우주 망원경

1 개요

예전에 지상 망원경이 여기 등록되어 있는 적이 있었는데 우주를 본다고 우주망원경이 아니다!

위성궤도를 도는 인공위성에 탑제된 천체관측용 망원경. 절대로 지상에 있는게 아니다!

우주에는 구름도 없고,[1] 대류 현상도 없고, 대기권의 간섭도 없고, 방해되는 불빛도 없기에, 같은 성능의 망원경으로 훨씬 좋은 품질의 화상을 얻을 수 있다. 대표적으로 허블 망원경이 있다. 최근엔 기술의 발전으로 가시광이나 근적외선같은 흡수가 적은 영역은 지상 망원경으로 관측하는 편이다.

우주로 망원경을 날린다는 생각은 아무도 못 하고 있던 시기에 물리학자[2] 라이만 스피처가 우주로 망원경을 올리자는 제안을 했고 그로 인하여 최초의 우주 망원경인 허블이 발사되었다.[3][4] 후에 스피처의 업적을 기념하는 의미에서 본인의 연구 분야인 적외선 관측 망원경에 스피처의 이름을 붙이게 된다.

가장 큰 장점은 지구 대기에 의해 흡수되어 산란 혹은 재방출 현상이 일어나지 않기 때문에 감마선이나 X선 같은 고에너지 천체를 관측 할 수 있다는 점 때문에 이런 고에너지 망원경은 반드시 우주 망원경으로 만들 수밖에 없다. 반대로 전파 망원경은 산란도 거의 없고 지상에 있는 편이 관측에 여러모로 유리하기 때문에[5] 마이크로웨이브보다 더 긴 전파 영역의 우주 망원경은 만들지 않는다. 마찬가지로 가시광의 경우엔 크기를 크게 만들어서 지구상에 놓는게 훨씬 값이 싸고 상의 차이가 거의 없어서 허블 이후로 가시광 망원경을 띄우는 경우는 잘 없다.[6]

문제가 있다면 우주로 띄워야하다보니 지상 망원경에 비해 자연히 그 가격이 폭발적으로 상승하게 되는데,[7] 어지간한 우주 망원경 한대 값이면 지구상에서 최고의 품질을 자랑하는 켁 망원경을 만들 수도 있다. 종류에 따라 차이가 있지만 가장 비싼 제임스 웹의 경우엔 현재 건설중인 거대 망원경을 세대 쯤 만들 수도 있는 어마어마한 가격을 자랑한다.

현재 발사 단가가 쎈 아틀라스 V는 지구 저궤도 (LEO) 까지 대충 kg 당 1만 3천 달러, 아리안이 kg 당 1만 달러, 싼 축에 속하는 팰컨 9 등은 kg 당 5천 달라 선이다. 그러니 1톤 정도의 중형 우주 망원경을 쏘아올리려면 발사비가 1천만 달러, 대형인 4톤 급이라면 5천만 달러 정도로 상당히 비싸기는 하지만 우주망원경 전체 비용에 비하면 그리 비싸지 않다. 대충 1/10 정도의 비중을 차지한다고 보면 된다.


지상 망원경과 비교했을 때 가격 대비 효율은 굉장히 떨어지는 편이지만 위에서도 언급했듯 감마선과 X선은 이렇게 하지 않으면 연구 자체가 되질 않고, 마이크로웨이브도 일부 영역대는 대기 산란을 일으키기 때문에 역시 우주로 띄워야 한다. 그래서 이런 특정 영역의 망원경은 스폰서나 프로젝트 참가자들이 많아진다.

우주에 있다보니 문제가 생기는데 쏘고나서 생기는 문제를 해결하려면 쏠때 들인 돈의 두배가 필요하다. 실제로 미국은 폭풍간지 우주선 스페이스 셔틀로 허블 A/S(...)를 다섯 번이나 진행하는 위용을 보였는데, 그 결과로 NASA에서도 돈 잡아먹는 하마가 되었다. 심지어 유명한 허블 울트라 딥 필드 사진도 사실은 STS-107 참사 후 허블 서비스 미션이 싹 백지화되자 과학자들이 여론몰이를 위해 터뜨린 것이다(...) 뭐 그 덕에 STS-125 펀딩을 받아냈지만, 그거 한다고 STS-400이라는 터무니없는 구조 미션까지 대비해야 했다(...)

거기다 태양-지구 L2 영역에 띄워지는 망원경들은 서비스를 진행할 수 없기 때문에[8] 만약에 고장나면 그냥 그대로 버려야 한다. 대표적으로 앞으로 올라갈 제임스 웹.

초기 망원경들은 한 영역을 잡고 관측하거나 주 관측 대상 하나를 포착하고 관측하는 등의 망원경다운 일들을 주로 맡았지만 최근의 우주 망원경들은 주로 survey[9]를 하기 때문에 관측을 위해 몇 달을 기다리는 일이 없어졌다. 거기다 프로그램 몇개만 이용하면 데이터 분석이 가능한 상태로 데이터가 공개되기 때문에 실력만 충분하다면 전공자가 아니라도 고급 자료를 이용해 연구를 진행하는 것이 가능하다.물론 전공생들도 학부 수준에선 이렇게는 안 한다는건 무시하자

2 적외선, 자외선 망원경

적외선과 자외선은 지상 망원경으로도 어느정도는 관측 가능하지만 대기권에서 적외선은 수증기, 자외선은 오존 등에 의해 감쇠되고 산란되므로 제대로 관측하려면 대기권 바깥의 우주망원경이 필요하다. 특히 적외선은 멀고 어두운 천체를 관측하는데는 가시광선 망원경보다 훨씬 유리하다. 적외선 우주 망원경은 스피처 적외선 망원경, 발사예정인 제임스 웹 우주 망원경 등이 있다.

3 X선 망원경, 감마선 망원경

X선 망원경은 X선을 포집하여 상을 만든다. X선은 투과하거나 흡수될 뿐 반사가 잘 안되고, 굴절은 더더욱 안되기 때문에 이를 위한 망원경을 만들기가 상당히 어렵다. X선 망원경의 하나인 볼터 망원경은 반사시켜 X선을 포집한다. X선은 반사각이 입사각과 거의 차이가 없을 정도로만 반사되므로 크고 작은 고리 모양의 반사판들을 동심원처럼 겹쳐 놓은 형태로 구성되어 있다.

4 우주 망원경 명단

  1. ↑ 사실 우주엔 성간 물질이라는 지구의 구름보다 훨씬 지독한 구름이 있다. 이 경우는 피할 방법이 아예 없다는게 문제
  2. ↑ 천문학적 업적이 있으나 천문학자로 분류하진 않는다.
  3. ↑ 그 전에도 우주 망원경이라고 쓰고 위성이라 읽는이 있기는 했지만 형태가 망원경이 아니었다는 점에서 이런 일이 벌어진 것 같다. 이름도 telescope보다는 observatory나 explorer를 붙이기도 했다. 당장에 허블 직전에 올라간 COBE도 survey를 수행하는 explorer위성이다. 최근에는 형태에 관계없이 천체관측 목적으로 올라가는 위성은 전부 망원경이라고 부른다.
  4. ↑ 허블 이전의 대부분의 망원경은 군사용이라 과학자들에게 공개되지 않았다. 덕분에 감마선 폭발같은 매우 신기한 일이 발생하면 과학자들을 납치(?)해 분석을 시켰다는 그럴싸한(...) 루머도 있다. 지금은 냉전 종식으로 웃으면서 얘기할 수 있지만 이전에 올라갔던 망원경은 정찰용 군사 위성이었다. 지금은 냉전 시기의 우주 망원경들이 당당히 망원경 리스트에 들어가있지만 당시엔 우주에 감마선 천체가 그렇게 많은지에 대해서도 잘 몰랐고 망원경들이 올라간 시기에 비해 감마선 폭발에 대한 공개가 굉장히 늦었다는걸 생각해보면...
  5. ↑ 간섭계를 이용하여 이론상 구경을 무한대로 만들 수 있다.
  6. ↑ 여기엔 능동 광학 기술이 큰 몫을 했다.
  7. ↑ 감마선 망원경의 경우엔 과거엔 세대씩 동시에 띄워 사용했다. 감마선의 짧은 파장으로 인해 모든 방향에서 감마선이 쏟아지는데, 이 방향을 잡기 위해서 디텍터의 감지 시간차를 이용했는데 이것이 최소 세대가 입체 상에서 다른 위치에 있어야 했기 때문에. 기술이 발전한 후로는 하나에 수백개의 디텍터를 넣어 보완했다.
  8. ↑ 달보다 멀다. 지구상의 돈이란 돈을 다 써도 못 간다고 보면 편하다.
  9. ↑ 입체상의 모든 영역을 찍어 지도처럼 만든다. 때문에 망원경이라고 떡하니 적혀있지만 전혀 망원경같이 안 생겼다. 우리 은하에 의한 광해가 방해되긴 하지만 바라볼 수 있는 모든 영역을 바라보기 때문에 시간적으로도 유리하다. 과거엔 고에너지 망원경이 어쩔 수 없이 이런식으로 관측할 수밖에 없었지만 현재는 이것이 효율적이라 낮은 에너지 영역도 이렇게 관측을 한다.