우주에 초점 맞추는 망원경 (3) "망원경의 특성과 목적" (영상)
- 기술 / 문광주 기자 / 2025-07-12 10:24:48
5분 읽기 + 6분 51초 영상
- 망원경을 정의하는 두 가지 핵심 속성:거울의 직경과 광학장치가 카메라에 투시하는 시야
- 허블과 제임스웹은 이러한 먼 천체 관측에 특화된 우주 천문대
- 유클리드나 베라 C. 루빈과 같은 망원경이 천문학자들에게 전체적인 모습을 보여주ㄴ다.
- 유클리드: 허블보다 240배 더 넓은 시야 확보, 단 6년 만에 하늘 전체의 3분의 1 탐색
예를 들어, 2024년과 2025년에 유럽까지 도달한 오로라는 육안으로는 거의 볼 수 없었지만, 사진에서는 풍부한 붉은색과 보라색 톤으로 빛났다. 마찬가지로, 카메라가 충분히 긴 노출 시간을 사용한다면 도시 근처에서도 은하수 사진을 촬영할 수 있다. 그러나 은하수 띠에 있는 모든 별은 모든 방향으로 빛을 발산한다. 빛의 강도는 거리의 제곱에 따라 감소한다. 천문 관측의 경우, 이는 망원경 거울이 크고 카메라 감도가 높을수록 망원경이 더 멀리 있는 별을 더 멀리까지 관측할 수 있다는 것을 의미다.
허블과 웹: 우주를 더 깊이 들여다 보다.
수억 광년 이상 떨어진 우리 은하 너머의 먼 은하를 관측하고자 하는 천문학자들은 각 은하가 모든 별을 합친 것만큼 밝게 빛난다는 사실로부터 이점을 얻는다. 은하가 특히 멀리 떨어져 있다면 허블이나 제임스웹과 같은 강력한 천문대나 칠레에 있는 유럽 남방 천문대의 초대형 망원경(VLT)처럼 깊은 하늘을 관측하는 데 특화된 지상 망원경이 필요하다.
허블과 제임스웹은 이러한 먼 천체 관측에 특화된 우주 천문대다. 유클리드나 베라 C. 루빈과 같은 망원경이 천문학자들에게 전체적인 모습을 보여주는 반면, 허블과 제임스웹 망원경은 더 자세히 관측한다. 이 망원경들은 하늘의 작은 부분들을 매우 자세하게 관찰하기 위해 제작되었다. 쌍안경으로는 보름달 원반 전체를 쉽게 포착할 수 있지만, 허블의 시야는 달 분화구 하나만 포착할 수 있다. 하지만 그 해상도는 약 80m에 달한다.
허블 망원경은 하늘의 아주 작은 사분면인 허블 울트라 딥 필드(Human Ultra Deep Field)를 반복적으로 스캔하는 데 총 11일이 걸렸다. 이 사분면에는 약 1만 개의 매우 먼 은하에서 온 빛이 담겨 있다. 이 이미지의 가장자리 길이는 보름달 지름의 10분의 1에 불과하다. 허블이 이 정도의 정밀도로 하늘 전체를 촬영했다면 50만 년은 걸렸을 것이다.
유클리드: 큰 그림의 조력자
반면에 유클리드 우주 망원경은 단순히 깊은 곳을 보기 위해 만들어진 것이 아니다. 허블보다 240배 더 넓은 시야를 가지고 있으며, 단 6년 만에 하늘 전체의 3분의 1에 달하는 먼 은하까지 탐색할 것으로 예상된다. "유클리드는 하늘의 표면적 대비 깊이 비율이 더 뛰어나다"고 독일 유클리드 프로젝트 매니저인 프랭크 그룹은 말했다. 어떻게 이런 일이 가능할까? 유클리드의 거울 표면, 즉 빛을 모으는 능력은 허블 망원경 거울의 4분의 1에 불과하다.
"하지만 허블 이후 카메라가 개선된 것도 도움이 된다"고 그룹은 설명했다. 유클리드의 목표 중 하나는 눈에 보이지는 않지만, 은하의 분포와 중력에 영향을 미치는 암흑 물질을 더욱 면밀히 연구하는 것이다. 이를 위해 유클리드는 가능한 한 많은 은하를 가능한 한 많은 방향으로, 그리고 지구에서 가능한 한 먼 거리에 있는 은하로 관측할 것이다. 단 일주일 만에 이 망원경은 이미 2,600만 개의 은하를 지도화하고 이미지화했다.
루빈: 남반구 하늘에서 빠르게 둘러본다
더 나은 관측을 위한 또 다른 옵션은 더 큰 거울이다. 새로운 루빈 천문대의 8.40m 거울은 유클리드 우주 망원경의 작은 거울보다 단위 시간당 더 많은 빛을 수집해 더 많은 정보를 제공한다. 이를 통해 천문학자들은 망원경을 다음 이미지 영역으로 빠르게 둘러보고 거기서부터 계속 관측할 수 있다. 목표는 향후 10년 안에 남반구 하늘 전체를 관측하는 것이다.
"베라-루빈(Vera-Rubin) 망원경은 제 연구를 더욱 풍부하게 해 줄 것이다"고 막스 플랑크 외계 물리학 연구소의 천문학자 에스라 불불(Esra Bulbul)은 말한다. "이 천문대는 넓은 시야와 깊은 시야를 제공하며, 엄청나게 먼 거리에 있는 수십억 개의 은하를 촬영할 것이다. 나는 이 데이터를 사용하여 우주에서 가장 큰 구조들과 그 구조들이 그 이후로 어떻게 진화했는지 연구할 것이다.“
"우주 영화“
반면 막스 플랑크 천문학 연구소의 에두아르도 바냐도스(Eduardo Bañados)는 루빈 스카이 서베이의 "우주 영화"에 기대를 걸고 있다. 이를 위해 천문학자들은 남쪽 하늘의 모든 영역을 가능한 한 빨리 촬영할 것이다. 루빈 천문대는 서베이가 끝날 무렵 시야의 모든 부분을 최소 800번 이상 촬영할 예정이다. 이를 통해 하늘에서 단명하고 시간에 따라 변하는 현상을 포착하고 멀리 있는 은하를 볼 수 있게 될 것이다.
바냐도스는 망원경의 높은 프레임 속도를 활용하여 멀리 있는 은하 중심에서 활동하는 블랙홀의 "깜빡임"을 찾고 있다. 이러한 초대질량 블랙홀은 매년 태양 질량과 맞먹는 가스를 소모한다. 그 결과 며칠 안에 발생하는 엄청나게 강력하고 빠른 밝기의 폭발이 발생한다. 이 깜빡임은 초기 은하의 중심 블랙홀이 얼마나 자주, 그리고 얼마나 빨리 물질을 소모했는지를 보여줄 수 있다. (계속)
- 망원경을 정의하는 두 가지 핵심 속성:거울의 직경과 광학장치가 카메라에 투시하는 시야
- 허블과 제임스웹은 이러한 먼 천체 관측에 특화된 우주 천문대
- 유클리드나 베라 C. 루빈과 같은 망원경이 천문학자들에게 전체적인 모습을 보여주ㄴ다.
- 유클리드: 허블보다 240배 더 넓은 시야 확보, 단 6년 만에 하늘 전체의 3분의 1 탐색
망원경의 속성을 결정하는 목적
모든 망원경을 정의하는 두 가지 핵심 속성이 있다. 하나는 우주에서 광학 장치로 빛을 전달하는 거울의 직경이고, 다른 하나는 광학 장치가 카메라에 투사하는 시야다. 거울이 크고 카메라의 노출 시간이 길수록 망원경 카메라가 볼 수 있는 천체는 어두워진다. 대신 목적물은 뚜렷해진다. 많은 사진 애호가들이 이 효과에 익숙하다.
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| ▲ 네 망원경의 거울 표면과 카메라 비교. © Max Planck Society/ Phildius |
예를 들어, 2024년과 2025년에 유럽까지 도달한 오로라는 육안으로는 거의 볼 수 없었지만, 사진에서는 풍부한 붉은색과 보라색 톤으로 빛났다. 마찬가지로, 카메라가 충분히 긴 노출 시간을 사용한다면 도시 근처에서도 은하수 사진을 촬영할 수 있다. 그러나 은하수 띠에 있는 모든 별은 모든 방향으로 빛을 발산한다. 빛의 강도는 거리의 제곱에 따라 감소한다. 천문 관측의 경우, 이는 망원경 거울이 크고 카메라 감도가 높을수록 망원경이 더 멀리 있는 별을 더 멀리까지 관측할 수 있다는 것을 의미다.
허블과 웹: 우주를 더 깊이 들여다 보다.
수억 광년 이상 떨어진 우리 은하 너머의 먼 은하를 관측하고자 하는 천문학자들은 각 은하가 모든 별을 합친 것만큼 밝게 빛난다는 사실로부터 이점을 얻는다. 은하가 특히 멀리 떨어져 있다면 허블이나 제임스웹과 같은 강력한 천문대나 칠레에 있는 유럽 남방 천문대의 초대형 망원경(VLT)처럼 깊은 하늘을 관측하는 데 특화된 지상 망원경이 필요하다.
허블과 제임스웹은 이러한 먼 천체 관측에 특화된 우주 천문대다. 유클리드나 베라 C. 루빈과 같은 망원경이 천문학자들에게 전체적인 모습을 보여주는 반면, 허블과 제임스웹 망원경은 더 자세히 관측한다. 이 망원경들은 하늘의 작은 부분들을 매우 자세하게 관찰하기 위해 제작되었다. 쌍안경으로는 보름달 원반 전체를 쉽게 포착할 수 있지만, 허블의 시야는 달 분화구 하나만 포착할 수 있다. 하지만 그 해상도는 약 80m에 달한다.
허블 망원경은 하늘의 아주 작은 사분면인 허블 울트라 딥 필드(Human Ultra Deep Field)를 반복적으로 스캔하는 데 총 11일이 걸렸다. 이 사분면에는 약 1만 개의 매우 먼 은하에서 온 빛이 담겨 있다. 이 이미지의 가장자리 길이는 보름달 지름의 10분의 1에 불과하다. 허블이 이 정도의 정밀도로 하늘 전체를 촬영했다면 50만 년은 걸렸을 것이다.
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| ▲ 망원경 시야 비교. 망원경은 얼마나 넓은 하늘을 볼 수 있을까? 보름달 면적 대비 망원경의 시야. 허블은 1%, 제임스웹은 0.7% 베라루빈은 40배. © Max Planck Society/ Phildius |
유클리드: 큰 그림의 조력자
반면에 유클리드 우주 망원경은 단순히 깊은 곳을 보기 위해 만들어진 것이 아니다. 허블보다 240배 더 넓은 시야를 가지고 있으며, 단 6년 만에 하늘 전체의 3분의 1에 달하는 먼 은하까지 탐색할 것으로 예상된다. "유클리드는 하늘의 표면적 대비 깊이 비율이 더 뛰어나다"고 독일 유클리드 프로젝트 매니저인 프랭크 그룹은 말했다. 어떻게 이런 일이 가능할까? 유클리드의 거울 표면, 즉 빛을 모으는 능력은 허블 망원경 거울의 4분의 1에 불과하다.
"하지만 허블 이후 카메라가 개선된 것도 도움이 된다"고 그룹은 설명했다. 유클리드의 목표 중 하나는 눈에 보이지는 않지만, 은하의 분포와 중력에 영향을 미치는 암흑 물질을 더욱 면밀히 연구하는 것이다. 이를 위해 유클리드는 가능한 한 많은 은하를 가능한 한 많은 방향으로, 그리고 지구에서 가능한 한 먼 거리에 있는 은하로 관측할 것이다. 단 일주일 만에 이 망원경은 이미 2,600만 개의 은하를 지도화하고 이미지화했다.
루빈: 남반구 하늘에서 빠르게 둘러본다
더 나은 관측을 위한 또 다른 옵션은 더 큰 거울이다. 새로운 루빈 천문대의 8.40m 거울은 유클리드 우주 망원경의 작은 거울보다 단위 시간당 더 많은 빛을 수집해 더 많은 정보를 제공한다. 이를 통해 천문학자들은 망원경을 다음 이미지 영역으로 빠르게 둘러보고 거기서부터 계속 관측할 수 있다. 목표는 향후 10년 안에 남반구 하늘 전체를 관측하는 것이다.
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| ▲ 루빈 천문대는 넓은 시야와 신속한 탐사 기능을 자랑다. © 루빈 천문대/ NOIRLab/SLAC/ NSF/DOE/AURA, P. Marenfeld |
"베라-루빈(Vera-Rubin) 망원경은 제 연구를 더욱 풍부하게 해 줄 것이다"고 막스 플랑크 외계 물리학 연구소의 천문학자 에스라 불불(Esra Bulbul)은 말한다. "이 천문대는 넓은 시야와 깊은 시야를 제공하며, 엄청나게 먼 거리에 있는 수십억 개의 은하를 촬영할 것이다. 나는 이 데이터를 사용하여 우주에서 가장 큰 구조들과 그 구조들이 그 이후로 어떻게 진화했는지 연구할 것이다.“
"우주 영화“
반면 막스 플랑크 천문학 연구소의 에두아르도 바냐도스(Eduardo Bañados)는 루빈 스카이 서베이의 "우주 영화"에 기대를 걸고 있다. 이를 위해 천문학자들은 남쪽 하늘의 모든 영역을 가능한 한 빨리 촬영할 것이다. 루빈 천문대는 서베이가 끝날 무렵 시야의 모든 부분을 최소 800번 이상 촬영할 예정이다. 이를 통해 하늘에서 단명하고 시간에 따라 변하는 현상을 포착하고 멀리 있는 은하를 볼 수 있게 될 것이다.
바냐도스는 망원경의 높은 프레임 속도를 활용하여 멀리 있는 은하 중심에서 활동하는 블랙홀의 "깜빡임"을 찾고 있다. 이러한 초대질량 블랙홀은 매년 태양 질량과 맞먹는 가스를 소모한다. 그 결과 며칠 안에 발생하는 엄청나게 강력하고 빠른 밝기의 폭발이 발생한다. 이 깜빡임은 초기 은하의 중심 블랙홀이 얼마나 자주, 그리고 얼마나 빨리 물질을 소모했는지를 보여줄 수 있다. (계속)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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