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거대 망원경 설계를 위한 간단한 광학 이론 응용

전문가 제언: □ 1999년 하와이 Maunakea산 정상에 설치, 완성된 금세기 최대 규모인 주경 8.3m의 ‘스바루(昴星)’ 천체 망원경은 주경의 크기뿐만 아니라 구동 제어방식에 초정밀 액추에이터를 설치하고 경면의 뒤틀림 방지 등 다양한 능동광학 시스템을 적용하여 설계된 세계 최고 최대의 적외선 망원경이다. ‘스바루’ 망원경을 중심으로 망원경의 결상 성능을 결정하는 요인들과 망원경 시스템 구성요소와 최종 성능을 판별하는 분해능 결정 요인 등에 대하여 살펴보았다.

□ 대물렌즈의 직경이 1m가 넘는 천체 망원경은 렌즈 소재의 두께와 수차 보정 등으로 인해 투과율과 굴절률이 일정한 대형 렌즈 제작이 어렵기 때문에 렌즈 대신 오목거울을 주로 사용하는데 망원경의 성능을 결정하는 분해능은 오목거울의 설계값에 의한 이론적 분해능과 거대한 오목거울 주변 공기층의 준동으로 인한 빛의 교란으로 성능 저하요소가 함께 작용하므로 지상 망원경의 최종 성능은 이들 복합 요소의 최적점을 찾아야 한다.

□ 미국 팔로마 천문대에 초대형 망원경 ‘헤일’이 설치된 이후 약 50여년 동안 대형 망원경 제작이 거의 없었으나, 20세기 후반에 들어와서 하와이 Maunakea 산정에 설치된 ‘스바루’ 망원경은 그 크기와 더불어 세계 최고 성능의 분해능으로 지금까지 관측된 최대 가시거리 은하계 보다 더 먼 원시은하계(약 128억 광년)를 발견하였고, 현재까지 발견된 가장 먼 거리의 은하계 대부분을 ‘스바루’가 찾아냈다는 쾌거를 이루었다.

□ 지상 망원경은 구경이 커질수록 분해능이 높아지기도 하지만, 대기에 의한 열화 현상 및 구동부의 여러 가지 문제 등 복합적인 요인으로 분해능 저하요소도 함께 커진다. 그러므로 우주망원경의 필요성이 제기되기도 하지만, 우리가 우주를 관측하는 데 있어서 보다 원거리라고 해서 더 특이한 현상이 발견되는 것은 아닐 것이다. 아무리 거대하고 우수한 성능을 지닌 망원경이라 해도 우주의 끝을 볼 수는 없을 것이기 때문이다. 앞으로 ‘스바루’와 같은 초대형 망원경이 은하계 내에서 생명체가 있는 혹성을 찾는 데 그 역량을 발휘해 주기를 기대해 본다.

저자: MIKAMI, Izumi
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