망원경의 역사 - 디지탈타임스

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망원경의 역사

17세기 네덜란드 안경제작자가 우연히 발명

디지털타임스 | 이준기 | 입력 2012.04.02 19:47

미지세계 관측기술 점차 진화

지름 10m 이르는 거대형 개발

우주나이 측정 망원경도 등장

신의 영역으로 간주돼 오던 신비로운 우주의 비밀이 눈부신 과학의 발전에 따라 한겹, 두겹 벗겨지고 있습니다. 광학기술의 발전 덕분에 첨단 망원경이 속속 개발되고 있기에 가능한 일인데요.

인간들은 불과 400년 망원경 발달의 역사를 통해 그동안 미지의 세계로만 알려져 오던 우주의 탄생과 인류의 기원, 별의 탄생과 죽음에 대한 비밀을 하나 둘씩 풀어가고 있습니다. 신비로운 우주 세계와 우주 탐험의 시대를 열어준 망원경의 역사에 대해 알아보도록 하겠습니다.

◇17세기 초반 탄생하다=망원경이 오늘날 최첨단 광학기술 발전의 산물로 여겨지며 고도화되고 있지만, 망원경이 탄생한 것은 불과 400년 전인 17세기 초반입니다. 망원경은 1608년 네덜란드의 안경 제작자인 한스 리퍼세이(Hans Lipershey)가 최초로 발명한 것으로 알려져 있습니다. 리퍼세이는 두개의 렌즈가 일정한 간격을 유지할 때 물체가 확대된다는 점을 우연히 발견했습니다.

그는 렌즈를 세공하던 조수가 렌즈를 겹치더니 물체가 확대됐다는 이야기를 전해듣고 곧바로 망원경 제작에 들어갔다고 하는데요. 양손에 각각 안경렌즈를 쥐고는 근처 교회탑의 방향으로 정렬했더니 놀랍게도 지상에서 아주 높은 곳에 설치돼 있던 풍향계가 렌즈 속으로 들어와 아주 가깝고 뚜렷하게 보인다는 사실을 증명했습니다.

이를 토대로 그는 두 렌즈 사이의 상대적 거리를 유지할 수 있도록 렌즈를 금속 파이프 안에 장착해 최초의 망원경을 만들기도 했습니다. 망원경은 처음에 광학안경, 관망기, 광학통으로 불리다가 그리스에서 처음으로 망원경이라는 이름을 사용한 것이 오늘에 이르렀다고 전해지고 있습니다.

◇갈릴레오 망원경 천체관측에 활용=이탈리아 항구도시 피사 출신의 천재 과학자 갈릴레오 갈릴레이는 당시 대학에서 수학교수로 명성을 날리고 있었는데, 리퍼세이의 망원경 발명소식을 듣고 호기심에 그치지 않고 곧바로 망원경 제작에 돌입해 1609년 8월25일 성공합니다. 물론 이 시점에 제작한 망원경은 볼록렌즈와 오목렌즈를 조합한 일명, 네덜란드식(갈릴레이식) 망원경이었지만, 작은 망원경을 통해 여러 사실을 밝혀낸 위대한 사람으로 기록돼 있습니다.

그 후 400년이 흘러 지난 2009년 국제천문연맹과 유네스코가 갈릴레이 망원경 발견 400주년을 기념하기 위해 세계 천문의 해로 지정하기도 했습니다. 천문학의 발전방향을 되짚어 볼 수 있게 한 갈릴레오는 직접 굴절 망원경을 제작해 당시 논란의 중심이었던 의원들 앞에서 시연을 하게 됩니다.

그는 1610년 망원경을 통해 은하수가 별의 무리임을 처음으로 관찰했고 태양의 흑점, 수많은 별과 행성, 특히 토성의 고리와 목성의 4대 위성, 금성의 모양변화, 달의 크레이터 등을 관찰해 많은 업적을 쌓았습니다.

이렇듯 갈릴레이의 망원경은 달과 행성연구의 기반을 제공했고 근대 이전의 인식론과 우주론을 뒤엎은 위대한 발명품으로 손꼽히고 있습니다. 처음 갈릴레이가 천체 망원경을 고안한 날로부터 10여년 후인 1621년 12월3일에 비로소 그는 천체관측과 지동설의 토대를 만든 천체 망원경을 완성하게 됩니다.

◇시야ㆍ배율 향상시킨 망원경으로 진화=케플러의 저서에 1611년 발표된 케플러식 망원경은 갈릴레이식과는 달리 접안렌즈를 볼록렌즈로 한 굴절 망원경의 설계를 제시했습니다. 케플러 망원경은 반사경을 통해 물체에서 들어오는 빛을 모으고 이에 맺힌 상을 접안경으로 확대해 관찰하는 방식입니다. 따라서 갈릴레이식 망원경과는 접안렌즈부터 다릅니다. 케플러는 갈릴레이식 망원경의 단점이었던 좁은 시야와 낮은 배율을 개선해 넓은 시야와 높은 배율이 가능한 망원경으로 발전시켰습니다.

하지만 밝은 별이나 행성 관측 시 무지개처럼 여러 색으로 퍼지는 색수차가 나타난다는 단점이 있었는데요. 그러나 갈릴레이식 망원경에 비해 상대적으로 상이 안정돼 있어 현재도 대부분 굴절 망원경에는 이러한 방식이 이용됩니다.

1668년 뉴튼은 굴절 망원경 특유의 색수차 때문에 렌즈 대신에 빛을 반사시키는 거울을 사용한 망원경을 연구합니다. 청동으로 깎아 만든 오목거울을 써서 주반사경에서 반사돼 나온 빛을 부반사경에서 꺾어 경통의 옆면에서 보도록 만든 반사 망원경으로 고안한 망원경입니다.

결국 뉴튼은 2.5㎝의 오목거울과 평면경을 사용해 길이 15㎝의 반사망원경을 만드는데 성공합니다. 반사망원경은 굴절 망원경에 비해 상대적으로 작은 크기로도 높은 배율이 가능하고 현재도 8∼10m급 반사망원경에 사용됩니다.

뉴튼 망원경은 이처럼 굴절 망원경이 갖는 수차 극복을 위해 수차를 만들지 않는 반사광선을 이용한 것이 특징이라 할 수 있습니다. 하지만 뉴튼의 망원경도 동급의 굴절 망원경에 비해 상이 안정적이지 못해 구면수차가 생기는 한계를 갖고 있었습니다.

◇우주관측 위한 우주망원경으로 고도화=망원경은 이후 많은 발전 단계와 다양한 형태를 보이며 진화돼 왔으며, 지름이 10m에 이르는 거대 망원경도 개발돼 있습니다. 물론 하늘에는 인공위성처럼 지구의 궤도를 돌며 우주를 탐색하는 허블 우주망원경도 제작된 상태입니다. 허블 우주망원경은 1990년 4월, 우주왕복선 디스커버리호에 실려 천체 관측을 위해 지상부터 600㎞나 되는 위치에 올려진 무게 12톤, 구경 2.4m, 경통 길이만도 13m에 달하는 등 지구 밖에서 우주의 깊은 곳을 관측하는 우주 망원경입니다.

20세기 초 은하와 우주팽창의 발견으로 유명한 에드윈 허블의 이름을 따 명명됐는데요. 이 망원경을 통해 과학자들은 우주와 인류의 기원에 대한 실마리를 푸는 우주에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 특히 허블 망원경을 통해 우주의 나이를 10% 이내의 오차로 알 수 있게 됐고, 우주가 암흑 에너지로 꽉 차 있음을 발견한 것은 천문학적으로도 대단한 공로로 평가받고 있습니다.

최근 과학의 발달은 감마선 망원경을 비롯해 가시광선 망원경, X-선 망원경, 적외선 망원경, 자외선 망원경, 전파 망원경 등을 만들어 우주의 신비를 서서히 풀어 나가는데 기여하고 있습니다. 노후화된 허블 망원경의 뒤를 이을 것으로 유력시되고 있는 망원경은 바로 제임스 웹 우주 망원경인데요.

이는 적외선 관측용 우주 망원경으로, 우주의 아주 먼 곳에 있는 차세대 천체관측용 망원경입니다. 적외선을 이용해 현재의 관측이 가능한 우주의 초기 상태를 연구하는 것이 주된 임무입니다. 질량은 6.2톤, 주반사경의 지름만도 6.5m로 허블 망원경의 2배에 달해 정밀한 관측이 가능합니다.

또 대형 광학망원경으로 2019년 칠레의 라스캄파나스에 설치될 예정인 거대 마젤란 망원경도 있습니다. 한국천문연구원이 미국, 호주와 함께 참여해 기술을 개발하고 있으며, 이 망원경은 허블 망원경보다 지름이 10배나 크고 해상도도 10배나 높아 미래의 주요 망원경으로 활약이 기대되고 있습니다.

대전=이준기기자 bongchu@

자료제공=한국천문연구원