우주 망원경을 반사 망원경만 쓰는 이유가 무엇인가요?
지금은 우주 망원경들이 모두 반사 망원경이라고 하는데요.
예전에는 렌즈 망원경을 썼다고 하는데 지금은 왜 반사 망원경만 쓰는 건가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.
굴절 망원경은 렌즈를 사용하기에 분명한 한계점이 있다고 하네요. 빛은 색에 따라 파장이 다르기 때문에, 빛이 렌즈를 통과할 때의 굴절률도 모두 다릅니다. 빛이 렌즈를 통과하며 미묘하게 다른 각도로 굴절되고, 대상을 선명하게 관측하는 것이 어렵다는 단점이 있습니다.
반사 망원경은 거울을 이용하여 빛을 모으기에 색이 거의 번지지 않고 상대적으로 저렴한 비용으로 큰 망원경을 제작할 수 있다고 합니다.
1명 평가안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
우주망원경에서 반사 망원경을 주로 사용하는 이유는 여러 가지 과학적, 기술적 장점들 때문입니다. 과거에는 렌즈 망원경(굴절 망원경)이 사용되었지만, 현재는 반사 망원경이 더 효과적이고 실용적이라는 이유로 대부분의 우주망원경에 사용되고 있습니다. 반사 망원경은 거울을 사용해 빛을 모으기 때문에, 망원경을 크게 만들기가 상대적으로 쉽습니다. 대형 거울을 제작하는 것이 대형 렌즈를 만드는 것보다 기술적으로 용이하고 비용도 절감됩니다. 반면에, 렌즈 망원경(굴절 망원경)은 크기가 커질수록 렌즈를 매우 정교하게 만들어야 하고, 두껍고 무겁기 때문에 제작과 운용이 더 어려워집니다. 대형 렌즈는 자체 중력 때문에 휘어질 수 있어 품질 문제도 발생합니다. 렌즈 망원경에서는 색수차(chromatic aberration)라는 문제가 발생합니다. 렌즈는 빛을 굴절시켜 모으는데, 빛의 파장에 따라 굴절되는 각도가 다릅니다. 이로 인해, 여러 색의 빛이 초점을 약간 다르게 맺어 상이 왜곡되는 현상이 생길 수 있습니다. 반사 망원경은 빛을 반사하는 거울을 사용하기 때문에 색수차가 발생하지 않습니다. 이는 모든 색의 빛을 동일하게 반사시켜 더 선명하고 정확한 이미지를 얻을 수 있게 해줍니다. 우주망원경의 경우, 중량과 크기가 매우 중요합니다. 반사 망원경의 거울은 빛을 반사하는 표면만 필요하기 때문에 뒤쪽은 속이 빈 구조로 경량화가 가능합니다. 이로 인해 우주로 발사하기 위한 무게와 부피를 줄일 수 있습니다. 반대로 렌즈는 투과하는 빛을 전체적으로 관리해야 하므로 두껍고 무겁습니다. 대형 렌즈를 우주로 발사하는 것은 현실적으로 매우 어려운 과제가 됩니다. 렌즈는 크기에 한계가 있습니다. 매우 큰 렌즈를 만들기 위해서는 불순물이 거의 없는 완벽한 유리 재료가 필요하고, 그 유리를 정밀하게 연마해야 합니다. 대형 렌즈를 만들려면 이러한 조건을 충족하는 것이 매우 어렵습니다. 반면에, 거울은 여러 조각으로 나누어 제작한 후 이를 결합해 하나의 대형 반사경을 만들 수 있습니다. 이는 대형 반사 망원경의 설계와 제작을 더 쉽게 하고, 더 큰 구경의 망원경을 만들 수 있게 해줍니다. 예를 들어, 제임스 웹 우주망원경은 18개의 육각형 반사경을 조합해 대형 주반사경을 구성했습니다. 렌즈는 먼지나 흠집에 더 취약합니다. 또한 빛이 렌즈를 통과할 때 에너지를 일부 흡수해 소실될 수 있습니다. 반사 망원경은 이러한 손실이 적고, 빛을 효율적으로 모아 고해상도 이미지를 얻는 데 더 유리합니다. 우주에서는 온도 변화나 우주 환경이 망원경의 성능에 영향을 미칠 수 있는데, 거울은 상대적으로 렌즈보다 이러한 외부 환경 변화에 덜 민감합니다. 반사 망원경은 구조적으로 안정적이고, 다양한 형태로 설계할 수 있습니다. 예를 들어, 거울의 곡률을 자유롭게 조정해 원하는 형태의 빛을 반사시킬 수 있습니다. 이러한 설계 자유도는 우주망원경을 더욱 다양한 과학적 목적으로 사용할 수 있게 해줍니다.
1명 평가