[관측] ☆ 망원경의 종류 ★

[star14]

★ 망원경의 종류 ★





광학적 특성에 따른 분류

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① 굴절 망원경



볼록렌즈(대물렌즈)를 이용하여 한 점에 빛을 모으며, 이렇게 맺혀진 상은 접안렌즈를 이용하여 확대하여 관측하게 된다. 접안렌즈는 교환이 가능하며 이를 바꿔 줌으로써 배율을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 따라서 배율은 망원경의 성능을 나타내는 수치는 아니다.

굴절망원경은 대물렌즈와 접안렌즈로 완전 밀폐되어 있어 경통 내부에 상을 악화시키는 공기의 흐름이 발생하지 않는다. 따라서 안정된 상을 얻을 수 있다. 그러나 대물렌즈가 프리즘의 역할을 하기 때문에 상 주변에 무지개처럼 빛이 번지는 현상이 나타나는데, 이를 '색수차'라 한다. 색수차는 굴절망원경의 최대 단점으로, 오늘날에는 색수차를 제거한 렌즈들이 만들어지고 있다.




ㄱ.갈릴레이식




대물렌즈:볼록렌즈
접안렌즈:오목렌즈

이것은 가장 오래되고, 가장 원시적인 형태의 망원경인데 갈릴레오 갈릴레이가 천체용 망원경으로 사용했기 때문에 그의 이름이 붙여진 것이다. 현재 이 망원경은 시야가 좁아서 천체용 망원경으로는 사용되지 않고 소형 지상용 망원경으로만 사용될 뿐이다. 이 형식은 정립상을 만들어 내는 것이 특징이다.


ㄴ.케플러식



대물렌즈:볼록렌즈
접안렌즈:볼록렌즈

발명자는 요한 케플러이며 그의 저서 '굴절광학'에 이 망원경의 원리가 소개되었다. 1615년 크리스찬 샤이너가 처음으로 제작하여 태양흑점 투영 망원경으로 사용했다고 한다. 일반적으로 굴절 망원경이라고 하면 보통 이 방식을 말한다.




현재는 개량을 거듭하여 좋은 광학계들이 선보이고 있고 수차 제거도 만족할 만한 수준에 이르렀다. 이 형식은 갈릴레이식과는 달리 상하 좌우가 뒤집어진 도립된 상으로 보이지만 시야가 넓고 상이 안정되어 있으며, 또한 접안렌즈에 눈금을 넣을 수 있기 때문에 정밀한 측정을 할 수 있다.


② 반사 망원경



반사 망원경은 빛의 '반사'하는 성질을 이용한 것이다. 경통으로 들어온 빛은 오목 반사경에서 반사되어 빛을 모으고 상을 맺게 한 후 접안렌즈로 그 상을 확대해 보게 된다. 반사 망원경에는 2개의 반사경이 사용되는데 그 각각을 주경(주반사경), 부경(부반사경)이라고 부른다. 주경은 굴절 망원경에서 대물렌즈와 똑같은 역할을 하고 부경은 주경이 모아 주는 빛의 진행 방향을 바꾸어 주는 역할을 하게 된다.

대표적인 반사 망원경의 형식은 뉴턴식이며 1672년 뉴턴이 발명하였다. 따라서 유리속을 빛이 통과하지 않으므로 색수차가 전혀 없다. 그러나 그러나 경통안의 대류에 의해 상이 흔들리고, 해상력, 집광력이 떨어지는 단점이 있다.

ㄱ.뉴턴식



주 반사경:포물면경
부 반사경:평면사경

이 망원경은 1672년에 뉴턴에 의해서 발명된 형식이다. 주반사경에 반사되어 한 점에 모아지는 빛을 중간에 설치한 부경(평면사경)으로 사용해서 밖으로 끌어낸다. 따라서 관측 위치는 경통의 앞쪽 옆방향이 된다. 이 형식은 지금도 '별을 보는 사람'들이 가장 많이 사용하고 있는데, 값이 싸고 제작도 용이하기 때문에 대부분의 관측파나 제작파들이 처음에 시도하는 망원경이다.




ㄴ.카세그레인식



주 반사경:포물면경
부 반사경:쌍곡면경

이 형식은 프랑스의 카세그레인에 의해서 1678년에 발명되었다. 중앙에 작은 구멍이 뚫린 주경으로 모은 빛을 볼록한 부경으로 되반사 시켜서 경통 밖으로 빼낸다.



이 형식은 초점 길이에 비해 경통길이를 짧게 할 수 있으며 대상물을 향한채로 관측할 수 있기 때문에 편리하다. 별상도 꽤 선명하기 때문에 천문대와 같은 대형 망원경에서 많이 사용되고 있다. 그러나 부경에 의해서 빛이 가로막히는 면적이 크기 때문에 설계를 잘못하면 별상의 선명도가 크게 떨어지며, 부경 제작 문제로 단초점비의 망원경을 제작하기가 곤란하다는 단점도 가지고 있다. ㄷ.쿠드식(=나스미스식)



3차경에서 빛을 재차 반사시켜 망원경의 극축에 따라 빛이 나오도록 제작된 망원경. 바닥에 고정이 가능하다.


ㄹ.그레고리식



2차경을 오목면경을 사용하고, 주경의 초점밖에 2차경이 놓이므로 정립상이 되는 특징을 가짐.


③ 반사 굴절 망원경




반사 굴절식 망원경은 반사식과 굴절식의 장점을 살려서 만들어진 망원경 형식이다. 일반적으로 반사 굴절식은 '반사의 원리'가 주로 이용되고 '굴절의 원리'는 상을 선명하게 하기 위해서 수차를 제거하려는 목적에 이용되고 있다.
대표적인 반사굴절식 망원경은 슈미트 카세그레인 망원경으로서 보정렌즈를 통과한 빛이 주반사경 (구면경)에서 모아져서 부경에서 다시 반사되어 초점을 맺히게 한다. 초점거리에 비해 경통이 길이가 짧은 것이 특징이다. 같은 구경에서 굴절 망원경 이상의 성능을 내면서 크기가 굴절 망원경의 1/3 이다.


ㄱ.슈미트 카메라식



주 반사경:구면경
부 반사경:없음(부경대신 사진건판)

이 형식은 독일의 B. 슈미트가 1931년에 발명한 것으로 주경을 제작하기 쉬운 구면경으로 만든 후 이로 인해서 발생하는 구면 수차는 보정판(슈미트 보정판)으로 제거하는 원리이다.


상이 맺히는 결상면에는 부경 대신에 사진건판을 정착해서 천체 사진만 전문적으로 찍기 때문에 '슈미트 카메라'라는 이름에 붙게 된 것이다. 이 광학계는 경통 앞끝이 막힌 관계로 상이 안정되어 보이고 주요한 수차들(구면, 코마, 비점수차)을 충분히 제거했기 때문에 상이 매우 선명한 것이 특징이다. 또한 초점비가 아주 작게 해서 밝은 상을 얻을 수 있기 때문에 천체 사진 촬영에 뛰어난 성능을 발휘한다. 다만 복잡한 모양의 슈미트 보정판을 만들기가 까다롭고 큰 구경의 망원경을 제작하는 데 한계가 있다는 것이 아쉬운 점이다. 그리고 심한 상면 만곡으로 인해서 필름을 휘어 주는 장치가 필요하다.


ㄴ.해밀턴식



대물렌즈에 의해 모여진 빛을 오목면경으로 다시 초점을 늘려 사경에 의해 경통밖에 초점을 맺게 하는 방식이다.




ㄷ.베이커 슈미트식







ㄹ.막스토프식



주 반사경:구면경
부 반사경:구면경

이 형식은 1941년에 소련의 D.D 막스토프가 발명한 훌룡한 광학계를 가진 망원경이다. 주경을 구면경으로 만들고 이로 인해 발생하는 구면수차는 보정판(막스토프 보정판)으로 제가한다.



막스토프 보정판은 '휘오목 구면렌즈'형태로 되어 있는데 앞에서 설명한 슈미트 보정판보다 제작하기가 쉬워서 많은 자작파들이 직접 자작하곤 한다. 이 망원경은 앞이 막힌 관계로 상이 안정되어 보일 분만 아니라 뛰어난 수차 제거로 인해서 별상이 매우 선명한 것이 특징이다. 크기도 작고 콤팩트하고...즉 슈미트 광학계와 성능이 거의 비슷하다는 건데 그러나 보정판의 제작은 슈미트의 것보다 휠씬 용이 하다는 것이 커다란 장점이다.



가대의 종류에 의한 분류

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천체 망원경은 배율이 10배만 넘어가도 장치대 없이는 망원경을 사용하기가 곤란하다.
또한 광학계가 완전하더라도 가대(Mount)가 견고하지 않으면 흔들림등으로 인해서 성능을
제대로 발휘할 수 없다.

① 경위대식



경위대식은 구조가 간단하여 사용이 간편하고 목적하는 별을 시야에 넣기가 쉽다. 그리고 설치 후에 극축맞추기와 같은 별도의 작업 없이도 곧바로 별을 관측할 수가 있다. 이것은 상하와 수평방향(방위축, 고도축)의 조작을 하여 별을 찾는 방식이고, 가격도 저렴하여 초보자들에게 적당하다.

그러나 별의 일주운동 때문에 관측하던 별이 시야에서 벗어나 버린다. 그래서 경위대식 장치대를 가진 망원경은 상하, 좌우로 두 번 움직여서 별을 다시 시야 중앙으로 집어넣어야 한다. 즉 두가지 축을 모두 움직여 주어야 한다. 이것은 상당히 인내가 요구되는 작업이며, 사진을 찍기에도 불편하다. 이러한 문제점을 해결코자 나온 것이 적도의식 장치대이다. 하지만 요즘에는 망원경 제어 기술이 발달했기 때문에 새로 만들어지는 천문대급의 대형 망원경에서는 튼튼하고 제작이 용이한 경위대식이 각광을 받고 있다.




② 적도의식



경위대식의 단점을 보완하고 사진 촬영의 필요성을 해결하기 위해 적도의식 장치대가 개발되었다. 적경축과 적위축이라는 두 축으로 구성되어 있고, 이 중 하나는 지구의 자전축과평행하게 설치되어 있는데 이 축을 극축(적경축) 이라 한다.

이렇게 되면 지구가 도는 방향으로 경통을 돌릴 수 있기 때문에 적경축 하나만 돌려도 시야에서 벗어나는 별들을 다시 중앙에 넣을 수 있다. 또한 극축에 모터를 달면 시야에서 별이 벗어나지 않도록 자동으로 추적할 수 있으므로 관측자는 다른 것에 신경 쓸 필요 없이 별만을 관측할 수 있고, 장시간 노출을 주어 천체 사진도 찍을 수 있는 것이다. 다른 하나의 회전축인 적위축은 극축에 수직으로 부착되어 있다. 하지만 적도의식은 경위대식에 비해 값이 비싸고 무게가 많이 나간다는 단점도 가지고 있다.