윌슨산 천문대
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1. 개요
윌슨산 천문대는 미국 캘리포니아주에 위치한 천문대로, 1904년 조지 엘러리 헤일에 의해 설립되었다. 스노우 태양 망원경, 60인치 망원경, 100인치 후커 망원경 등 다양한 망원경을 갖추고 있으며, 특히 100인치 후커 망원경은 에드윈 허블이 우주의 팽창을 증명하는 데 사용되었다. 윌슨산 천문대는 광학 간섭계 연구에도 기여했으며, 현재는 대중에게 공개 관측을 제공하고 있다.
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| 윌슨산 천문대 - [지명]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 위치 | 캘리포니아주 로스앤젤레스 윌슨 산 |
| 고도 | 1,742 m |
| 관리 | |
| 관리 기관 | 윌슨 산 연구소(Mount Wilson Institute) |
| 망원경 | |
| 망원경 1 이름 | 헤일(Hale) 망원경 |
| 망원경 1 유형 | 60 인치 반사망원경 |
| 망원경 2 이름 | 후커(Hooker) 망원경 |
| 망원경 2 유형 | 100 인치 반사망원경 |
| 망원경 3 이름 | 적외선 입체 간섭기(Infrared Spatial Interferometer) |
| 망원경 3 유형 | 3대의 65 인치 반사망원경 |
| 망원경 4 이름 | 카라 선열(CHARA array) |
| 망원경 4 유형 | 6대의 40 인치 반사망원경 |
| 60인치 망원경 | 1.5 미터 반사경 |
| 100인치 후커 망원경 | 2.5 미터 반사경 |
| 적외선 공간 간섭계 | 3대의 65인치 (~1.65미터) 반사경 |
| CHARA 어레이 | 6대의 40인치 (~1.02미터) 반사경 |
| 기타 | |
| 홈페이지 | 윌슨 산 천문대 |
2. 역사
60인치 망원경 프로젝트가 순조롭게 진행되자, 헤일은 곧바로 더 큰 망원경 건설을 추진했다. 존 D. 후커와 앤드류 카네기의 재정 지원을 바탕으로[12] 100인치 (2.5m) 후커 망원경이 건설되었고, 여러 어려움 끝에 1917년 11월 2일 첫 관측을 시작했다. 이 망원경은 완성 당시 세계 최대 규모였다.
후커 망원경은 천문학 역사에 중요한 족적을 남겼다. 알버트 A. 마이켈슨은 이 망원경에 천문 간섭계를 부착하여 최초로 별(베텔게우스)의 크기를 측정했으며, 헨리 노리스 러셀은 관측 결과를 바탕으로 항성 분류 체계를 개발했다. 1935년에는 반사경 코팅을 개선하여 성능을 향상시켰다.[13]
특히 에드윈 허블은 후커 망원경을 이용하여 우주에 대한 이해를 혁신했다. 그는 안드로메다 은하가 우리 은하 외부에 있는 독립된 은하임을 증명했고(1923년), 밀턴 휴메이슨과 함께 우주가 팽창하고 있다는 사실을 실험적으로 확인했다(1929년).
후커 망원경은 약 30년간 세계 최대 망원경의 자리를 지켰으나, 1949년 팔로마 천문대에 200인치 (5.1m) 헤일 망원경이 완공되면서 그 자리를 내주었다.[14]
1980년대 들어 로스앤젤레스 지역의 광공해가 심화되면서 천문대의 연구 환경이 악화되었다. 1989년 운영 주체가 카네기 연구소에서 비영리 단체인 윌슨 산 연구소(Mount Wilson Institute)로 변경되었고, 잠시 운영이 중단되기도 했다. 이후 1992년 재가동되어 1990년대에 적응 광학 시스템이 도입되면서 관측 성능이 다시 향상되었다.[15][16]
최근에는 과학 연구보다 대중 교육 및 관측 기회 제공에 초점을 맞추어, 2014년 망원경을 개조하여 일반 대중이 직접 관측할 수 있도록 했다. 이로써 100인치 후커 망원경은 세계에서 가장 큰 공공 관측용 망원경으로 새로운 역할을 수행하고 있으며, 2015년부터 정기적인 관측 프로그램을 운영하고 있다.[17] 이 망원경의 이론적 분해능은 0.05 각초이다.
2. 1. 초기 망원경 건설
=== 스노우 태양 망원경 ===
스노우 태양 망원경(Snow Solar Telescope)은 윌슨산 천문대에 설치된 첫 번째 망원경이자, 세계 최초로 고정 설치된 태양 망원경이었다. 이전의 태양 망원경들은 이동식으로 제작되어 일식 관측을 위해 세계 각지로 옮겨 다녀야 했다. 이 망원경은 시카고의 헬렌 스노우(Helen Snow)가 예르크스 천문대에 기증한 것을 당시 천문대장이었던 조지 엘러리 헤일이 윌슨산으로 옮겨와 본격적인 과학 연구 장비로 활용하기 시작했다.
61cm(24인치) 주 반사경과 18m(60피트) 초점 거리를 가진 이 망원경은 분광기와 결합하여 태양 흑점의 스펙트럼, 태양 자전에 따른 도플러 이동, 여러 파장에서의 일일 태양 이미지 촬영 등 선도적인 연구를 수행했다. 또한, 밝은 별들의 스펙트럼을 유리 건판에 장시간 노출시켜 기록하는 항성 연구에도 사용되었다.[4] 현재는 주로 학부생들이 태양 물리학과 분광학 실습 훈련을 받는 데 사용되며,[5] 2016년 5월 9일에는 수성의 태양면 통과 현상을 대중에게 공개 관측하는 데 활용되기도 했다.
=== 60인치 망원경 ===
1896년, 조지 엘러리 헤일은 아버지 윌리엄 헤일(William Hale)로부터 프랑스 생고뱅(Saint-Gobain)에서 주조한 1.5m(60인치) 직경의 유리 원판을 선물 받았다. 이 원판은 두께 19cm(7.5인치), 무게 860kg(1900파운드)에 달했다. 그러나 헤일이 카네기 연구소로부터 천문대 건설 자금을 지원받은 것은 1904년이었고, 반사경 연마 작업은 1905년에 시작되어 2년이 걸렸다. 망원경의 마운트와 구조물은 샌프란시스코에서 제작되었는데, 1906년 샌프란시스코 대지진 속에서도 파손되지 않고 보존되었다.
당시 윌슨산 정상까지는 제대로 된 도로가 없어 부품 운반은 매우 어려운 작업이었다. 노새 등이 동원되었고, 분해할 수 없는 대형 부품을 운반하기 위해 특수 제작된 전동 트럭이 사용되기도 했다. 망원경은 1908년 12월 8일에 첫 관측(퍼스트라이트)을 시작했으며, 완성 당시 세계에서 가장 큰 작동 중인 망원경이었다.[1] (1845년 건설된 로스 경의 72인치 망원경은 1890년대에 이미 사용되지 않고 있었다.)
60인치 망원경은 로스 경의 망원경보다 구경은 약간 작았지만, 훨씬 우수한 관측 환경, 금속 대신 유리로 된 반사경, 하늘의 어떤 방향이든 정밀하게 추적할 수 있는 마운트 등 여러 장점을 갖춘 획기적인 망원경이었다. 뉴턴식 망원경, 카세그레인 반사경, 쿠데식 초점 등 다양한 방식으로 활용 가능했으며, 천문학 역사상 가장 생산적이고 성공적인 망원경 중 하나로 평가받는다. 이 망원경은 분광 분석, 시차 측정, 성운 사진 촬영, 측광 사진 촬영 분야에서 선도적인 역할을 했다.[8] 9년 뒤 100인치 후커 망원경에 최대 구경 자리를 내주었지만, 이후 수십 년간 세계에서 가장 활발하게 사용되는 망원경 중 하나로 남았다.
1992년에는 초기 적응 광학 시스템인 '대기 보정 실험'(ACE) 장치가 장착되어 망원경의 분해능이 0.5~1.0 각초에서 0.07 각초로 향상되었다. 이 시스템은 DARPA가 전략방위구상(SDI)을 위해 개발한 것을 미국 국립과학재단의 지원으로 민간 연구용으로 전환한 것이다. 현재는 일반 대중을 위한 관측 프로그램에 사용되고 있으며, 일반 대중이 이용할 수 있는 망원경 중에서는 세계에서 두 번째로 크다.[9]
=== 100인치 후커 망원경 ===
60인치 망원경 프로젝트가 진행되는 동안, 헤일은 이미 더 큰 망원경 건설을 구상하고 있었다. 로스앤젤레스의 사업가 존 D. 후커가 거울 제작 및 연마 비용으로 4.5만달러를 기부했고,[38] 앤드류 카네기가 망원경 본체와 돔 건설 자금을 지원했다.[12] 반사경 제작은 다시 생고뱅 공장에 맡겨졌으며, 1906년에 시작되어 여러 어려움 끝에 1908년에 완성되었다. 100인치(2.5m) 후커 망원경은 1917년 11월 2일에 첫 관측을 시작했다. 60인치 망원경과 마찬가지로, 100톤에 달하는 망원경의 무게를 지탱하고 부드럽게 움직이게 하기 위해 수은 부유 장치가 사용되었다.
1919년, 알버트 A. 마이켈슨이 개발한 6m 크기의 광학 천문 간섭계가 후커 망원경에 특수 부착되었다. 마이켈슨은 이 장비를 이용하여 베텔게우스와 같은 별의 직경을 측정했는데, 이는 별의 크기를 직접 측정한 최초의 사례였다. 헨리 노리스 러셀은 후커 망원경 관측 결과를 바탕으로 항성 분류 체계를 개발했다.
에드윈 허블은 후커 망원경을 사용하여 우주에 대한 이해를 근본적으로 바꾸는 중요한 발견들을 이루었다. 1923년, 그는 안드로메다 은하 내에서 세페이드 변광성을 발견하여 안드로메다가 우리 은하수 외부에 존재하는 별개의 은하임을 증명했다. 이후 밀턴 휴메이슨과 함께 여러 은하의 적색편이를 측정하여 1929년 우주가 팽창하고 있음을 발표했다.[10]
| 년도 | 설명 |
|---|---|
| 1923 | 에드윈 허블은 안드로메다 은하가 은하수 외부에 있음을 결정적으로 증명했다. |
| 1929 | 허블과 밀턴 휴메이슨은 우주가 팽창하고 있음을 확인하고, 그 팽창 속도와 알려진 우주의 크기를 측정했다. |
| 1930년대 | 프리츠 츠비키는 암흑 물질의 증거를 발견했다. |
| 1938 | 세스 니콜슨은 목성의 위성 두 개(리시테아, 카르메)를 발견했다.[11] |
| 1940년대 | 월터 바아데의 관측은 항성종족의 구분과 두 가지 다른 유형의 세페이드 변광성 발견으로 이어졌고, 이는 알려진 우주의 크기를 두 배로 늘렸다. |
1935년에는 망원경 거울의 은 코팅을 더 효율적이고 오래가는 알루미늄 코팅으로 교체했는데, 이는 반사율을 50% 향상시켰다. 이 새로운 코팅 기술은 60인치 망원경에서 먼저 시험되었다.[13]
후커 망원경은 1917년부터 1949년까지 약 30년간 세계 최대 망원경의 자리를 지켰으나, 캘리포니아 공과대학교와 카네기 연구소가 캘리포니아 남부 팔로마 천문대에 200인치(5m) 헤일 망원경을 완공하면서 그 자리를 내주었다. 헤일 망원경은 1949년 1월에 첫 관측을 시작했다.[14]
1980년대 후반 운영이 잠시 중단되기도 했으나, 1992년 재가동되어 적응 광학 시스템이 장착되었고, 한때 허블 우주 망원경보다 높은 분해능(0.05 각초)을 달성하기도 했다.[15][16] 현재는 개조를 거쳐 일반 대중이 직접 관측할 수 있는 세계에서 가장 큰 망원경으로 운영되고 있다.[17]
2. 2. 에드윈 허블의 업적
에드윈 허블은 윌슨산 천문대의 약 254.00cm(2.5m) 후커 망원경을 사용하여 우주에 대한 과학적 관점을 근본적으로 바꾼 두 가지 중요한 발견을 이루었다.[10]
첫째로, 허블은 1922년부터 1923년까지 수행한 관측을 통해 당시 '나선 성운'으로 불리던 천체들이 실제로는 우리 은하수 밖에 존재하는 독립된 은하임을 증명했다. 특히 1923년, 그는 안드로메다 은하가 우리 은하 외부에 있다는 결정적인 증거를 제시함으로써, 우주가 기존에 생각했던 것보다 훨씬 광대하며 수많은 외부 은하들로 이루어져 있음을 밝혔다. 이는 우주의 크기와 구조에 대한 인류의 이해를 혁신적으로 확장시킨 중요한 발견이었다.
둘째로, 허블은 그의 조수 밀턴 휴메이슨과 함께 1929년, 외부 은하들의 스펙트럼에서 나타나는 적색편이 현상을 체계적으로 관측하고 분석하였다. 이를 통해 은하들이 우리로부터 멀어지고 있으며, 멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 멀어진다는 사실, 즉 팽창하는 우주를 실험적으로 증명했다. 이 발견은 우주가 정적이지 않고 동적으로 변화하고 있음을 보여주는 결정적인 증거가 되었으며, 현대 우주론의 기초를 마련했다.[10]
허블이 약 254.00cm 후커 망원경을 통해 이루어낸 이러한 발견들은 20세기 관측 천문학의 가장 중요한 성과 중 하나로 평가받으며, 우주를 이해하는 방식을 근본적으로 변화시켰다.
3. 주요 망원경 및 시설
윌슨산 천문대에는 다양한 종류의 망원경과 관측 시설이 설치되어 천문학 발전에 기여해왔다. 주요 시설로는 태양 망원경, 반사 망원경, 간섭계 등이 있다.
세 개의 태양 망원경이 있으며, 이 중 약 18.29m 태양탑과 약 45.72m 태양탑은 현재 학술 연구에, 스노우 태양 망원경은 교육 목적으로 사용되고 있다. 특히 약 18.29m 태양탑은 여전히 활발히 태양 연구에 활용된다.
약 254.00cm '''후커 망원경'''(Hooker telescope|후커 망원경eng)은 1917년 완공 당시 세계 최대 크기를 자랑했으며, 1949년까지 그 지위를 유지했다. 에드윈 허블은 이 망원경을 사용하여 안드로메다 은하가 우리 은하 외부에 있다는 사실과 우주가 팽창하고 있음을 밝혀내는 등 20세기 관측 천문학에 중요한 족적을 남겼다.[10]
적외선 관측 분야에서는 1966년 에릭 베클린이 군사용 검출기를 장착한 61cm 망원경으로 은하수 중심을 최초로 관측했으며,[24] 1968년 제리 뉴게바우어와 로버트 B. 레이턴은 157cm 반사경으로 최초의 근적외선 전천 탐사를 수행했다.[25] 이 '''칼텍 적외선 망원경'''은 현재 스미스소니언 국립 항공우주 박물관의 우드바-헤이지 센터에 전시되어 있다.[26]
윌슨 산의 안정적인 대기 조건은 간섭계 관측에 매우 유리하다. 마이켈슨은 1919년 후커 망원경에 간섭계를 부착하여 최초로 항성의 지름을 측정했다. 현재는 적외선 공간 간섭계(Infrared Spatial Interferometer, ISI)와 CHARA 어레이(Center for High Angular Resolution Astronomy, CHARA)와 같은 고성능 간섭계가 운영되고 있다. ISI는 캘리포니아 대학교 버클리가 운영하는 3기의 1.65m 망원경 배열이며, CHARA는 조지아 주립대학교가 운영하는 6기의 1m 망원경 배열로, 매우 높은 분해능으로 천체를 관측한다.
3. 1. 태양 망원경
윌슨산 천문대에는 세 개의 주요 태양 망원경이 설치되어 운영되었다. 이들은 각각 스노우 태양 망원경, 60피트 태양탑, 150피트 태양탑이다.
스노우 태양 망원경은 1904년에 건설되어 천문대에 처음 설치된 망원경이자 세계 최초의 고정 설치형 태양 망원경이었다.[4] 이후 약 18.29m 태양탑은 1908년에, 약 45.72m 태양탑은 1912년에 완공되었다. 이 망원경들은 일진학 및 태양의 특성 변화 연구에 중요한 기여를 했다.
현재 60피트 태양탑과 150피트 태양탑은 학술 연구 목적으로 사용되고 있으며[7], 스노우 태양 망원경은 교육 및 시연 목적으로 활용되고 있다.[5]
3. 1. 1. 스노우 태양 망원경
스노우 태양 망원경(Snow Solar Telescopeeng)은 윌슨산 천문대에 처음으로 설치된 망원경이자, 세계 최초로 고정 설치된 태양 망원경이다.[4] 그 이전의 태양 망원경들은 주로 휴대용으로 제작되어 세계 각지의 일식 관측을 위해 이동해야 했다.이 망원경은 원래 시카고의 헬렌 스노우(Helen Snow)가 예르크스 천문대에 기증했던 것이다. 당시 예르크스 천문대장이었던 조지 엘러리 헤일은 이 망원경을 윌슨산으로 옮겨와 본격적인 과학 연구 장비로 활용했다.[4]
주 반사경 지름 61cm(24인치), 초점 거리 18m(60피트)를 가진 스노우 태양 망원경은 분광기와 결합하여 태양 흑점의 스펙트럼 분석, 회전하는 태양 원반의 도플러 이동 측정, 여러 파장을 이용한 일일 태양 영상 촬영 등 당시로서는 획기적인 연구를 수행했다. 또한, 밝은 별들의 스펙트럼을 유리 건판에 장시간 노출시켜 기록하는 등 항성 연구에도 기여했다.[4]
1904년에 건설된 스노우 태양 망원경은 현재 주로 학부생들이 태양 물리학과 분광학에 대한 실습 훈련을 받는 교육 및 시연 목적으로 사용되고 있다.[5] 2016년 5월 9일에는 수성이 태양면을 통과하는 현상을 대중에게 공개적으로 관측하는 데에도 활용되었다.
3. 1. 2. 60피트 태양탑
약 18.29m 태양탑은 스노우 망원경의 연구 성과를 바탕으로 건설되었다. 1908년 완공 당시, 약 18.29m 초점 거리의 이 수직형 태양 망원경은 스노우 망원경보다 훨씬 높은 해상도의 태양 영상과 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 이는 광학 장치를 지면에서 더 높은 곳에 두어, 태양열로 인한 지면 가열 현상이 일으키는 왜곡을 줄였기 때문이다. 1908년 6월 25일, 헤일은 이 망원경을 이용해 태양흑점의 스펙트럼에서 제만 효과를 관측했는데, 이는 지구 밖 다른 천체에서도 자기장이 존재한다는 사실을 최초로 입증한 발견이었다. 이후 1912년에는 새로운 태양 활동 주기의 태양흑점에서 반대 극성이 나타나는 현상(역극성)이 발견되었다. 60피트 탑의 성공은 헤일이 더 크고 높은 150피트 태양탑 건설을 추진하는 계기가 되었다. 1960년대에는 로버트 레이튼이 이 망원경으로 태양이 약 5분 주기로 진동한다는 사실을 발견하여 태양지진학이라는 새로운 연구 분야가 시작되었다.[4][6] 현재 60피트 태양탑은 남캘리포니아 대학교 물리천문학과에서 운영하고 있다.3. 1. 3. 150피트 태양탑
약 45.72m 초점거리의 태양탑은 독특한 '탑 안의 탑' 설계를 적용하여 건설되었다. 실제 탑의 높이는 약 53.64m에 달한다. 이 설계에서 내부 탑은 광학 장치를 지지하고, 내부 탑을 완전히 감싸는 외부 탑은 돔과 바닥을 지지한다. 이를 통해 탑 구조물이 바람에 흔들릴 때 발생하는 진동이 광학 장치에 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있었다. 두 개의 거울이 태양광을 모아 약 30.48cm 렌즈로 보내고, 이 빛은 지상층에 초점을 맺는다.1910년에 처음 완공되었으나, 초기 광학 장치에 문제가 있어 만족스러운 성능을 내지 못했다. 결국 적합한 더블릿 렌즈를 새로 설치하느라 2년이 더 소요되어 1912년에야 본격적인 관측을 시작할 수 있었다. 이 망원경은 태양 자전 연구, 흑점의 극성 변화 추적, 매일의 흑점 관측, 그리고 다양한 태양 자기장 연구에 크게 기여했다.
150피트 태양탑은 완공 이후 50년 동안 세계에서 가장 큰 태양 망원경이라는 지위를 유지했다. 이 기록은 1962년 애리조나주 킷 피크 국립 천문대에 매스매스-피어스 태양 망원경이 건설되면서 깨졌다. 1985년, 카네기 연구소가 천문대 운영 자금 지원을 중단하기로 결정하자 UCLA가 태양탑의 운영을 맡게 되었다.[7]
3. 2. 60인치 망원경
1.5m(약 152.40cm) 망원경 건설은 1896년, 조지 엘러리 헤일이 아버지 윌리엄 헤일로부터 프랑스의 생고뱅에서 주조한 1.5m(약 152.40cm) 반사경 원판을 선물 받으면서 시작되었다. 이 유리 원판은 두께 19cm, 무게 860kg에 달했다. 그러나 실제 천문대 건설 자금은 1904년 카네기 연구소로부터 지원받으면서 확보되었다. 반사경 연마 작업은 1905년에 시작되어 2년이 걸렸다. 망원경의 장착대와 구조물은 샌프란시스코에서 제작되었는데, 1906년 샌프란시스코 대지진 속에서도 파괴되지 않고 견뎌냈다. 완성된 부품들을 윌슨산 정상까지 운반하는 것은 매우 어려운 작업이었으며, 분해할 수 없는 대형 부품을 옮기기 위해 특수 제작된 전동 트럭이 사용되기도 했다.
망원경의 첫 관측은 1908년 12월 8일에 이루어졌으며, 완성 당시 세계에서 가장 큰 작동 망원경이었다.[1] 비록 1845년에 건설된 로스 경의 약 182.88cm(1.8m) 망원경이 더 컸지만, 1890년대에는 이미 사용이 중단된 상태였다. 1.5m(약 152.40cm) 망원경은 로스 경의 망원경보다 크기는 약간 작았지만, 더 나은 관측 장소에 위치했고, 금속 반사경 대신 유리 반사경을 사용했으며, 하늘의 어떤 방향이든 정확하게 추적할 수 있는 정밀한 장착대를 갖추는 등 여러 장점을 통해 획기적인 발전이었다.
1.5m(약 152.40cm) 망원경은 뉴턴식, 카세그레인, 쿠데 구성으로 설계된 반사 망원경이며, 현재는 굴절 카세그레인 구성으로 사용되고 있다. 이 망원경은 뛰어난 설계와 광 수집 능력을 바탕으로 분광 분석, 시차 측정, 성운 사진 촬영 및 측광 사진 촬영과 같은 새로운 관측 기술의 발전을 가능하게 했으며, 천문학 역사상 가장 생산적이고 성공적인 망원경 중 하나로 평가받는다.[8] 완성 9년 후 100인치 후커 망원경에게 세계 최대 망원경의 자리를 내주었지만, 그 후로도 수십 년 동안 세계에서 가장 중요한 망원경 중 하나로 활발히 사용되었다.
1992년에는 "대기 보정 실험"(Atmospheric Compensation Experiment, ACE)이라는 초기 적응 광학 시스템이 장착되었다. 이 69채널 시스템은 망원경의 잠재적 분해능을 기존의 0.5~1.0 각초에서 0.07 각초까지 크게 향상시켰다. ACE는 본래 DARPA가 전략방위구상(SDI) 시스템을 위해 개발한 기술이었으나, 미국 국립과학재단의 지원을 통해 민간 천문학 연구에 활용될 수 있었다.
현재 1.5m(약 152.40cm) 망원경은 일반 대중에게 개방되어 과학 대중화 활동에 사용되고 있다. 초점에는 관측 장비 대신 특별히 제작된 10cm 접안렌즈가 장착되어 있어, 방문객들은 이를 통해 달, 행성, 심우주 천체 등을 직접 관측할 수 있다. 단체는 저녁 시간대에 망원경 관측을 예약할 수 있으며, 일반인이 이용할 수 있는 망원경 중에서는 세계에서 두 번째로 큰 망원경이다.[9]
3. 3. 100인치 후커 망원경
약 254.00cm '''후커 망원경'''(Hooker telescopeeng)은 캘리포니아주 윌슨산 천문대에 위치하며, 1917년에 완공되어 1949년 팔로마 천문대의 헤일 망원경이 건설되기 전까지 세계에서 가장 큰 망원경이었다. 이 망원경은 20세기 관측 천문학에서 가장 중요한 기기 중 하나로 평가받는다.
60인치 망원경 프로젝트가 성공적으로 진행되자, 조지 엘러리 헤일은 더 큰 망원경 건설을 추진했다. 존 D. 후커는 거울 제작 및 연마 비용으로 4.5만달러를 지원했고, 앤드류 카네기[12]가 망원경 본체와 돔 건설 자금을 제공했다.[38] 거울 블랭크(유리 원판)는 1906년 프랑스의 생고뱅(Saint-Gobain)에서 제작을 시작하여 여러 어려움 끝에 1908년에 완성되었다.
망원경은 1917년 11월 1일[38] (또는 11월 2일[10])에 완공되어 첫 관측을 시작했다. 망원경의 무게는 100톤에 달했으며, 부드러운 구동을 위해 60인치 망원경과 유사하게 수은 부상 베어링(mercury flotation bearingeng) 시스템이 적용되었다. 초기에는 은 코팅이 사용되었으나, 1935년에는 기존 은 코팅보다 빛 반사율이 50% 더 높고 내구성이 뛰어난 알루미늄 코팅으로 교체되었다. 이 새로운 코팅 방식은 1.5미터 망원경에서 먼저 시험되었다.[13]
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1919년에는 알버트 A. 마이켈슨이 개발한 6m 광학 천문 간섭계가 특수 부착 장치로 설치되었다. 이는 천문학 분야에서 간섭계가 활용된 최초의 사례로, 마이켈슨은 이 장비를 이용하여 베텔게우스와 같은 항성의 직경을 최초로 정밀하게 측정하는 데 성공했다. 헨리 노리스 러셀은 후커 망원경 관측 결과를 바탕으로 항성 분류 체계를 개발했다.
에드윈 허블은 후커 망원경을 사용하여 우주에 대한 이해를 근본적으로 바꾼 중요한 관측들을 수행했다. 1923년, 그는 안드로메다 나선 성운에서 최초의 세페이드 변광성을 발견하여 이 성운이 우리 은하수 외부에 존재하는 별개의 은하임을 증명했다.[10] 이후 밀턴 L. 휴메이슨과 함께 여러 은하의 적색편이를 측정하여, 1929년 우주가 팽창하고 있음을 밝혔다.
| 년도 | 설명 |
|---|---|
| 1923 | 에드윈 허블은 안드로메다 은하가 은하수 외부에 있음을 결정적으로 증명했다. |
| 1929 | 허블과 밀턴 휴메이슨은 우주가 팽창하고 있음을 확인하고, 그 팽창 속도를 측정했다. |
| 1930년대 | 프리츠 츠비키는 암흑 물질의 증거를 발견했다. |
| 1938 | 세스 바네스 니콜슨은 목성의 위성 리시테아(Lysithea, #10)와 카르메(Carme, #11)를 발견했다. |
| 1940년대 | 월터 바아데의 관측은 항성종족 구분과 두 가지 다른 유형의 세페이드 변광성 발견으로 이어져, 알려진 우주의 크기 추정치를 두 배로 늘렸다. |
후커 망원경은 30년 이상 세계 최대 망원경의 지위를 유지했으나, 1949년 캘리포니아 공과대학교(Caltech)-카네기 컨소시엄이 팔로마 천문대에 약 508.00cm 헤일 망원경을 완공함으로써 그 자리를 내주었다.[14] 1980년대 들어 로스앤젤레스 지역의 광공해가 심화되고 연구 초점이 더 어두운 하늘을 요구하는 심우주 관측으로 옮겨가면서, 1986년 망원경 운영이 중단되었으나[38], 1992년 비영리 단체인 윌슨 산 연구소(Mount Wilson Instituteeng)에 의해 재가동되기 시작했으며,[15] 적응 광학 시스템을 장착하는 등 성능 개선이 이루어졌다. 1995년 가시광선 적응 광학 시스템이 장착되었고, 1997년에는 UnISIS 레이저 가이드 스타 적응 광학 시스템이 추가되었다.[15][16] 이 개선으로 망원경의 분해능은 0.05각초에 달했으며, 한때 허블 우주 망원경보다 더 높은 분해능을 달성하기도 했다.[38]
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이후 과학 연구에서의 활용이 줄어들자, 일반 대중을 위한 시각 관측용으로 전환되었다. 2014년 개조 작업이 완료되어 세계에서 가장 큰 공공 관측용 망원경으로 새로운 역할을 맡게 되었으며, 2015년부터 정기적인 관측 프로그램을 운영하고 있다.[17] 후커 망원경은 여전히 20세기 과학사의 중요한 유산으로 남아 있다.
3. 4. 간섭계
천문 간섭계는 윌슨 산 천문대에서 풍부한 역사를 가지고 있으며, 총 7개의 간섭계가 이곳에 설치되었다. 윌슨 산 상공의 매우 안정적인 대기는 여러 관측 지점의 데이터를 결합하여 분해능을 높이는 간섭 관측에 매우 유리한 조건을 제공한다. 이를 통해 항성의 지름과 같은 세부적인 천체 정보를 직접 측정할 수 있다.
초기 간섭계 연구는 알버트 마이켈슨과 프랜시스 G. 피스가 주도했다. 1919년 후커 망원경에 20피트(약 6m) 광학 간섭계를 부착하여 1920년 베텔게우스의 지름을 최초로 측정하는 데 성공했으며[19], 이후 몇몇 적색거성의 지름을 추가로 측정했다. 연구 확장을 위해 1929년에는 50피트(약 15m) 간섭계가 설치되었으나, 당시 기술적 한계로 인해 측정 가능한 별의 종류는 제한적이었다.[20]
컴퓨터, 전자 검출기, 레이저 기술의 발전으로 약 30년 후 더 정교한 간섭계 건설이 가능해졌다. 대표적인 예로 적외선 공간 간섭계(Infrared Spatial Interferometer, ISI)와 CHARA 어레이(Center for High Angular Resolution Astronomy Array)가 있다.
- 적외선 공간 간섭계(ISI): 캘리포니아 대학교 버클리에서 운영하며, 중적외선 영역을 관측하는 1.65m 망원경 3기로 구성된다. 최대 70m까지 망원경 간격을 조절하여 높은 분해능을 얻으며, 전파천문학 기술을 응용하여 신호를 처리한다.[21] 2003년 중적외선 영역 최초의 폐쇄 위상 구경 합성 측정에 성공했다.[22]
- CHARA 어레이: 조지아 주립대학교에서 운영하며, 1m 망원경 6기를 최대 330m 간격으로 배열한 간섭계이다. 적외선 영역에서 매우 높은 분해능(0.0005 초각)을 달성했으며, 2007년 태양 외 주계열성의 표면을 최초로 촬영하는 성과를 거두었다.[23]
이러한 간섭계들은 윌슨산 천문대가 현대 천문학, 특히 고해상도 관측 분야에서 중요한 역할을 수행하는 데 기여했다.
3. 4. 1. 20피트 및 50피트 항성 간섭계
윌슨 산의 매우 안정적인 대기는 간섭계 관측에 매우 적합하다. 간섭계는 여러 시점에서 관측한 데이터를 결합하여 분해능을 높여 항성의 지름과 같이 천체의 미세한 크기를 직접 측정하는 방법이다. 마이켈슨은 1919년 후커 망원경을 사용하여 천문 간섭계 역사상 최초로 다른 항성의 측정을 수행했다.최초의 항성 간섭계는 20피트 간섭계였다. 1919년, 100인치 후커 망원경에는 알버트 마이켈슨과 프랜시스 G. 피스가 개발한 20피트 광학 천문 간섭계라는 특수 부착물이 장착되었다. 이 장치는 100인치 망원경 끝에 부착되었고, 망원경을 안내 플랫폼으로 사용하여 연구 대상 항성과의 정렬을 유지했다. 1920년 12월, 마이켈슨과 피스는 이 장비를 사용하여 최초로 항성의 각 크기를 측정했는데, 이를 통해 적색 거성 베텔게우스의 정확한 지름을 결정할 수 있었다.[19] 다음 해, 마이켈슨과 피스는 20피트 빔 간섭계의 분해능 한계에 도달하기 전에 6개의 다른 적색 거성의 지름을 추가로 측정했다.
20피트 간섭계의 연구를 확장하기 위해, 피스, 마이켈슨, 그리고 조지 엘러리 헤일은 1929년 윌슨산 천문대에 50피트 간섭계를 설치했다. 이 간섭계는 베텔게우스의 지름을 성공적으로 측정했지만, 안드로메다 베타별을 제외하고는 20피트 간섭계로 이미 측정되지 않은 별들의 지름을 측정하지 못했다.[20]
당시 광학 간섭계는 기술적 한계에 도달했으며, 더 빠른 컴퓨팅 기술, 전자 검출기, 레이저 등이 개발되어 더 큰 규모의 간섭계가 다시 가능해지기까지 약 30년의 시간이 걸렸다.
3. 4. 2. 적외선 공간 간섭계 (ISI)
캘리포니아 대학교 버클리 산하 기관에서 운영하는 적외선 공간 간섭계(Infrared Spatial Interferometer, ISI)는 중적외선 영역에서 작동하는 1.65m(65인치) 망원경 세 대로 구성된 배열이다.[21] 이 망원경들은 완전히 이동 가능하며, 현재 윌슨산에 위치하여 최대 70m까지 간격을 두고 배치할 수 있어, 그 직경의 망원경과 같은 분해능을 제공한다. 망원경으로 수집된 신호는 헤테로다인 회로를 통해 전파 주파수로 변환된 다음, 전파 천문학에서 차용한 기술을 사용하여 전자적으로 결합된다.[21] 가장 긴 70m 기준선은 11µm 파장에서 0.003각초의 분해능을 제공한다. 2003년 7월 9일, ISI는 중적외선 영역에서 최초의 폐쇄 위상 구경 합성 측정을 기록했다.[22]3. 4. 3. CHARA 어레이
조지아 주립대학교(eng)에서 건설하고 운영하는 고해상도 각분해능 천문학 센터(eng, CHARA)는 간섭계의 일종이다.[23] 이 시설은 최대 330m 간격으로 세 개의 축을 따라 배열된 여섯 개의 1m 망원경으로 구성되어 있다. 각 망원경에서 모인 빛은 진공 파이프를 통해 이동하며, 이후 광학적으로 지연되고 결합된다. 이 과정에서 지구 자전의 영향을 보정하기 위해, 가동식 거울이 장착된 수레가 있는 길이 100m의 건물이 사용된다.[23]CHARA는 2002년에 과학적 사용을 시작했으며, 2004년 초부터는 일상적인 운영에 들어갔다. 이 간섭계를 이용하면 적외선 영역에서 통합된 이미지를 0.0005초각까지 분해할 수 있는 높은 해상도를 얻을 수 있다. 과학 관측을 위해 여섯 개의 망원경이 정기적으로 사용되고 있으며(2005년 현재 4기 사용 중), 2005년 말부터는 이미징 결과가 꾸준히 얻어지고 있다. 특히 2007년 초에는 태양 외 다른 주계열성의 표면을 최초로 촬영하는 성과를 거두었다.[23]
4. 현대의 윌슨산 천문대
광공해의 증가로 인해 최첨단 과학 연구 수행에는 어려움이 따르게 되었지만[37], 윌슨산 천문대는 역사적인 망원경을 활용한 대중 프로그램 운영과 역사적 가치 보존에 중점을 두고 있다. 대표적인 예로, 100인치 후커 망원경 돔에서는 매년 정기적으로 실내악 또는 재즈 콘서트가 개최된다. 이는 방문객들에게 특별한 경험을 제공하는 동시에 천문대 운영 재정에도 기여하고 있다.[34][35][36][37]
천문대는 야경 명소로도 알려져 있지만,[39] 지리적 위치상 산불의 위협에 지속적으로 노출되어 왔다. 2009년 8월 캘리포니아 산불[27]과 2020년 밥캣 산불[29][30] 당시 큰 위기를 겪기도 했으나, 복구 노력을 통해 연구 및 관측 활동을 꾸준히 이어가고 있다.[33][39]
한편, 1915년에서 1935년 사이에 천문대에 보내진 독특한 편지들은 캘리포니아주 로스앤젤레스의 쥬라기 기술 박물관에 상설 전시되어 천문대의 또 다른 역사적 면모를 보여주고 있다. 이 편지들은 ''다시는 아무도 같은 지식을 가질 수 없을 것이다: 1915-1935년 윌슨산 천문대에 보내진 편지들''이라는 책으로도 출간되었다.
4. 1. 대중 천문 활동
윌슨산 천문대의 역사적인 망원경들은 오늘날 대중을 위한 천문 활동에 적극적으로 활용된다.
60인치(1.5m) 망원경은 일반 대중이 이용할 수 있는 망원경 중 세계에서 두 번째로 큰 규모이며, 대중 과학 활동의 중요한 도구로 사용된다.[9] 현재 이 망원경은 굴절 카세그레인 방식으로 운영되며, 초점에는 일반인이 직접 관측할 수 있도록 10cm 접안렌즈가 특별히 장착되어 있다. 이를 통해 방문객들은 달, 행성, 그리고 성운이나 은하와 같은 심우주 천체를 직접 눈으로 관찰하는 경험을 할 수 있다. 단체는 저녁 시간대에 망원경 관측 프로그램을 예약하여 이용할 수 있다.[9]
100인치(2.5m) 후커 망원경 돔 역시 대중을 위한 특별한 장소로 활용된다. 매년 따뜻한 계절 동안 한 달에 한 번 일요일 저녁, 이 역사적인 돔 내부에서는 실내악 또는 재즈 콘서트가 열린다.[34] 이 콘서트 시리즈는 2017년 윌슨산 연구소 이사회 멤버인 댄 코네(Dan Kohne)와 세계적인 첼리스트 세실리아 찬(fr)의 아이디어에서 시작되었다.[35] 세실리아 찬은 돔의 음향이 파리 가르니에궁이나 미국 의회도서관의 쿨리지 강당과 견줄 만큼 뛰어나다고 평가했다.[36] 코로나19 범유행 기간을 제외하고 매년 개최되는 이 콘서트는 천문대의 중요한 수입원 중 하나이다. 오늘날 광공해의 영향으로 천문대가 최첨단 연구를 수행하기 어려워져 과학 연구비 확보가 힘들어졌기 때문에, 콘서트 수익과 유료로 진행되는 '대중 관측의 밤' 행사는 천문대를 역사적인 장소로서 유지하고 운영하는 데 필수적인 재정을 지원한다.[37]
4. 2. 산불 피해 및 복구
윌슨산 천문대는 2009년 8월 캘리포니아 산불 당시 위협을 받았다.[27] 2020년 9월에는 밥캣 산불로 인해 천문대 직원들이 대피해야 했다.[29][30] 같은 해 9월 15일에는 화염이 천문대로부터 약 약 152.40m 거리까지 접근하기도 했으나,[31][32] 다행히 9월 19일에는 안전한 것으로 확인되었다.[33]천문대는 야경 명소로도 알려져 있지만, 21세기 들어 여러 차례 산불 피해를 겪으며 일시적으로 폐쇄되거나 대피하는 상황이 발생하기도 했다. 하지만 피해 때마다 복구 작업을 거쳐 연구 활동은 꾸준히 이어지고 있다.[39]
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