2째주 3편은 망원경의 원리와 활용에 대해 이야기 합니다. 무려(?)13분 분량입니다.
Part 3 : The technology : how telescopes work (13 mins)
Andy looks at the technology issues. How do we form images? Why are telescopes so big and why does this make life difficult? How do we keep our pictures sharp, and how do we get that color information?
영문 동영상과 자막
https://class.coursera.org/astrotech-001/lecture/download.mp4?lecture_id=101
https://class.coursera.org/astrotech-001/lecture/subtitles?q=101_en&format=srt
한글요약 자막 (자막 달기가 너무 시간이 많이 드네요 ㅠㅠ)
[요약]
- 망원경의 역활은 빛을 모아 한 곳에 집중 시키는 것
- 큰 구경의 망원경 일 수록 더 많은 빛을 모을 수 있으므로 어두운 별을 관측하기에 좋다.
- 망원경에서 빛을 모으는 량은 대물경(반사경 혹은 대물렌즈)의 면적에 비례하고, 면적은 다시 직경의 제곱에 비례. 지름이 2배면 수집하는 광량은 4배
- 그런데 큰 망원경을 만들려면 구조물(경통)을 지탱하고 관측소 건물을 지어야 하니 그 비용도 높다. 비용은 직경의 세제곱의 비율로 증가. 지름이 두배증가하면 천문대 건조비용은 8배
- 큰 망원경은 지구 중력의 영향을 아주 많이 받는다는 것. 즉, 무거운 구조물은 휜다. 구조물의 경우 현대 건축 기술로 극복했지만 대구경 반사경이 휘는 문제는 어려운 일이다.
- 한장의 거대 반사경을 만드는 대신 거울을 잘라 반사면을 제어하여 집광시키는 Segmented Mirror 방식의 대구경 망원경과 거울면을 얇게 만들고 뒷면에서 제어가능한 봉으로 거울면을 미는 능동광학(Active Optics) 방식
Segmented Mirror
http://en.wikipedia.org/wiki/Segmented_mirror
Goptical project home/GNU 프로젝트로 대형 망원경 프로젝트가 있군요!!!
GNU Optical design and simulation library
https://www.gnu.org/software/goptical/
Active Optics(능동광학)
http://en.wikipedia.org/wiki/Active_optics
초대형 망원경들/Extremely large telescope
http://en.wikipedia.org/wiki/Extremely_large_telescope
- 망원경을 통해 영상이 만들어지는 원리는 카메라 혹은 인간의 눈과 같다. 렌즈에서 빛을 모으고 빛 감지기가 모아진 빛을 기록하는 것.
지상망원경(갈릴레오식)
볼록렌즈(대물렌즈)로 모은 빛이 눈의 망막에 촛점이 맺히게 하기 위해 접안부에 오목렌즈를 넣어 빛의 경로를 평행하게 만들어주는 방식으로 사람 눈의 렌즈(수정체)를 광학계의 일부로 활용 하는 것.
천체 망원경은 케플러식 망원경으로 대물경 및 접안경에 모두 볼록렌즈를 사용. 갈릴레오식 망원경에 비해 시야각이 넓다.
굴절망원경
http://en.wikipedia.org/wiki/Refracting_telescope
- 망원경에서 상이 맺히는 원리는 강의 동영상을 볼 것. 대물 렌즈의 촛점거리가 길 수록 촛점면(Focal Plane)에 맺히는 상의 크기도 크게된다. 배율이 높다. 19세기에서 20세기 초기의 망원경 경통이 긴 이유.
- 천체관측에서 배율 보다는 넓고 밝고 선명한 상을 얻는 것이 중요하다.
상을 흐리게 만드는 세가지 요인
첫째, 회절현상
- 빛이 파동인 까닭에 광학의 물리적 현상인 회절. 빛이 모아지면서 파동인 빛이 간섭하는 것. 가시광선의 범위는파장이 짧은 청색(500nm)에서 적색(700nm)까지 다른 파장의 빛이 대물경을 통과하며 한곳에 모이는데 이때 간섭이 일어남. 긴파장일 수록 간섭이 심하고 구경이 작을 수록 불리함.
- 사람의 동공은 약 5mm, 이론적으로 회절에 의한 뭉개짐으로 인한 해상력은 25 아크초. 1Km 밖에서 사람의 머리를 구분할 수 있는 정도.
- 지름 1m인 망원경의 해상력은 1/10 아크초. 하지만 대기의 영향으로 이정도 해상도를 얻을 수 없음
둘째, 대기
- 빛은 대기를 통과하며 광로의 변화를 일으킴. 대기가 불안정하면 촛점이 흔들림.
- 대구경 망원경은 대기의 영향을 많이 받음. 이를 극복하기 위해 능동광학이 적용됨.
- 지상의 대기 불안정을 피하려고 높은 산에 올라가지만 1 아크초 이상의 흐림은 피할 수 없음.
- 대기를 피하기 위해 우주로 망원경을 올려보냈음. 1/10 아크초의 선명한 해상도의 사진을 얻을 수 있었음
셋째, 가공기술과 환경
- 제아무리 렌즈나 반사경을 잘 가공한다 해도 오차는 있는 법. 더구나 인간이 범하는 치명적인 실수도 있음. 실제로 허블 우주망원경의 반사경 가공시 1~2밀리미터의 오차가 있었다는 것을 발사후 반견됨. 나중에 보정 렌즈를 끼워 수리 함. 비용은 엄청 났지만 엄청난 결과를 얻음.
- 빛의 파장별 구면수차(spherical aberration)의 영향. 인간의 눈의 이론적 해상력은 25아크초 이지만 구면 수차의 영향으로 실제로는 1아크분(60아크초)에 불과함
- 그외 대형 망원경은 온도의 영향을 받음. 렌즈나 반사경은 온도에 의해 구면이 변형을 일으키는 것
끝으로 컬러사진을 얻는 법
- 별의 색상별 밝기는 대상의 물리량을 측정하는 아주 중요한 자료임.
- 필터를 사용하여 각 파장대별 사진을 각각 찍고, 각 파장에서 밝기 비율로서 색을 정함.
- 다음 강의편에서 밝기와 색을 바탕으로 작성된 H-R도를 설명하겠음.
- 허쯔스프렁-러셀 도(H-R Diagram)는 천체물리학의 혁명을 이끈 중요한 업적
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