, 대표적인 예시는 다음과 같다.
| 망원경 이름 | 위치 | 주거울 크기 | 세그먼트 개수 | 특징 |
|---|---|---|---|---|
| 켁 망원경 | 미국 하와이 마우나케아산 마우나케아 천문대 | 10 m | 36개 | 쌍둥이 망원경 |
| 미국 웨스트 텍사스 맥도날드 천문대 | 9.2 m | 91개 | 주거울 55도 고정, 밑면 회전 | |
| 남아프리카 거대 망원경 | 남아프리카 공화국 카루 서덜랜드 | 11.1x | 91개 | 분광 관측에 특화 |
| 카나리아 거대 망원경 | 스페인 카나리아 제도 라팔마섬 로케 데 로스 무차초스 천문대 | 10.4 m | 36개 | 세계 최대 광학 망원경 |
| 중국 허베이성 | - | 24개, 37개 | 직사각형 거울 2개 사용 | |
| 제임스 웹 우주 망원경 | 우주 | - | 18개 | 2021년 12월 25일 발사 |
세계에서 가장 큰 광학 망원경 중 일부는 주거울로 분할 거울을 사용한다. 다음은 분할 거울을 사용하는 망원경의 일부 예시이다.
3. 분할 거울을 사용하는 망원경
3. 1. 켁 망원경 (Keck Telescopes)
쌍둥이 켁 망원경은 미국 하와이 마우나케아산 정상 부근 4145m 고도에 위치한 마우나케아 천문대에서 가장 눈에 띄는 망원경이다. 두 망원경 모두 지름 10m의 주 반사경을 갖추고 있다.
3. 2. 하비-에벌리 망원경 (Hobby-Eberly Telescope)
Hobby-Eberly Telescope영어은 해발 2026m의 미국 웨스트 텍사스 맥도날드 천문대에 있는 9.2미터 망원경이다. 주거울은 91개의 육각형 세그먼트로 이루어져 있다. 망원경의 주거울은 지면에 대해 55도 각도로 고정되어 있으며, 밑면을 회전하는 식이다. 표적은 망원경 초점에 있는 관측 장비를 움직여서 추적한다. 이를 통해 이 위치에서 하늘의 약 70~81%를 관측할 수 있으며, 하나의 표적을 두 시간까지만 추적할 수 있다.
3. 3. 남아프리카 공화국 대형 망원경 (Southern African Large Telescope, SALT)
남아프리카 공화국 대형 망원경(SALT)은 주로 분광 관측에 사용되는 10미터 망원경이다. 하비-에벌리 망원경과 유사하게 폭이 1미터인 육각형 거울 세그먼트 91개가 조립되어 11.1x 크기의 육각형 거울을 이룬다. 남아프리카 공화국 카루 서덜랜드 타운 근처에 있으며, 남아프리카 천문대의 시설이다.
3. 4. 카나리아 거대 망원경 (Gran Telescopio Canarias, GTC)
그란테칸(GranTeCanes)이라고도 한다. 총 36개의 거울 세그먼트를 사용한다. 주거울이 10.4 m로 현재 세계에서 가장 큰 광학 망원경이다. 스페인 카나리아 제도 라팔마섬 로케 데 로스 무차초스 천문대에 위치하고 있다.
3. 5. LAMOST
大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜|대천구면적 다표적 광섬유 천문 망원경중국어은 중국 허베이성에 위치한 탐사용 망원경이다. 각각 24개와 37개의 세그먼트로 이루어진 직사각형 거울 두 개를 사용한다. 육각 세그먼트의 크기는 1.1m이다.
3. 6. 제임스 웹 우주 망원경 (James Webb Space Telescope, JWST)
제임스 웹 우주 망원경은 열여덟 개의 거울 세그먼트를 사용하며, 대부분 2011년에 제작되었다. 2021년 12월 25일 기아나 우주 센터에서 아리안 5 로켓에 실려 발사되었다.
4. 차세대 망원경
2020년대부터 운용될 세 가지 차세대 거대 망원경은 분할 거울을 사용한다. 거대 마젤란 망원경은 7개의 커다란 거울 세그먼트를 사용하며, 30미터 망원경은 육각 세그먼트 492개를, 유럽 초대형 망원경은 총 798개의 세그먼트를 사용한다. 유럽 초대형 망원경의 첫 관측은 2027년으로 예상된다. 이 망원경들은 초대형 망원경으로 분류된다.
4. 1. 거대 마젤란 망원경 (Giant Magellan Telescope, GMT)
거대 마젤란 망원경은 일곱 개의 커다란 거울 세그먼트를 사용하여 분할 거울 망원경이나 별도의 그룹으로 분류된다.4. 2. 30미터 망원경 (Thirty Meter Telescope, TMT)
30미터 망원경(Thirty Meter Telescope, TMT)은 하와이 마우나케아 천문대에 건설될 예정이었으나, 현재 건설이 중단된 상태이다. 이 망원경은 492개의 육각형 분할 거울을 사용할 것이다. --4. 3. 유럽 초대형 망원경 (European Extremely Large Telescope, E-ELT)
2020년대부터 운용될 세 가지 차세대 거대 망원경은 분할 거울을 사용한다. 거대 마젤란 망원경은 일곱 개의 커다란 거울 세그먼트를 사용하여 분할 거울 망원경이나 별도의 그룹으로 분류된다. 30미터 망원경은 하와이 마우나케아 천문대에 지어질 예정이며, 육각 세그먼트 492개를 사용할 것이다. 셋 중에서 가장 큰 유럽 초대형 망원경은 총 798개의 세그먼트를 사용해서 주거울을 만든다. 첫 관측은 2027년으로 예상된다.5. 회절 스파이크
분할 거울을 사용하는 망원경의 이미지는 거울 모서리의 회절로 인해 회절 스파이크가 나타난다. 이미지 면에서 거울 모서리 방향의 수직으로 두 개의 스파이크가 나타나기 때문에 제임스 웹 우주 망원경처럼 주거울이 육각형인 경우는 여섯 개의 스파이크가 나타난다(추가로 부거울을 지지하는 스파이더 때문에 작고 어두운 스파이크도 나타남).
참조
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