망원경의 역사와 종류 , 원리

초기 망원경의 거듭난 발전으로 현재 인류는 지구 내에서 수백만 km가 떨어진 행성을 관찰 할 수도 있게 되었습니다.천문학 발전에 큰 기여를 한 망원경의 역사와 종류,  간락한 원리에 대하여 설명하고자 합니다. 

망원경의 역사와 종류

608년 네덜란드의 안경 제조업자인 리프셰는 우연한 기회에 두 개의 렌즈를 적당한 간격으로 두었을 때 멀리 있는 물체를 확대해 볼 수 있다는 사실을 발견하게 됩니다. 이듬해 이 사실을 전해 들은 갈릴레이는 볼록렌즈와 오목렌즈를 조합합 망원경을 제작하였고 1610년에는 그가 만든 망원경으로 목성, 금성, 달 등을 관찰함으로써 인류 최초로 망원경을 이용해 천체를 관측한 사람으로 기록되게 되었습니다. 망원경으로 천체를 본 그는 목성 주위를 도는 네 개의 위성을 발견하였고 금성의 모습이 달처럼 변한다는 사실도 알레 됩니다. 이는 그가 믿고 있었던 우주관인 지동설을 확신하는데 결정적인 역할을 하였습니다. 금성의 모습이 달처럼 변할 수 있는 것은 내행성으로써 태양을 공전하기 때문이고 목성의 위성들이 목성을 공전하고 목성이 또한 태양을 공전하는 것처럼 지구 역시 태양을 공전하는 천체임을 확신하게 됩니다. 이러한 생각은 교황청을 비롯한 종교계와 대립되는 것이었고 끝까지 자신의 의지를 굽히니 않는 갈릴레이는 로마의 교황청의 의해 남은 평생을 자신의 집에서 구류되어 생을 보냈습니다. 갈릴레이 이후 망원경은 급속도로 보급되었는데 그가 처음 만들었던 망원경은 앞서 언급한 것처럼 볼록렌즈와 오목렌즈를 합성한 것으로 이를 갈릴레이식 망원경이라 칭합니다. 이 갈릴레이식 망원경은 볼록렌즈로 빛을 모으고 오목렌즈로 상을 확대하는 방식으로 사물을 볼 수 있습니다. 이 방법은 상을 바로 볼 수 있으나 시야가 좁아 현재는 쌍안경 등에 적용됩니다.  캐플러 망원경은 대물렌즈와 접안렌즈 모두 블록렌즈로 되어 있습니다. 이것은 갈릴레이식 망원경과 접안렌즈가 다릅니다. 이로 인해 바라보는 대상은 상하좌우가 뒤바뀌지만 갈릴레이식 망원경에 비해 상대적으로 상이 안정되어 있고 시야가 넓어 현재의 대부분의 굴절 망원경이 이 형식으로 쓰입니다. 17세기 갈릴레이식과 케플러식 굴절망원경에 사용된 렌즈의 질은 지금과 비교하면 현저히 떨어집니다. 또한 렌즈를 통과한 빛은 무지개처럼 여러 색으로 퍼지는 색수차가 생깁니다. 그 당시 렌즈의 색수차로 별을 관측할 때 별의 모습이 이상하게 보인다는 것을 발견한 뉴턴은 렌즈 대신 거울을 사용한 반사망원경을 고안하게 됩니다. 이 반사망원경의 탄생으로 굴절망원경의 단점인 색수차는 없어지게 됩니다. 그리고 이 반사망원경은 굴절망원경에 비해 상대적으로 작은 크기로도 높은 배율을 지닐 수 있었고 현재는 8~10m급 반사망원경들이 사용되고 있고 수십m 크기의 거대한 망원경들도 등장하게 됩니다. 하지만 반사망원경은 동급의 굴절망원경에 비해 상이 안정적이지 못하고 구면수차가 생깁니다. 렌즈를 사용한 굴절망원경은 1m급 이상의 망원경을 만드는 데에도 많은 비용이 들며 렌즈가 경통 윗부분에 있어 무거운 렌즈를 지지할 수 있는 지지대가 필요한데 이것 또한 만들기 어려웠습니다. 따라서 대형망원경들 중에 굴절망원경은 찾아보기가 힘듭니다. 하지만 반사망원경은 거울이 경통의 뒷부분에 위치해 지지하기가 쉽고 거울자체도 한쪽면만 손질하면 되기 때문에 대형으로 제작하기가 상대적으로 쉽습니다. 허블우주망원경은 지구 밖에서 우주의 깊은 곳을 관측하는 우주망원경입니다. 지상에서 아무리 거대한 망원경을 만들어서 관측하더라도 지구대기에 의한 영향으로 천체를 선명하게 관측하기는 어렵습니다. 또한 지구대기는 가시광선을 포함한 몇몇 파장대만을 통과시키기에 전 파장대의 영역을 관측할 수 없습니다. 따라서 과학자들은 망원경을 지구대기 밖으로 보내기 시작했고 그 우주망원경 중 가장 유명한 것이 바로 허블우주망원경입니다. 이것은 1990년 우주로 발사되었고 비록 지금 2.4m의 작은 망원경이지만 지상에서 지구대기의 영향으로 볼 수 없었던 우주의 자세한 모습과 우주 깊숙한 곳까지 볼 수 있게 되었습니다. 이 우주망원경은 현재까지도 작동하고 있으며 이후 여러 파장대의 우주망원경들이 우주로 라가 이 우주의 기원과 인류의 기원에 대한 실마리를 풀 수 있도록 우주에 대한 연구에 큰 기여를 하고 있습니다.

 

망원경의 원리

망원경은 렌즈와 렌즈 또는 거울과 렌즈의 합성으로 만들어집니다. 따라서 이해하려면 먼저 사람의 눈과 렌즈 그리고 거울의 구조와 원리에 대해 확인할 필요가 있습니다.

 

사람 눈의 인식 구조

눈으로부터 적당히 떨어진 곳에 사람이 있을 때 햇빛이나 등불 등에서 나온 빛이 사람의 신체에 부딪혀 사방으로 산란되고 그중 일부는 사람의 눈동자 안으로 들어오게 됩니다. 이때 눈동자는 블록렌즈와 같은 역할을 하며 눈동자로 들어오는 빛들을 시신경이 있는 곳에 초점을 맺히게 합니다. 이때 시신경에 맺어지는 상은 위아래가 뒤집히는데 사람의 뇌가 이를 다시 원래의 모습으로 인식하게끔 합니다.

 

렌즈의 원리

평행한 빛이 블록렌즈를 통과하면 한 점에서 초점을 맺게 됩니다. 이때 렌즈와 초점 사이의 길이를 그 렌즈의 초점거리라 칭합니다. 블록렌즈는 돋보기, 원시용 안경, 현미경, 망원경 등에 이용됩니다. 오목렌즈로 평행한 빛이 입사하면 마치 오목렌즈로부터 떨어진 한 점에서 렌즈를 통해 빛이 사방으로 방출되는 것처럼 퍼져나갑니다. 그 점에서 오목렌즈까지의 거리를 초첨거리라 합니다. 

 

거울의  원리

거울의 종류는 오목거울, 볼록거울, 평면거울 등이 있습니다. 오목거울은 원리상 볼록렌즈와 비슷한 역할을 하며 볼록거울은 오목렌즈와 비슷한 역할을 합니다. 오목거울에 평행한 빛이 입사하면 마지 볼록렌즈가 빛을 모으는 것과 같이 한 점에서 초점을 맺고 거울로부터 그 점까지의 거리를 그 거울의 초점거리라 합니다. 볼록거울에 평행한 빛이 입사하면 마치 거울 뒤의 한 점에서 빛이 나오는 것처럼 반사됩니다. 그리고 거울에서 그 점까지의 거리를 초점거리라 합니다.

 

망원경의 원리는 기본적으로 굴절과 수렴을 이용하여 작은 물체나 먼 물체를 확대하여 관찰하는 것입니다. 망원경은 일반적으로 두 개의 렌즈 시스템으로 구성됩니다. 목바빈 렌즈(Objective Lens : 망원경의 앞부분에 위치하며 먼 물체로부터 오는 빛을 수집하고 집중합니다. 이렇게 수집된 빛은 렌즈를 통과하면서 굴절되어 하나의 중간 이미지를 형성합니다.)를 통과한 빛은 중간 이미지를 형성합니다. 이 이미지는 실제 물체보다 크게 보이며 이 때문에 확대 효과가 나타나게 됩니다. 중간 이미지는 눈마빈 렌즈(Eyepiece Lens : 중간 이미지를 다시 확대하여 눈에 편리하게 보이도록 만듭니다.) 최종 이미지는 눈에 보이며 관찰자는 눈을 렌즈에 가까이 가져가 더 자세히 관찰할 수 있습니다. 이로 인해 물체가 더 크게 보이게 되며 더 자세히 관찰이 가능하게 됩니다.