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유럽 초대형 망원경

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목차

1. 개요

유럽 초대형 망원경(ELT)은 칠레 세로 아마조네스에 건설 중인 유럽 남방 천문대(ESO)의 차세대 지상 기반 망원경이다. 2010년 부지 선정 이후, 주경 직경 39.3m, 부경 4.2m, 돔 높이 74m로 설계가 변경되었으며, 2017년 건설이 시작되어 2028년 초도 관측을 목표로 한다. ELT는 5개의 거울을 사용하여 5개의 거울을 사용하는 혁신적인 설계를 채택하여, 10분 시야각(보름달 너비의 1/3)에서 뛰어난 화질을 제공한다. 4.2미터 부경은 유럽에서 두 번째로 큰 광학 망원경인 윌리엄 허셜 망원경의 주경과 같은 크기이다. 이 망원경은 외계 행성 탐색, 초기 은하 연구, 우주 팽창 측정 등 다양한 과학적 목표를 가지고 있으며, MICADO, HARMONI, METIS, MOSAIC, ANDES 등 다양한 관측 기기를 갖출 예정이다.

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유럽 초대형 망원경
개요
유럽 초대형 망원경 상상도
유럽 초대형 망원경 상상도
종류지상 망원경
위치칠레 아타카마 사막 세로 아르마조네스 산
일반 정보
명칭유럽 초대형 망원경
영어 명칭Extremely Large Telescope (ELT)
대체 명칭유럽 극대 망원경
초거대 망원경
건설 정보
주최 기관유럽 남방 천문대(ESO)
착공2014년 6월 19일
완공 목표2028년
초기 가동 목표2028년
제원
망원경 종류반사 망원경
주경 크기39 미터 (130 피트)
집광 면적978 제곱미터 (10,530 제곱피트)
각 분해능0.005 각초
목적
연구 목표외계 행성 탐색 및 분석
초기 우주 관측
우주의 기본 법칙 검증
기타 정보
총 비용13억 유로 (2020년 기준)
공식 웹사이트유럽 남방 천문대 ELT 웹사이트

2. 역사

크기 비교


유럽 초대형 망원경(E-ELT)은 현재 계획 중인 망원경 중에서도 압도적인 크기를 자랑하며, 그 규모는 콜로세움을 뛰어넘는다.

2010년 4월 26일, 유럽 남방 천문대(ESO) 이사회는 ELT의 기본 부지로 칠레의 세로 아마조네스를 선정했다.[71] 다른 후보지로는 아르헨티나 살타에 있는 세로 마콘, 로케 데 로스 무차초스 천문대, 카나리아 제도, 북아프리카, 모로코, 남극 등이 있었다.[72][9]

초기 설계에는 직경 42m의 분할된 주경과 직경 5.9m의 부경이 포함되었으나, 2011년 전체 크기를 13% 줄여 직경 39.3m의 주경과 직경 4.2m의 부경을 갖도록 설계가 변경되었다.[10] 이는 예상 비용을 12.75억유로에서 10.55억유로로 감소시켰고, 망원경을 더 빨리 완성할 수 있게 하였다. ESO 사무총장은 2011년 보도 자료에서 "새로운 E-ELT 설계를 통해 과감한 과학적 목표를 여전히 충족하면서도 건설을 단 10~11년 만에 완료할 수 있다"고 밝혔다.[11]

ESO 이사회는 2011년 6월 수정된 기본 설계를 승인했으며, 2012년 예산에 초기 작업 자금이 포함되었다.[12] 이 프로젝트는 2012년 6월 예비 승인을 받았고,[69] ESO는 2014년 12월 건설 시작을 승인했다.[70] 2017년 건설 비용은 11.5억유로(1세대 장비 포함)로 추산되었으며,[13][14] 2024년 운영 시작을 계획했다.[67] 2017년 초 실제 건설이 공식적으로 시작되었으며,[15] 기술적 초도 관측은 2028년으로 계획되어 있다.[6]

이후의 진행 과정은 다음과 같다.

연도사건
2010년 3월ELT 건설지 선정 자문위원회가 ESO에 세로 아마조네스가 건설 적지임을 자문[80]
2011년 10월ESO와 칠레 공화국 정부가 세로 아마조네스 일대를 ELT를 위해 보호하고 장기간 접근을 보장하는 데 합의[80]
2012년 6월ESO 평의회가 ELT 계획 승인[80]
2014년 3월세로 아마조네스 주변에서 ELT를 위한 토목 공사 시작[80]
2016년 5월ELT의 돔과 망원경 구조체 제조 계약 성립[80]
2018년 12월돔 등 건물 본체 공사가 세로 아마조네스에서 시작[80]
2021년부경 제조 완료[80]
2023년제3경과 망원경 본체 구조 제조 완료[80]
2024년돔 건설 완료[80]
2025년주경 세그먼트 설치 시작, 최초 점등 달성[80]


2. 1. 초기 구상 및 설계

2000년 6월, 유럽 남방 천문대(ESO)는 구경 100m의 광학 망원경 OWL (Overwhelmingly Large Telescope)을 구상하였다.[73] 그러나 100m 망원경은 15억 유로(10억 파운드)의 비용이 들고 너무 복잡하다는 타당성 조사 결과에 따라, ESO는 현재의 설계에 집중하게 되었다.[73] 현재 제작 기술과 도로 운송 제약으로 인해 단일 거울의 크기는 조각당 약 8m로 제한된다.[73]

2006년 11월, ESO는 마르세유 워크숍에서 E-ELT 계획을 발표하고, 12월 이사회에서 Phase-B (기술 사양, 설치 장소) 검토 시작을 승인했다. 초기 설계에는 42m 직경의 주경과 5.9m 직경의 부경이 포함되었다.[10]

그러나 2011년, 비용 절감과 빠른 완공을 위해 주경 직경을 39.3m, 부경 직경을 4.2m로 축소하는 제안이 제시되어 승인되었다.[10] 이로써 예상 비용은 12억 7500만 유로에서 10억 5500만 유로로 감소했다.[10] ESO 사무총장은 2011년 보도 자료에서 "새로운 E-ELT 설계를 통해 우리는 과감한 과학적 목표를 여전히 충족할 수 있으며, 건설을 단 10~11년 만에 완료할 수 있도록 보장할 수 있습니다."라고 언급했다.[11]

왼쪽


2010년 4월 26일, 유럽 남방 천문대(ESO) 이사회는 ELT의 기본 부지로 칠레의 세로 아마조네스를 선정했다.[71]

2. 2. 부지 선정 및 건설

2010년 4월 26일, 유럽 남방 천문대(ESO) 이사회는 칠레의 세로 아마조네스를 유럽 초대형 망원경(ELT) 건설 부지로 선정했다.[71] 다른 후보지로는 아르헨티나 살타에 있는 세로 마콘, 로케 데 로스 무차초스 천문대, 카나리아 제도, 북아프리카, 모로코, 남극 등이 있었다.[72][9]

초기 설계는 직경 42m의 주경과 직경 5.9m의 부경을 포함했다. 그러나 2011년, 주경 직경을 39.3m로, 부경 직경을 4.2m로 줄여 전체 크기를 13% 줄이는 제안이 제시되었다.[10] 이를 통해 예상 비용을 12억 7500만 유로에서 10억 5500만 유로로 절감하고, 망원경 완공 시기를 앞당길 수 있었다. 4.2m 크기의 부경은 여러 제조업체의 역량 내에 있으며, 더 가벼워진 경통 장치 덕분에 부경 지지대에 고강도 재료가 필요하지 않게 되었다.[68]

ESO 사무총장은 2011년 보도 자료에서 "새로운 E-ELT 설계를 통해 과감한 과학적 목표를 충족하면서도 10~11년 안에 건설을 완료할 수 있을 것"이라고 밝혔다.[11] ESO 이사회는 2011년 6월 수정된 기본 설계를 승인했으며,[11] 2012년 예산에는 2012년 초에 시작될 초기 작업 자금이 포함되었다.[12] 이 프로젝트는 2012년 6월 예비 승인을 받았다.[69] ESO는 2014년 12월 건설 시작을 승인했으며, 명목 예산의 90% 이상이 확보되었다.[70]

5개의 거울을 사용하는 무수차 렌즈 설계 단계는 ESO 예산 내에서 완전히 자금을 지원받았다. 2011년 기본 설계 변경으로 2017년 건설 비용은 11억 5천만 유로(1세대 장비 포함)로 추산되었다.[13][14] 2014년에는 2024년 운영 시작을 계획했다.[67] 2017년 초에 실제 건설이 공식적으로 시작되었으며,[15] 기술적 초도 관측은 2028년으로 계획되어 있다.[6]

2024년 6월 ELT 돔 건설 현황


2010년 3월, ELT 건설지 선정 자문위원회는 ESO에 칠레의 세로 아마조네스를 건설 적지로 추천했다.[80] 2011년 10월, ESO와 칠레 공화국 정부는 세로 아마조네스 일대를 ELT를 위해 보호하고 장기간의 접근을 보장하는 데 합의했다. 이후 2012년 6월, ESO 평의회는 ELT 계획을 승인했고, 2014년 3월 세로 아마조네스 주변에서 ELT를 위한 토목 공사가 시작되었다. 2016년 5월, ELT의 돔과 망원경 구조체 제조 계약이 체결되었으며, 2018년 12월에는 돔 등 건물 본체 공사가 시작되었다.

2. 3. 제작 현황

2021년 부경의 제조가 완료되었다.[80] 2023년에는 제3경과 망원경 본체 구조의 제조가 완료되었다.[80] 2024년 초, 주경 세그먼트 블랭크와 지지 구조물의 70% 이상이 제조되었고, 수십 개의 세그먼트가 연마되었다. 2024년에는 돔 건설이 완료될 예정이다.[80] 2025년에는 주경 세그먼트 설치를 시작하고, 최초 점등을 달성할 계획이며,[80] 2028년에는 기술적 초도 관측이 계획되어 있다.[6]

3. 기술 사양

ELT는 5개의 거울을 사용하는 혁신적인 설계를 채택하여 넓은 시야에서 뛰어난 화질을 제공한다.[19] 40m급 거울은 태양계 외 행성의 대기를 연구할 수 있게 해 줄 것이다.[16]

명칭설명
주경 (M1)직경 39.3m이며, 1.4m 크기의 육각형 세그먼트 798개로 구성된다. (중앙부에 11.1m 결손 있음)
부경 (M2)직경 4.2m로, 현재까지 제작된 가장 큰 볼록 거울이다.
제3경 (M3)직경 3.8m의 비구면경이다.
제4경 (M4)2.4m 평면 가변 거울로, 최대 8,000개의 액추에이터를 통해 초당 1,000번 표면을 재조정하여 대기 왜곡 및 바람에 의한 변형을 보정한다.
제5경 (M5)2.7m x 2.2m 크기의 팁-틸트 미러로, 이미지 안정화를 담당한다.



망원경은 나스미스 초점(f/17.48)을 사용하며, 시야각은 10분각이다.[81] 가대는 경위대식이다.[81]

3. 1. 주경 (M1)

39m 미터의 주경은 각각 폭이 약 1.4미터이고 두께가 50mm인 798개의 육각형 세그먼트로 구성될 것이다.[21] 거울을 항상 깨끗하고 반사율이 높게 유지하기 위해 매일 두 개의 세그먼트를 다시 코팅하고 교체할 것이다.

가장자리 센서는 주경 세그먼트의 위치를 인접 세그먼트와 비교하여 지속적으로 측정한다. 2394개의 위치 액추에이터 (각 세그먼트당 3개)는 이 정보를 사용하여 시스템을 조정하여 바람, 중력, 온도 변화 및 진동과 같은 외부 요인으로 인한 변형에 대해 전체 표면 모양을 변경하지 않고 유지한다.[22]

2017년 1월,[23] ESO는 4608개의 가장자리 센서 제작 계약을 프랑스 회사 Fogale[24]과 독일 회사 Micro-Epsilon[25]으로 구성된 FAMES 컨소시엄에 수여했다. 이 센서는 몇 나노미터의 정확도로 상대적 위치를 측정할 수 있으며, 이는 망원경에 사용된 것 중 가장 정확하다.



2017년 5월, ESO는 두 개의 추가 계약을 수여했다. 하나는 798개의 세그먼트 블랭크와 133개의 추가 세그먼트로 구성된 유지 보수 세트를 제조하는 독일 회사 Schott AG에 수여되었다. 이 유지 보수 세트를 통해 ELT가 작동되면 세그먼트를 회전 방식으로 제거, 교체 및 재코팅할 수 있다. 거울은 칠레에 있는 기존의 초대형 망원경 거울과 동일한 저팽창 세라믹 Zerodur로 주조되고 있다.

주경의 여러 세그먼트


다른 계약은 프랑스 회사인 Safran Electronics & Defense의 자회사인 Safran Reosc[27]에 수여되었다. 이 회사는 Schott로부터 거울 블랭크를 받아 7년의 기한을 맞추기 위해 하루에 하나의 거울 세그먼트를 연마한다. 이 과정에서 각 세그먼트는 표면 불규칙성이 7.5 nm 제곱 평균 제곱근을 초과하지 않을 때까지 연마된다. 그 후, Safran Reosc는 배송 전에 모든 광학 테스트를 장착, 테스트 및 완료한다. 이 계약은 ELT 건설에 대한 두 번째로 큰 계약이자 ESO가 서명한 세 번째로 큰 계약이다.

주경의 세그먼트 지지 시스템 유닛은 CESA (스페인)[28]와 VDL (네덜란드)에서 설계 및 제작되었다. ESO와 체결된 계약에는 생산에 대한 상세하고 완전한 지침 및 엔지니어링 도면의 제공도 포함된다. 또한 지지대를 ELT 유리 세그먼트에 통합하고 세그먼트 조립체를 처리 및 운송하며, 이를 작동 및 유지 관리하는 데 필요한 절차 개발도 포함된다.[29]

2023년 7월 현재, 거울 세그먼트 블랭크와 지지 구조물의 70% 이상이 제조되었으며,[7] 2024년 초까지 수십 개의 세그먼트가 연마되었다.[30]

3. 2. 부경 (M2)

유럽 초대형 망원경의 M2 미러 블랭크


2차 반사경(부경, M2)은 매우 볼록하고 비구면이기 때문에 제작에 큰 어려움이 따른다. 직경 4.2m, 무게 3.5ton로, 광학 망원경에 사용되는 가장 큰 2차 반사경이자 지금까지 제작된 가장 큰 볼록 거울이 될 것이다.[23]

2017년 1월, 유럽 남방 천문대(ESO)는 쇼트(Schott AG)와 미러 블랭크 제작 계약을 체결했고, 쇼트(Schott AG)는 같은 해 후반에 제로듀어(Zerodur)로 이를 주조했다.[32]

유연한 2차 및 3차 반사경의 정확한 모양과 위치 유지를 위해 복잡한 지지 셀이 필요한데, 이는 세네르(SENER)에서 제공할 예정이다.[33] 2차 반사경은 3차 반사경과 마찬가지로 32개 지점에 장착되며, 이 중 14개는 가장자리를 따라, 18개는 뒷면에 위치한다. 전체 조립품은 헥사포드에 장착되어 몇 분마다 서브마이크로미터 정밀도로 위치를 정렬할 수 있다. 2차 반사경의 변형은 3차, 4차, 5차 반사경의 오차에 비해 최종 이미지에 미치는 영향이 훨씬 적다.[36]

사프란 레오스크(Safran Reosc)는 2차 반사경의 사전 성형된 유리 세라믹 블랭크를 연마 및 테스트하고 있다.[34][35][7] 이 거울은 광학 표면에서 15나노미터(0.000015mm) 정밀도로 성형 및 연마될 것이다.

2024년 초, 이 거울은 최종 정확도에 근접한 것으로 보고되었다.[30]

3. 3. 제3경 (M3)

직경 3.8m의 오목 거울로, Zerodur영어로 주조되었다. 2차 반사경과 마찬가지로 32개의 지점(뒷면 18개, 가장자리 14개)에 장착되어 편차를 정기적으로 보정한다. 2023년 7월, 주조되어 연마 중이다.[43]

3. 4. 제4경 (M4)

ELT는 총 다섯 개의 거울을 사용하는 새로운 설계를 적용하는데, 그 중 제4경(M4)은 2.4m 크기의 평면 가변 거울이다.[19] 이 거울은 두께가 약 2mm에 불과하며, 최대 8,000개의 액추에이터를 통해 초당 1,000번 표면을 재조정하여 대기 난류와 주 망원경에 가해지는 바람의 변형을 실시간으로 수정한다. AdOptica 컨소시엄(INAF와 협력)이 설계 및 제조를 담당하며, 6개의 구성 요소 패널은 Schott에서 주조하고 Safran Reosc에서 연마했다. 2023년 7월, 6개의 패널이 모두 완성되어 지지 구조에 통합되는 과정에 있으며, 가변 광학 시스템을 위한 6개의 레이저 광원도 완성되어 테스트 중이다.

3. 5. 제5경 (M5)

ELT는 다섯 개의 거울을 사용하는 새로운 설계를 적용한다.[19] 처음 세 개의 거울은 곡면(비구면)으로, 10분 시야각(보름달 너비의 1/3)에서 뛰어난 화질을 제공하는 3거울 무수차 설계를 형성한다. 네 번째와 다섯 번째 거울은 (거의) 평평하며, 각각 대기 왜곡에 대한 적응 광학 보정(거울 4)과 이미지 안정화를 위한 팁-틸트 보정(거울 5)을 제공한다. 또한 네 번째와 다섯 번째 거울은 빛을 망원경 구조의 양쪽에 있는 두 개의 나스미스 초점 스테이션 중 하나로 옆으로 보내 여러 개의 대형 장비를 동시에 장착할 수 있게 한다.

4. 돔 및 구조

ELT 돔은 지상에서 약 74m, 지름 86m로, 망원경용으로 건설된 돔 중 가장 큰 규모이다.[44] 돔의 전체 질량은 약 6100ton이며, 망원경 마운트와 튜브 구조의 총 이동 질량은 약 3700ton이다. 관측 슬릿은 대형 슬라이딩 도어 한 쌍으로 구성되며, 총 너비는 45.3m이다.

유럽 남방 천문대(ESO)는 이탈리아의 Astaldi와 Cimolai[46]로 구성된 이탈리아 ACe 컨소시엄과 망원경 주요 구조물 건설 계약을 체결했으며, 하청업체는 이탈리아 EIE 그룹이다.[47]

돔은 악천후와 낮 동안 망원경을 보호한다. 돔은 돔 시상에 의한 망원경 성능 제한을 최소화하기 위해 충분한 환기를 제공하도록 설계되었다. 윈드스크린은 망원경의 주 거울을 바람으로부터 보호한다. 돔 내부에는 루버가 장착되어 있으며, 공조 시스템은 망원경과 내부 공간을 냉각하고 망원경 광학 장치를 깨끗하게 유지한다.

5. 과학적 목표

ELT는 다른 별을 공전하는 행성인 외계 행성을 탐색할 것이다. 여기에는 별의 흔들림을 간접적으로 측정하여 지구형 질량의 행성을 발견하는 것뿐만 아니라, 더 큰 행성의 직접적인 이미지를 촬영하고 나아가 대기 특성까지 파악하는 것이 포함된다.[51] 이 망원경은 지구형 외계 행성의 이미지를 얻으려고 시도할 것이다.[10]

더욱이 ELT의 기기들을 통해 천문학자들은 행성계 형성의 초기 단계를 조사하고, 생성 중인 별 주변의 원시 행성 원반에서 물과 유기 분자를 감지할 수 있다. 따라서 ELT는 행성 형성 및 진화에 관한 근본적인 질문에 답할 것이다.[52]

ELT는 가장 멀리 떨어진 천체를 탐사함으로써 원시 별, 원시 은하, 블랙홀의 형성 및 그 관계 등 최초의 천체를 이해하는 데 단서를 제공할 것이다. 블랙홀과 같은 극단적인 천체 연구는 콤팩트 천체 주변에서 작용하는 다양한 과정과 관련된 시간 의존적 현상에 대한 더 많은 통찰력을 얻기 위한 ELT의 강력한 성능으로부터 이점을 얻을 것이다.[51]

ELT는 최초의 은하에 대한 상세한 연구를 수행하도록 설계되었다. ELT로 이러한 초기 은하를 관찰하면 이러한 천체가 어떻게 형성되고 진화하는지 이해하는 데 도움이 되는 단서를 얻을 수 있다. 또한 ELT는 시간이 지남에 따라 우주의 다양한 원소의 변화하는 내용을 파악하고 은하의 별 형성 역사를 이해하는 데 사용할 수 있는 독특한 도구가 될 것이다.[74]

ELT의 목표 중 하나는 우주의 가속 팽창을 직접 측정할 가능성을 제공하는 것이다. 이러한 측정은 우주에 대한 우리의 이해에 큰 영향을 미칠 것이다. ELT는 또한 시간에 따른 기본적인 물리 상수의 가능한 변화를 탐색할 것이다. 이러한 변화를 명확하게 감지하면 일반적인 물리 법칙에 대한 우리의 이해에 광범위한 영향을 미칠 것이다.[74]

6. 관측 기기

ELT는 여러 과학 기기를 갖추고 있으며, 몇 분 안에 한 기기에서 다른 기기로 전환할 수 있다. 또한 망원경과 돔은 하늘에서 위치를 변경하고 짧은 시간 안에 새로운 관측을 시작할 수 있다.

1세대 기기 4개는 초도 가동 시점 또는 직후에 사용할 수 있으며, 다른 2개는 나중에 가동될 예정이다. 가동 기간 동안 다른 기기를 설치할 수 있다.[54]

1세대 기기



2세대 기기


7. 다른 망원경과의 비교



ELT, VLT 및 콜로세움 비교


현재 가동 중인 가장 큰 광학 망원경 중 하나는 10.4m 구경과 74m2의 집광 면적을 가진 그란 테레스코피오 카나리아스(Gran Telescopio Canarias)이다. 다른 계획된 초대형 망원경으로는 25m의 거울 직경과 368m2의 면적을 가진 거대 마젤란 망원경과 30m의 직경과 655m2의 면적을 가진 30미터 망원경이 있다. 이 두 망원경 모두 2020년대 후반 완공을 목표로 하고 있으며, 대체로 차세대 지상 광학 망원경에 속한다.[61][62] 각 설계는 이전 망원경보다 훨씬 크다.[10]

유럽 초대형 망원경(ELT)의 크기는 원래 설계에서 축소되었지만, 다른 계획된 초대형 망원경보다 훨씬 크다.[10] 허블 우주 망원경보다 15배 더 선명한 이미지를 촬영하여 우주를 더 자세히 관측하는 것을 목표로 하지만, 관측 시간이 매우 제한적인 우주 망원경을 보완하도록 설계되었다.[16] ELT의 4.2미터 부경은 유럽에서 두 번째로 큰 광학 망원경인 윌리엄 허셜 망원경의 주경과 같은 크기이다.

이름구경
직경(m)		집광
면적(m²)		초도 관측참고
유럽 초대형 망원경(ELT)39.39782028[63]
30미터 망원경(TMT)30.0655?
거대 마젤란 망원경(GMT)25.43682029[64]
대형 쌍안 망원경(LBT)2 x 8.4 (22.8)1112005
남아프리카 대형 망원경(SALT)11.1 × 9.8792005
호비-에버리 망원경(HET)11.1 × 9.8791996
그란 테레스코피오 카나리아스(GTC)10.4742007
켁 망원경(Keck Telescopes)10.0761990, 1996
거대 망원경(VLT)8.250 (×4)1998–2000
참고: 향후 초도 관측 날짜는 잠정적이며 변경될 수 있습니다.



ELT는 이상적인 조건에서 0.005 각초의 각분해능을 가지며, 이는 200pc 거리에서 1 AU 떨어져 있는 두 광원을 분리하는 것과 같다. 0.03 각초에서 대비는 108로 예상되며, 이는 외계 행성을 탐색하기에 충분하다.[65]

참조

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