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  • 천체망원경 입문, 굴절 망원경과 반사 망원경의 비교 및 차이점
    천문학 2023. 10. 28. 16:47

    천체망원경에 입문하는 데 있어서 굴절 망원경반사망원경에 대해 비교하여 알아보고 각각의 장점과 단점등, 차이점에 대해서도 알아보겠습니다.

    굴절 망원경 (Refracting Telescope)

    굴절망원경은 이미지 형성을 위해서 렌즈를 사용하는 광학 망원경 유형으로 초점거리를 통해 이미지를 형성합니다. 굴절망원경은 보통 다른 광학 장치에도 흔히 사용되는데 망원경 및 천체망원경뿐만 아니라 쌍안경, 줌렌즈, 망원렌즈, 장거리 카메라 렌즈에도 사용되고 있습니다. 19세기 후반에는 큰 굴절 망원경이 크게 인기가 있었지만 연구 목적을 위해서는 대부분 반사 망원경으로 대체되고 있습니다. 굴절 망원경의 배율은 대상 렌즈의 초점거리를 안경 렌즈의 초점거리로 나누어 계산할 수 있습니다.

    굴절 망원경
    굴절 망원경은 대물렌즈-경통- 접안렌즈의 구조로 경통이 꽉 막힌 구조입니다.

    굴절 망원경은 일반적으로 전면에 대물렌즈, 그다음에 긴 경통 그리고 뒷부분에 접안렌즈나 계측 장비가 있으며 여기에서 망원경의 뷰가 초점에 오게 됩니다. 별 관측 시 별빛이 경통 앞에 있는 렌즈로 굴절되어 들어가, 그 빛이 경통 뒤에 모여 이미지를 형성하는데 굴절 망원경이 빛을 모아주는 역할을 합니다. 

    굴절망원경의 구조
    케플러 망원경의 원리.

     

    굴절 망원경에는 크게 두 가지 유형이 있습니다.

    갈릴레이 망원경

    갈릴레오 갈릴레이가 약 1609년에 설계하고 발명한 이 망원경은 수렴(플라노-볼록) 대물렌즈와 발산(플라노-오목) 접안렌즈를 사용하여 반전되지 않은 이미지를 생성했습니다.  갈릴레오의 가장 성능이 좋은 망원경은 총길이가 980mm로 물체를 약 30배 정도 확대 할 수 있었습니다. 당시 렌즈 기술은 성능이 좋지 않아 조리개를 사용했지만 갈릴레오는 이 망원경으로 달의 크레이터, 목성의 네 개의 위성(갈릴레오 위성이라고 불리는 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토)등을 관찰했습니다.

    케플러 망원경

    요하네스 케플러가 1611년에 갈릴레이 망원경을 기반으로 하여 개량한 이 망원경은 볼록 렌즈를 접안렌즈로 사용하여 반전된 이미지를 생성하지만 더 넓은 시야와 더 높은 배율을 제공합니다. 

     

    굴절 망원경은 색수차 및 구면 수차, 렌즈 처짐 등의 한계가 있지만 반사 망원경은 이러한 문제를 극복할 수 있기 때문에 천문 연구에 있어서 굴절 망원경을 대체하고 있습니다. 굴절 망원경은 역사적으로 목성에서 가장 큰 위성과 토성의 위성을 발견하는 등 천문학에서 중요한 역할을 해왔습니다. 또한 초기 천체 사진과 분광학에도 사용되었습니다. 그러나 천문학이 발전함에 따라 조리개가 작아져 특정 관측에 적합하지 않게 되었습니다. 그럼에도 불구하고 굴절 망원경은 여전히 달과 행성등을 관측하는데 장점을 가지고 있으며 사진 및 지상 관측을 비롯한 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 

     

    반사망원경 (Reflecting Telescope)

    반사 망원경은 렌즈 대신 거울을 사용하여 빛을 반사해 이미지를 형성하는 망원경입니다. 오목 거울을 사용하여 빛을 수집한 뒤 확대하는 원리입니다. 17세기 뉴턴이 당시 색수차가 심했던 굴절 망원경의 대안으로써 발명한 망원경입니다.

     

    반사 망원경
    반사 망원경은 성운, 성단, 은하등의 딥스카이 관측에 용이합니다.

    천문학 연구에 사용되는 주요 망원경은 거의 대부분 반사 망원경인데, 천문학 분야에서 크게 인기가 있었고 허블 우주 망원경과 같은 유명 망원경에서도 반사 망원경을 사용했습니다. 대구경의 곡면 거울은 렌즈에 비해 상대적으로 쉽게 만들 수 있고 저렴합니다.

    반사 망원경의 구조
    반사 망원경은 거울의 반사를 이용해 이미지를 형성합니다.

    별빛이 경통 내부로 들어와서 아래에 있는 거울에 반사되어 다시 올라가면 경통 위쪽에 비스듬하게 기울어져 있는 거울에 닿아 이미지를 형성하게 됩니다. 거울의 크기가 구경의 크기를 결정하는데 거울의 크기가 클수록 구경이 커지고 별빛을 모으는 능력이 좋아져 지구에서 멀리 떨어져 있는 천체의 빛까지도 담아내 이미지를 형성하고 별빛을 담아내는 용량도 증가하여 천체의 빛을 충분히 받아들여 대상을 더 구체적으로 볼 수 있습니다. 그로 인해 지구와 매우 떨어져 있는 성운, 성단, 은하 등의 딥스카이를 관측하기에 용이합니다. 

     

    굴절망원경과 반사망원경의 비교 및 차이점

    굴절 망원경과 반사 망원경은 빛을 수집해서 멀리 있는 물체를 크게 확대하여 볼 수 있게 하는 광학 장비라는 점에서 공통점을 가지고 아래와 같이 차이점도 있습니다. 

    굴절 망원경

    장점 

    • 대물렌즈-경통-접안렌즈(아이피스)의 구조로 경통이 꽉 막혀 공기의 대류현상의 영향을 받지 않아 안정적이고 명료한 상을 얻을 수 있습니다.
    • 부피가 작고 가벼워 휴대하기 편하고 보관도 용이합니다. 
    • 초점 조절이 상대적으로 쉽습니다.
    • 달과 행성등의 관측에 적합합니다.

    단점

    • 색수차가 발생하고 색수차가 발생하지 않는 굴절 망원경은 매우 고가입니다. 
    • 구경이 작아 딥스카이 관측이 어렵습니다. 

    반사 망원경 

    장점

    • 구경이 커서 성운, 성단, 은하 등의 딥스카이 관측이 용이합니다.
    • 색수차가 발생하지 않습니다. 
    • 대구경의 망원경을 저렴하게 구입 가능합니다. 

    단점

    • 경통이 뚫린 구조이기 때문에 내부의 대류현상으로 인해 명료한 별 상을 얻기 힘들고 십자 모양으로 보입니다.
    • 매번 광축을 조정해야 해서 번거롭습니다.
    • 크고 무거워 휴대하기 어렵고 보관, 관리에도 신경을 써야 합니다. 

     

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