정보^-^ [관측정보(망원경)] 망원경의 구경 (한국천체물리학연구원 동호회에서 퍼옴)

[UFO자료(지기)]

망원경의 구경

1) 망원경의 구경이란?

망원경의 구경이란 망원경에서 빛을 모으는 역할을 하는 렌즈(굴절망원경)나 반사경(반사망원경)의 지름을 일컫는 말입니다. 보통 inch(인치)나 mm를 그 단위로 사용하지요. 참고로 1인치는 25.4mm입니다만 천체망원경에 있어서는 보통 25mm를 1인치로 생각합니다. 구경 100mm는 4인치, 200mm는 8인치가 되지요.
앞서도 살펴보았지만 망원경의 구경은 망원경의 성능을 결정짓는 가장 중요한 요소입니다. 이 글에서는 망원경의 구경이 망원경의 성능에 어떤 영향을 미치는지, 망원경의 선택에 있어서 어떤 구경의 망원경이 바람직한지에 대해서 이야기하고자 합니다.

사진 : 작은 구경의 망원경들

2) 구경과 성능의 상관관계

일단 망원경의 구경이 커지면 빛을 모으는 면의 면적이 커지게 되므로 좀더 어두운 별들을 볼 수 있으며 그 결과 같은 배율을 사용할 때 구경이 작은 망원경보다 구경이 큰 망원경이 더 밝은 상을 보여줍니다. 같은 이유로 구경이 클수록 실질적으로 관측이 가능한 유효 최대배율 값이 커지게 됩니다. 그래서 보통 사람들이 망원경의 유효 최대배율을 구경에 비례하는 값으로 정하는 경우를 종종 볼 수 있습니다. 예를 들어 구경(mm 단위)에 1.5를 곱해서 100mm 망원경은 150배, 200mm 망원경은 300배, 이런 식으로 유효 최대배율을 말하는 것인데요. 여기에는 일정한 기준이 마련되어 있지 않아서 어떤 사람은 1.0을 곱하기도 하고 어떤 사람은 2.0까지 곱하기도 합니다. 그리고 망원경의 렌즈 소재나 반사경의 정밀도에 따라 같은 구경에서도 다소 성능의 차이가 생기기 때문에 어떤 것이 맞고 어떤 것이 틀리다고 말하기도 어려운 것이 사실이죠. 한가지 확실한 것은 망원경의 구경이 커지면 유효 최대배율이 그에 따라 커진다는 사실입니다.
망원경의 구경이 커짐에 따라 얻게 되는 이점이 또 한가지 있습니다. 바로 분해능입니다. 분해능이란 상이 얼마나 선명한가를 나타내는 척도라 할 수 있습니다. 상이 선명하지 않다면 아주 가까이 있는 두 점을 분간할 수 없겠죠? 따라서 얼마나 가까이 붙어있는 두 점을 분간해낼 수 있는가를 비교한다면 어떤 망원경의 상이 더 선명한지 알 수 있습니다.
분해능은 인접한 두 별을 분간할 수 있는 최소 각도이며 보통 초(') 단위로 표시합니다. 각도의 단위는 도(°), 분('), 초(')가 있는데 1도는 60분이고, 1분는 60초입니다.
일반적으로 구경이 커짐에 따라 망원경의 분해능이 좋아지지만, 분해능은 그 외에도 많은 변수가 있습니다. 관측자의 시력은 물론 관측 당일 대기의 안정도, 망원경 렌즈나 반사경의 정밀도 등이 중요한 변수로 작용합니다. 또 대체로 굴절망원경의 분해능이 같은 구경의 반사망원경의 경우보다 좋다고 합니다.
아래 표는 망원경의 구경에 따른 이론상의 집광력과 극한등급, 그리고 굴절망원경의 경우에 해당하는 분해능을 나타낸 것입니다. 여기에 제시된 수치는 망원경을 통과한 빛이 손실없이 100% 눈에 도달한 것을 가정한 수치이므로 실제 망원경의 성능은 이보다 조금 떨어지게 됩니다.

망원경의 구경에 따른 집광력과 극한등급, 굴절망원경의 분해능

구 경 (mm)	50	60	80	100	150	200	300	500
집광력	51.02	73.47	130.6	204.1	459.2	816.3	1837	5102
극한등급	10.3	10.7	11.3	11.8	12.7	13.3	14.2	15.3
분해능(')	2.32	1.93	1.45	1.16	0.77	0.63	0.39	0.23

3) 구경이 크다고 다 좋은 것은 아니다.

망원경의 구경이 커지면 그만큼 망원경의 성능이 좋아집니다만, 그렇다고 무작정 구경이 큰 망원경만을 고집할 수는 없습니다. 그 이유는 여러가지가 있습니다. 하나하나 따져보기로 하죠.

• 선택의 폭이 좁다

  망원경의 구경이 커지게 되면 어러가지 기술적인 문제들이 발생합니다. 특히 굴절망원경의 경우 구경이 조금 더 큰 망원경을 만들기 위해서 상당히 많은 것들을 고려하고 해결해야 하기 때문에 대구경 망원경의 제작에 한계가 있습니다. 일단 렌즈의 가공부터가 매우 어려워지게 되죠. 일반적으로 개인이 사용할 수 있는 굴절망원경은 최대 6인치가 한계라고 보시면 될 듯 합니다.
  따라서 6인치 이상의 망원경은 반사식을 선택할 수 밖에 없고, 10인치 이상의 대구경 망원경은 카세그레인식이나 돕소니언식으로 그 선택의 폭이 매우 한정될 수 밖에 없게 됩니다.

• 가격의 문제

  당연한 얘기입니다만 구경이 커지면 가격은 몇 배로 뛰게 되지요. 무엇보다 중요한 문제라고 할 수 있습니다. 저렴한 가격의 대구경 망원경으로 돕소니언식 망원경이 있습니다만, 사진 촬영이 불가능한 안시 관측 전용 망원경이라 할 수 있습니다.

• 운반과 보관의 문제

  구경이 커지면 망원경의 부피와 무게 역시 늘어나게 됩니다. 망원경을 어느 산골에 천문대를 짓고 보관하지 않을 이상 별을 보려면 망원경을 운반하는 것은 필수적이라 할 수 있죠. 그런데 망원경이 너무 크고 무겁다면 운반에 너무 많은 노력이 필요하게 됩니다. 따라서 개인의 사정(차량의 유무 등)에 따라 망원경의 크기와 무게를 결정하는 것이 바람직하겠죠.

• 망원경 조작의 문제

  구경이 커짐에 따라 망원경의 부피가 늘어납니다. 특히 구경이 커지면 그에 맞춰 초점거리가 늘어나게 마련인데 초점거리가 늘어나게 되면 경통의 길이 또한 늘어날 수 밖에 없죠. 만약 초점거리가 2m가 넘어버리면 개인용 망원경으로 사용하기에 무리가 따르게 됩니다. 일단 뉴튼식 적도의 망원경은 불가능하며, 돕소니언 망원경도 관측에 사용하기가 힘들어지죠. 운반도 힘들고 말입니다. 그렇다면 구경은 크게 하고 초점거리는 일정수준으로 유지하면 되겠지만, 이런 단초점 망원경은 만들기도 쉽지 않을 뿐더러 보관 및 유지가 매우 힘들어집니다. 단 한가지 선택할 수 있는 것이 카세그레인식의 망원경입니다. 이들은 보통 2m 정도의 초점거리를 가지지만 경통의 길이가 짧기 때문에 사용이 가능합니다. 하지만 대개 고가이고 관리가 쉽지 않은 단점이 있습니다.

이처럼 구경이 커짐에 따라 발생하는 망원경의 성능 외적인 요소들이 많이 있기 때문에 이러한 것들을 잘 고려하셔서 자신에게 맞는 구경의 망원경을 선택하여야 합니다.

마지막으로 드릴 말씀은 같은 구경의 망원경이라고 다 같은 것이 아니라는 겁니다. 반사경의 반사율과 정밀도, 렌즈의 투과율이나 수차 등의 여러가지 요소들이 망원경의 성능에 많은 영향을 끼치기 때문에 종종 80mm급 망원경이 100mm급 망원경보다 월등한 성능을 보이는 경우도 있다는 것을 명심하시기 바랍니다. 이런 요소들에 대해서는 나중에 좀더 자세히 다루기로 하죠.

사진 : 중대형급 슈미트 카세그레인 망원경

4) 마치면서...

지금까지 망원경의 구경에 따른 망원경의 성능과 그 외의 고려할 점들에 대해서 이야기했는데요. 결론을 정리하면서 글을 마무리지을까 합니다.

• 망원경의 구경이 커짐에 따라 망원경의 집광력이 좋아지고, 그에 따라 더 어두운 별들을 찾을 수 있게 된다.
• 같은 배율에서 관측을 할 때, 구경이 큰 망원경이 그만큼 더 밝은 상을 보여주며 그에 따라 유효 최대배율은 구경에 비례하여 커지게 된다.
• 망원경의 구경이 커지면 이론상 얻을 수 있는 망원경의 분해능이 좋아지게 된다. 이는 좀더 선명한 상을 얻을 수 있으며 고배율 관측에도 이점을 가진다는 것을 뜻한다.
• 단, 망원경의 구경에 따른 집광력과 분해능은 모두 이론상의 것이며 실제 망원경들은 모두 이보다 조금 떨어진 성능을 보이는 것이 사실이다.
• 망원경의 구경 이외에도 렌즈나 반사경의 소재와 코팅, 여러가지 수차 등이 망원경의 성능에 영향을 줄 수 있으며, 이로 인해 소구경임에도 뛰어난 성능과 비싼 가격대를 형성하는 제품들도 있다.
• 구경이 커지면 망원경의 성능이 좋아지지만 망원경의 가격과 무게, 부피와 조작의 문제 등 성능 외적인 요소들이 망원경 사용의 장애로 작용할 수 있다.