(화면 자막)

본 동영상은 행정안전부와 한국 정부와 진흥원의 지식 정보 자원 관리 사업으로 제작되었습니다. 

세계의 천문대

17세기 초 판 슬리퍼 시에라는 네덜란드 안경 제조 공은 아주 우연한 기회에 렌즈 2개를 가지고 장난을 치다가 물건이 확대되어 보이는 것을 발견하게 됩니다. 이것이 현존하는 가장 오래된 문헌에 나오는 망원경의 탄생 이야기 인데요. 그 이전에는 맨 눈으로 하늘을 바라보는 것만이 유일의 했습니다. 망원경의 발명은 천문학에 모든 것을 바꾸어 놓았다 해도 과언이 아닌데요. 이번 시간에는 관측 기기 의 역사와 세계 천문대 우주 망원경에 대해 알아보겠습니다. 

1. 관측기기의 역사

망원경 발명 이후 처음으로 갈릴레오 갈릴레이가 망원경을 밤하늘의 연구를 위해 하늘을 관찰하는 수단으로 사용하기 시작했죠. 그리고 지금까지의 우주에 대한 대부분의 생각은 틀렸다는 것을 증명하게 됩니다. 

(인터뷰) 경재만 박사 - 한국천문연구원

: 망원경이최초로 발명 될 당시에는 천문학적인 목적보다는 군사적인 목적에서 많이 사용되었습니다. 멀리 있는 적의 동태를 미리 파악함으로써 전쟁에서 유리한 고지를 선점하기 위해서죠. 이 망원경을 하늘로 향한 것이 갈릴레입니다. 갈릴레이는 망원경을 가지고 목성을 관측하고 그 목성 주위에 위성이 돌고 있음을 확인함으로써 지구가 더 이상 우주의 중심이 될 수 없다는 걸 알게 되었습니다. 갈릴레이가 썼던 망원경은 오늘날 굴절 망원경의 속하는데요. 보이는 그림처럼 초창기 굴절 망원경은 이러한 구조로 되어 있습니다. 그렇다면 굴절 망원경은 어떤 원리로 물체가 크게 보이는 것일까요? 먼저 빛이 앞부분에 대물렌즈 를 통해 들어와서 렌즈에 의해 한 점 으로 모아지는데요. 그 빛은 망원경 끝부분에 접안 렌즈를 통해 우리의 눈으로 들어오게 되고 이때 피사체가 확대되어 보이는 것입니다. 그런데 이 굴절망원경 에는 한 가지 문제점이 있었습니다. 굴절망원경의 대물렌즈는 볼록 렌즈로 되어 있는데 볼록렌즈로 빛을 모으는 과정에서 색수차가 생기기 때문이죠. 빛은 파장 별로 굴절율이 다른데 그림에서처럼 보라색은 심하게 굴절 되고 빨강색은 굴절이 덜 되어 초 점에 위치가 다르게 되는데요. 이에 따라 대상의 주변에 무지갯빛 후광이 맺히는 것을 바로 색수차 라 말하는 것이죠. 즉 해상 주변에 붉은 색이나 푸른색 등의 색으로 뿌옇게 보이게 되는 겁니다. 이러한 문제점은 뉴턴의 반사 망원경이 나오면서 해결됩니다. 반사 망원경을 처음으로 만든 사람은 뉴턴이 아닌 니콜로 추키 라는 학자입니다. 그 후 뉴턴이 색수차 의 문제점을 해결하여 반사 망원경을 다시 만든것이죠. 턴의 반사망원경 울 일은 이렇습니다. 빛의 망원경 안으로 들어와 오목거울을 만나서 모아지게 되고 이를 거울로 반사시켜 접안 렌즈를 통해 우리의 눈까지 이르게 하는 것이죠. 뉴턴이 만든 이 첫 번째 반사망원경 은 경통 길이가 15cm 에 불과 하였지만 놀랍게도 약 40대의 대위를 가지고 있어 당시의 경통 길이가 2m 굴절 망원경 이상의 성능을 갖고 있었다고 합니다. 뉴턴의 15cm 반사 망원경이 만들어진 후 18세기 후반 당시 세상에서가장 큰 반사 망원경이 제작됩니다. 독일에서 태어난 윌리엄 허슬 경에 의해 제작된 이 망원경은 크기가 너무 커서 이를 조작하는 데 많은 사람을 필요로 했다고 해요. 우주에 관심이 많았던 허셜은 망원경 뿐 아니라 천문학 분야의 많은 업적을 남겼습니다. 윌리엄 허셜 은 작곡가이면서 천문학자 였습니다. 작곡가로서 는 행성에 관한 곡들을 작곡하기도 했구요. 천문학자로서 윌리엄 허셜은 대형 망원경 의 제작 쌍성의 발견, 천왕성 의 발견 등의 위대한 업적을 많이 남겼죠. 그렇다면 허셸이 만든 이런 큰 나온 겸 처럼 커다란 망원경 들은 어떤 것들이 있을까요? 2. 세계 천문대 세계에서 가장 큰 굴절 망원경은 바로 1800년대 말 미국 여키스 천문대에 설치되어 있는데요. 이 굴절 망원경은 경통 길이 만 18m 렌즈의 지름은 무려 1m 나 된다고 하네요. 예전에는 없던 이 큰 굴절 망원경 덕분에 천문학자들은 그동안 하지 못했던 많은 연구들을 할 수 있었답니다. 천문학자들은 이 굴절 망원경을 이용하여 쌍성, 별의 운동과 거리, 별의 분광학적인 성질을 연구했고 별에 화학 성분에 관한 중요한 증거들을 발견하였습니다. 그리고 또한 그 굴절망원경 의 한계를 알려주는 좋은 계기가 되었죠. 세계에서 가장 큰 굴절 망원경이 설치되면서 많은 연구들이 이루어졌지만 그 크기만 으로 굴절 망원경 의 성능을 높이는 것은 한계가 있었다고 해요. 굴절 망원경은 별 빛이 렌즈를 투과해야 하기 때문에 렌즈의 지지대를 렌즈 가장자리에 설치할 수 밖에 없는데요. 이 때 렌즈가 지나치게 커지면 너무 무거워져서 그 지지대로는 버틸 수가 없었던 것이죠. 그래서 생각해낸 것이 반사 망원경의 크기를 늘리는 것이었습니다. 반사망원경의 주경은 뒷면에서 지지할 수 있어서 훨씬 크게 만들 수 있기 때문인데요. 그리하여 더욱 거대한 망원경이 탄생이 된 것이죠. 현재 대부분의 대형 광학 망원경 은 반사 망원경의 속한다고 합니다. 거대한 반사망원경 중 하나인 후커 망원경은 1917년 제작 되었으며 이후 32년 동안 우주 팽창 설과 빅뱅 우주론의 기초가 되는 획기적인 공헌을 하였습니다. 그리고 사진 술에 발달로 인간은 눈으로만 봐 오던 하늘을 자세히 보게 되었습니다. 어떻게 볼 수 있냐구요? 별 빛을 후커 망원경에 설치된 사진 검판에 몇 시간동안 놓으면 눈으로는 볼 수 없었던 세부 구조가 드러나는 것이죠. 이렇게 눈을 대신해 사진 검판이 활용 되었고 이후 사진 검판보다 뛰어난 ccd 를 발명하여 현재 사용하고 있습니다. 이처럼 우주에 대한 호기심으로 성능이 좋은 여러가지 대형 망원경 들이 발명 되었고 더불어 세계 곳곳에서 많은 천문대가 설립되었답니다. 지금까지 굴절망원경 그리고 반사 망원경의 대해 알아봤는데요. 이번에 소개할 전파 망원경을 알리기 위해서는 적외선, 자외선, 가시광선 등 우주의 전자기파의 대해 먼저 알아 두는 것이 좋습니다. 우주는 모든 파장 대역에서 전자기파를 방출 하는데요. 하지만 인간이 볼 수 있는 전자기파는 가시광선 만으로 극히 일부분에 지나지 않습니다. 그런데 아주 우연히 라디오 전파 에서 우주의 소원 약한 전파 를 발견하게 되는데요. 이를 계기로 천문학자들은 전파 망원경을 개발하게 되었고 이로써 우리는 보이지 않는 것들을 볼 수 있게 되었습니다. 그렇다면 전파 망원경으로 우리는 어떤 것들을 볼 수 있게 되었을 까요?

(인터뷰)

경재만 박사 - 한국천문연구원 

: 전파망원경은 1951년 중성 수소 발견, 1965년 우주배경복사 발견, 또 1967년에 중성자별 발견 등 많은 업적을 세웠습니다. 이렇게 신기하고 놀라운 전파 망원경 어딜 가야 볼 수 있을까요? 세계에는 많은 전파망원경 들이 있습니다. 웨스터보르크 전파 간섭계, 오스트레일리아 연방 과학 산업 연구 기구 CSITRO의 atc, 뉴멕시코의 vla 안테나 그리고 2014년에 완공 예정인 l막 특히 이 천문대는 완성된다면 해발 5,000m 에 위치해서 런던 만큼의 넓은 영역의 펼쳐져 세계에서 가장 높은 곳에 건설된 가장 큰 천문대가 될 것이라고 하니 기대해도 되겠죠? 그렇다면 지상까지 내려오는 전자기파는 전파 뿐일까요? 적외선 또한 일부분이지만 대기의 하층 부분까지 내려와 건조한 기후에 고지대에서 관측이 이루어진다고 합니다. 적외선 관측은 매우 멀리 떨어진 은하를 관측할 때 적합한데요. 그 이유는 파장의 길어 차가운 먼지구름을 잘 통과 하기 때문이랍니다. 이러한 은하의 어린 별들은 자외선 영역에서 빛이 납니다. 하지만 팽창하는 우주에서 빠른 속도로 멀어짐으로 도플러 효과에 의해 파장이 긴 쪽으로 이동해 적외선 영역에서 관측 됩니다. 이렇게 전파나 적외선처럼 지상까지 내려오는 전자기파 도 있지만 지구에는 차단막 역할을 하는 대기가 있어서 감마선을 포함한 몇 몇 전자기파는 지상까지 도달할 수 없다고 해요. 그래서 결국 천문학자들은 결심하게 되죠. 우주로 망원경을 올려 보내기로 말입니다. 그리고 비로소 우주망원경의 시대가 열리게 됩니다. 

2. 우주 망원경 

(인터뷰)

경재만 박사 - 한국천문연구원

: 우주로 올라간 망원경 중에서도 가장 유명한 것은 역시 허블 망원경 입니다. 허블 망원경은 주 반사경이 직경 2.4m 로 현재 기준으로 보면 작은 편이지만 대기 밖에 있다는 것만으로 어느 지상 망원경보다도 훌륭한 성과를 보여 줍니다. 우주에서는 막힌 것 없이 관측이 가능하고 지상 보다 선명한 자료를 얻을 수 있기 때문이죠. 마치 옅은 안개 속에서 앞을 보다가 안개 지역을 벗어나 화창한 날씨 에서 자연을 바라보는 느낌일 거예요. 천문학 전 분야에 걸쳐 허블은 큰 혁명을 가져옵니다. 저기 아름다운 우주사진이 보이나요. 이것은 허블 울트라 딥 필드 라는 현재까지 제일 먼 우주를 찍은 가장 훌륭한 사진으로 평가들은 이미지라고 합니다. 허블 망원경이 혁명이라 불리는 이유는 이처럼 제일 먼 우주를 찍기도 했지만 여러가지 다양한 관측을 가능하게 했기 때문이죠. 

(인터뷰)

경재만 박사 - 한국천문연구원

: 여러가지가 있겠지만 1994년 7월 허블 망원경은 목성의 슈메이커-레비혜성이 충돌한 장면을 관측 하게 되었습니다. 또한 태양계를 넘어서 별의 일생을 추적해 왔습니다. 먼지와 기체 속에서 태어난 별들의 요람으로 부터 죽어가는 별이 만들어내는 행성상 성운, 또 은하 전체와 밝기가 비슷한 거대한 초신성 폭발 등 다양한 관측을 하였습니다. 허블 망원경이 이룬 업적들이 굉장히 많죠? 이런 허블 망원경 말고도 많은 우주 망원경이 있습니다. 그중 적외선 허블 망원경이 라 불리는 스피처 우주 망원경은 지금까지 발사된 가장 민감한 적외선 기계입니다. 그 이유는 우주의 먼지 뿐 아니라 행성상 성운과 휴신성자내가 먼지 입자들로 가득하다는 사실을 발견했기 때문인데요. 심지어 거대플래콜에 강력한 폭풍을 따라 회전하는 뭔지도 발견하고 분광기를 이용해 우주 먼지 의 화학 및 광물학적인 구조를 알아 낼 수 있다고 하니 가장 민감한 적외선 기기라 할 수 있겠죠? 그리고 NASA의 챈드라 X선 망원경과 유럽우주국의 XMM-뉴턴 X선 망원경은 우주에서 가장 뜨거운 지역을 지켜보고 있다고 해요. 이들 망원경은 블랙홀로 빨려 들어가는 기체는 x 선 을 방출하고 이를 관측하여 블랙홀의 존재를 밝혀 내기도 했죠. 대폭발의 흔적인 우주 배경 복사의 미세한 온도 요동은 초기 우주의 밀도 요동에 대한 정보를 제공하는데요. 이를 관측하기 위해 우주 공간에 올려진 w 맵은 상세한 우주배경복사 지도를 완성하여 우주 축이 무려 137억 년 전에 대해 많은 자료를 제공하였습니다. 현재 우리는 우주에 대해 해 아주 많은 것을 알아냈고 아직도 알아가고 있는 단계입니다. 하지만 그렇게 많은 부분을 알아내고 도 아직 탐험에 초기단계에 있는데요. 그만큼 우주는 우리가 상상하지 못할 만큼 거대 하기 때문이죠. 망원경의 발달과 함께 좀 더 가까워진 우주, 거대한 우주, 우주를 향한 끊임없는 욕구와 호기심이 있는 앞으로의 천문학은 무한히 발전할 것입니다.