흠

이 망원경은 좋은가요?
  망원경에 대해 아무것도 모르는 사람이 급히 망원경을 골랐을 때에 나오는 질문이다. 나는 이런 질문을 하는 사람이 천체망원경을 사면, 십중팔구 머지않아 도로 되팔고 다른 망원경을 사거나 혹은 이 취미를 접을 것이라고 예상한다.

  사람은 기회비용이 발생할 때 갈등하게 된다. 천체망원경을 구입할 때에도 마찬가지이다. 돈이 많다면, 세상에 존재하는 모든 망원경을 다 모아서 수집해도 되고, 직접 사람을 고용해서 최강의 광학계를 설계해서 망원경을 직접 만들어도 된다. 돈이 넘쳐난다면 말이다. 물론, 그런다고 '밝게 잘 보이고, 상이 선명하고, 상이 예리하고, 시야가 넓고, 분해능이 좋고, 이동성까지 좋은' 망원경은 만들 수 없겠지만, 그래도 돈이 많이 투입될수록 성능은 좋아질 수밖에 없다. 
  그렇지만 돈이 2배로 투입된다고 무조건 성능이 2배가 되지는 않는다. 성능을 수치화하긴 어렵지만 굳이 애써 예를 들어보면 돈이 2배일 때 성능이 2배이면, 돈이 4배가 되면 성능은 3배, 돈이 8배가 되면 성능은 3.5배 뭐 이런 식이라고 생각하는게 무조건 2배로 늘어난다고 보는 것보다 더 맞을거다.

  그렇다면 적절한 선에서 자금을 들여서 망원경을 고를 때 우리는 어떤 것을 선택해야 할까? 망원경을 처음 사는 사람들은 이렇게 질문한다. "이 망원경은 얼마나 보이나요?", "이 망원경은 잘 보이나요?" 정말 간단한 질문들이지만, 정말 대답하기 어렵다. 똑같은 대답을 해도 나중에 와서 어떤 사람은 "님 말이 맞더이다" 혹은 어떤 사람은 "알지도 못하는 놈이 추천해줘서 망했다"라고 말하기도 한다.

  아니 그런데 입장을 바꿔서 생각을 해 보자. "페라리가 좋은 차인가요?" 아마도, 대부분의 사람들은 좋은 차라고 생각할 것이다. 적어도 코란도를 타는 사람보다 좋은 차를 탄다고 생각을 하겠지. 그런데 만일 이 질문 앞에 (오프로드를 달리고 싶은데)라는 조건을 덧붙였어야 했는데 질문자가 이를 생략했다면 어떨까. 

 

저렴한 가격에 큰 구경을 사용할 수 있는 돕소니언 방식 : 200mm 구경에 100만원 안쪽이다.

거의 무결점에 가까운 상을 보여주지만 비싸고 구경은 작은 고급굴절. 200mm 구경이면 수천만원을 호가한다.

망원경 구입에도 기회비용이 발생한다. 실패하지 않는 방법은?
  망원경을 사는 것은 돈을 지불하는 일이므로 당연히 기회비용이 발생한다. 또한, 망원경 경통 뿐 아니라 가대나 접안렌즈 등의 악세사리를 장만하면 경우에 따라서 망원경보다 더 많은 비용이 필요할지도 모른다. 적어도 수십만원을 들여서 산 망원경이 썩 마음에 들지 않는다면, 누구나 기분이 좋지는 않을 것이다. 당연히 망원경을 사기 전에는 시장조사와 제품조사가 필요하고, 먼저 사용해본 사람들의 의견을 들어봐야 한다. 심지어 10만원짜리 하드디스크 하나 사는 데에도 수많은 댓글들을 보면서 어떤 하드가 안정적인지 고민하는 시대인데, 망원경 하나 사는데 그만한 고민 정도는 해야지 않겠나. 

  문제는 더 좋은 망원경일수록 더 비싸다는 것이다. 쓸 수 있는 돈은 한정적이고, 망원경은 비싸기만 하다. 결정은 어렵다. 망원경 조사라고 해본 사람이면 망원경을 쓰는 기존의 유저들의 의견이라고 들어보면 자기들끼리 의견만 분분하지 어디하나 명확하게 해결해 주는 사람이 없을 것이다. 그 사람들도 자신의 취미를 하는 것이니 자기 자신의 의견이 당연히 자기 취향을 따라가는 것이다. 

  망원경을 사면 무엇을 볼 수 있을까? 달, 목성, 토성, 금성, 화성 ... 밝은 성운 너댓개, 우리의 개념충만한 안드로메다, 또 뭐 ...? 그래, 이거 몇 개 보고 눈구경 하자고 망원경을 사려 했다는 말인가? 그러면 망원경 있는 사람한테 빌붙어서 일단 보고 결정하는건 어떤가. 의외로 별보는 사람들은 같은 취미 가지는 사람이 늘어나는걸 대환영한다. 특히 우리나라는 이쪽이 숫적으로 소수에 해당하는 취미이고 별보는 사람끼리 한다리만 건너면 다 아는 사이일 정도로 좁은 바닥이기 때문에, 여기 한두명 골수 별쟁이가 추가되는데 반대할 사람이 없다. 당연히, 망원경 사기 전에 남의 망원경으로 조금 눈동냥 하겠다는데 반대하는 사람은 드물다.


망원경을 사기 전에 제대로 알고 사자
  망원경을 사게 되면, 망원경값보다 망원경을 쓰는데 드는 돈이 훨씬 많이 들어간다. 망원경을 들고 별이 잘 보이는 곳으로 별을 보러 가보자. 차를 몰고 간다면, 왕복 기름값 + 저녁값 + 아침+ 야식비용을 생각해볼 수 있을 것이다. 그리고 이튿날 피로회복을 위하여 소진하는 시간을 생각해 볼 수 있다. 문제는, 한국에서 날씨가 좋은 날이 20~30% 정도 밖에 되지 않는다는 것이고, 달이 어두운 그믐 근처에만 어두운 성운,성단,은하를 볼 수 있으며, 그 와중에 경조사나 기타 이유로 관측을 나가지 못하는 날이 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고 한 번 관측을 나가는데 10만원 이상이 깨지는 것을 생각하면, 망원경 100만원짜리 사서 1년 적당히 써도 망원경값 만큼은 망원경을 쓰는데 쓰게 된다.

  차를 산다고 생각해 보자. 차를 타고 주로 뭘 할건지에 따라 차종이 달라질 것이다. 도로에서 스피드를 즐기고 싶다면 스포츠카를 사게 될 것이고, 아이가 있는 집은 안전하고 조용한 세단을 선호할 것이다. 식구가 많은 집은 승합차를, 업무상으로 차를 타고 움직이려 할 경우 연비를 먼저 고려할 것이다. 아마 별을 보는 사람이라면 험한 길이나 눈길도 지나갈 수 있고 많은 짐을 운반할 수 있도록 4륜구동 SUV를 선택할 것이다. 
  
  망원경도 마찬가지이다. 멀리 시골에서 어두운 성운,성단,은하를 보려는 사람은 돕소니언을, 예리한 상을 좋아하는 사람은 고급 굴절망원경을, 차가 없어서 망원경을 들고 다녀야 하는 사람은 소구경 굴절을 사야 할 것이다. 용도, 취향, 여건, 예산, 여가의 많고 적음에 따라서 선택은 달라진다.

  사전조사를 충분히 하지 않고 장비를 덜컥 사는 경우를 수 없이 많이 보았다. 비슷한 경우를 사진 동호회에서도 많이 본다. 이런 사람들은 대부분 머지않아 장비를 교체하게 되고, 자신이 샀던 망원경의 제 성능을 제대로 보지도 못하고 다른 주인에게 값싸게 장비를 넘기게 된다. 물론 학생들 입장에서는 비싼 장비를 사다가 거의 신동품으로 반값 정도로 중고로 넘겨주니 고마운 사람이 되겠지만, 자신이 현재 가지는 취미에서 즐길 줄을 모르고 밑도끝도 없이 장비에만 돈을 쏟아붓는 것은 얼마나 안타까운 일인가. 




  별은 하루 안 본다고 없어지거나 하지 않는다. 다만 구름이나 광공해에 잠시 가려질 수는 있겠다. 나는 이렇게 생각한다. 인간의 시간에서는 사실상 변화가 없는 우주를 보겠다면서 지나치게 급하게 장비를 구입하고 빨리 호기심을 해결하려 할 필요가 굳이 없다고 말이다. 오늘 뜬 별은 내일도 뜨고 모레에도 뜨고, 우리 생애에 별이 뜨지 않는 날은 없을 테니까.


추가. 이 포스팅은 추천을 좀 부탁드립니다. 추천 구걸 같은거 하고 싶지 않은데, 간단히 검색해보니 망원경 정보와는 상관 없거나 올바른 정보를 주지 않는 페이지들이 '천체망원경 추천'이라는 태그로 도배되어 있더라구요. 밑에 손가락모양의 'View on' 버튼을 누르면 추천됩니다.

댓글로 질문하시면 답변도 드립니다. 

  색수차, 이 얼핏 듣기에 어렵고 초보에게 의미전달이 어려울 것 같은 단어를 써야 한다는게 늘 망설여지는 일이지만, 굴절망원경에서 색수차를 빼면 아무것도 설명할게 없다. 굴절망원경의 다양한 렌즈조합이나 소재등에 따른 망원경의 성능이 바로 이 색수차가 주된 요인이기 때문이다.

  색수차는 별이나 행성, 달 등의 천체를 망원경으로 보았을 때 붉은 색과 푸른 색으로 색이 번져 보이는 현상을 말한다. 색수차가 일어나는 원인은 프리즘의 원리와 같아서, 빛이 물질을 통과할 때 빛의 색(파장)에 따라 굴절이 되는 정도가 다르기 때문이다. 굴절망원경의 렌즈를 통과할 때, 마치 프리즘을 통과하듯 색이 제각각 다르게 굴절된다고 보면 되겠다.

프리즘

색수차가 있는 대물렌즈

이런 망원경을 움직여서 시직경 30초짜리 목성을 100배로 본다고 생각해 보자... 가능할까?

아크로메틱 렌즈 : 왼쪽의 볼록렌즈가 만든 색 분산을 오른쪽의 렌즈가 바로잡아준다

  사실 우리가 볼 수 있는 빨주노초파남보 무지개의 색에서 제일 끝에서 끝의 색이라면 빨강과 보라일 것이다. 그런데 빨강과 보라의 초점을 같게 만들지 않고 빨강과 파랑을 같게 만드는 것은, 보라색 빛이 빛의 양도 적고 우리 눈에도 민감하지 않아서이다. 다만 망원경의 목적에 따라 빨강과 녹색 혹은 파랑과 녹색 의 초점을 같게 만들기도 한다.  

  그런데 여기서 우리가 눈치채야 할 것은, 렌즈 하나를 추가하면 색 하나의 색번짐을 줄인다는 것이다. 당연히 렌즈가 많으면 많을수록 색수차는 줄일 수 있다. 물론, 다른 다양한 단점들을 무시한다면 말이다. 이 다양한 단점들 중 가장 중요한 것은, 렌즈가 많아지면 많아질수록 렌즈에서 소실되는 빛의 양이 증가한다는 것이다. 태양계의 구성원을 제외한 대부분의 천체는 너무 어두워서, 아주 적은 양의 빛이라도 아쉬운 것이 현실이다. 또한 큰 구경의 렌즈를 늘림으로서 가격이 비싸지게 된다. 따라서 색수차를 줄이겠다고 렌즈를 수없이 많이 쓰는 방법은 천체망원경에는 좋은 방법이 아니다 (반면 이런 제약조건에서 자유로운 카메라의 렌즈는 보통 거의 10장 가까이 되는 렌즈를 쓴다).  

  두 장의 렌즈로도 색수차를 과거보다 꽤 줄일 수 있게 되었지만, 이보다 색수차를 더 줄이기 위하여 세 장의 렌즈를 쓰는 경우도 많이 있다. 혹은 색 분산이 훨씬 적은 소재를 사용하기도 한다. 어떠한 방법을 쓰던간에, 색수차를 아크로메틱(2장의 렌즈를 사용한 굴절망원경)보다도 현저하게 줄인 굴절망원경을 아포크로메틱이라고 한다. 아포크로메틱의 정의는 다소 애매모호하지만, 색수차를 현저하게 줄인 경우 보통 아포크로메틱이라고 부르고 있다. 가격은 작은 망원경은 100만원대 초반부터 구경이나 설계, 연마 정밀도, 기계적인 부분의 마무리등에 따라 수천만원 이상까지도 한다.  

아포크로메틱 렌즈

  대부분의 아포크로메틱에는 색 분산이 훨씬 적은 소재가 들어가는데, ED, SD, FL등의 소재를 사용하였다고 하는 경우이다. 이러한 렌즈소재들은 보통의 유리보다 무르기 때문에 가공하기가 어렵고 소재 자체가 비쌀 뿐 아니라, 형석 (FL : Fluorite)의 경우 보석의 일종이라 품귀현상도 있어서 최근에는 이 소재를 사용하는 모델이 점점 줄고 있다. 


  천체망원경의 성능의 척도는 기본적으로 집광력 (구경에 비례)과 분해능 (구경에 비례)이 있다. 그러나 여기에는 다른 조건에 따라 망원경의 성능에 영향을 주는 경우가 생긴다. 첫째로는, 광학계 설계를 어떻게 했느냐에 따라 나타나는 설계적인 결함이 있을 수가 있고, 이는 완전히 제거할 수가 없다. 이를 눈에 거슬리지 않을 정도로 잘 제거한 망원경은 매우 비싸다. 둘째로는 설계가 완벽하다고 해도 얼마나 설계대로 잘 만들었느냐 (연마정밀도)에 따라서, 그러니까 렌즈나 거울의 면을 얼마나 매끈하고 정밀하게 연마했느냐에 따라서 또 성능이 좌우된다. 마지막으로는 만든 광학계를 얼마나 정밀하게 설치하느냐, 즉 기계적인 부분에 의해서 결정된다.

  이 글에서 간단하게 설명한 색수차는 비록 굴절망원경에서 매우 큰 영향을 미치는 요소일지라도, 위의 여러가지 조건 중 일부일 뿐이다.

  이 블로그가 일종의 내가 알고 있는 (혹은 알았던) 정보검색의 기능을 하려면 망원경에 대해서 써놓은게 있어야 할 것 같다. 물론 다른 검색에서도 망원경에 대해서 충분한 정보를 얻을 수 있겠지만, 내가 알고 있는 범위 내에서라도 잘못된 정보를 걸러내고, 무엇이 사실이고 무엇이 소문이고 어떤 것이 확인된 것인지를 구분해 놓으려고 한다. 그것을 위해서는 망원경의 기본적인 정보에 대한 얘기를 먼저 써야 할 것 같다. 
  나는 광학 전문가가 아니다. 하지만 아마추어의 용도로 쓰이는 천체망원경은 가장 단순한 광학만으로도 그 특성을 바르게 이해할 수 있다. 취미로 할 수 있고, 돈내고 배우지 않아도 이해할 수 있는 수준의 내용이기 때문에 아마추어이다. 앞으로 이어질 여러 개의 포스팅을 통하여, 아마추어의 범위를 벗어나지 않는 선에서 필요한, 망원경에 대한 모든 것들을 써볼까 한다.

 
1. 천체망원경의 역사

망원경은 누가 처음 만들었는가 ?
  많이 알려진 사실이지만, 망원경을 처음 만든 것은 갈릴레오 갈릴레이가 아니다. 망원경을 처음 만든 것은 네덜란드의 한스 리퍼셰이로 알려져 있다. 한스 리퍼셰이는 망원경으로 천체를 보지는 않았고, 그래서 갈릴레오 갈릴레이가 천체를 처음으로 관측한 사람으로 한동안 기억되었다. 하지만 나중에, 영국에서 갈릴레오 갈릴레이보다 먼저 달의 표면을 스케치한 사실이 알려졌다. 하지만 여전히 갈릴레오 갈릴레이는 처음으로 망원경으로 천체를 본 사람으로 기억되고 있다.

  갈릴레오 갈릴레이는 우선 달을 보았고, 기존에 알려졌던 것과 달리 달의 표면이 매끄럽지 못하다는 사실을 알았다. 또 목성을 보았더니 목성의 주변에 일렬로 늘어선 4개의 점이 있었는데, 지속적인 관찰로 이것들이 목성의 위성이라는 결론을 내렸다. 또한 금성을 보고 금성이 마치 달처럼 위상의 변화가 있다는 것을 보았고, 태양을 보고 태양의 흑점을 발견하였다. 그는 이러한 관찰을 정리하여 책으로 냈고, 많은 사람들의 인정을 받았다. 
  갈릴레오가 썼던 망원경은 현재는 거의 쓰이지 않는 방식으로, '갈릴레오식 굴절망원경'이라고 부른다. 별을 향하는 대물렌즈는 볼록렌즈를 그리고 눈을 대는 접안렌즈는 오목렌즈를 썼는데, 굳이 구하려면 오페라글라스라고 만들어진 작은 쌍안경만이 쓰이고 있다. 케플러식에 비해서 짧게 만들 수 있는 장점이 있기 때문에 극장에서 타인에게 불편을 덜 주면서 사용할 수 있다. 다른 모든 요소는 단점으로 작용하는데, 특히 케플러식보다 시야가 좁은 것이 주된 원인이다. 단면도는 아래 그림과 같다.

갈릴레오식 굴절망원경의 단면도

케플러식 굴절망원경. 갈릴레이식은 접안렌즈가 초점보다 대물렌즈에 가까이 있는데 비해서, 케플러식은 더 멀리 있다는 것이 중요한 차이점이다.

색수차 : 빛은 어떤 매질을 통과할 때, 파장이 짧은 빛이 더 많이 굴절된다. (그림은 상당히 과장되어 있다.)

달을 찍었을 때 나타난 색수차. 달의 가장자리는 푸르게 번졌고, 크레이터는 붉게 번졌다.

반사망원경의 종류에 따른 차이, 그림 : 한국천문연구원

 
  위 그림에서 보듯이, 모든 반사망원경은 그림의 왼쪽에 있는 주경으로 빛을 모으고 오른편의 부경으로 다시 방향을 맞춰서 초점을 만든다. 초점에 맺힌 상을 접안렌즈로 확대해서 보는 것은 케플러식 굴절망원경과 똑같다. 뉴턴식은 다른 망원경들과 달리 유일하게 빛을 옆으로 빼 주는 반사망원경이다.

  반사망원경의 장점은 한 개의 면만 잘 연마하면 된다는 것과 (굴절망원경은 렌즈 1장 당 2개의 면을 연마해야 하고, 여러 장의 렌즈를 쓴다), 주경이 아래에 잘 고정되어 놓일 수 있다는 것이다 (굴절망원경은 대물렌즈가 관측자보다 위에 있다.) 보통 접안렌즈를 끼우고 볼 때 렌즈나 거울의 연마정밀도를 관측하는 파장의 1/4 이하로, 연구용 망원경은 1/10 이하로 한다. 우리가 보는 파장이 보통 가시광선이 550nm이므로, 연마한 면에서 튀어나온 굴곡의 높이가 연구용의 경우 55nm 이하가 되어야 한다는 얘기다. 이런 면을 주경 + 부경 2개만 잘 연마하면 되는 반사망원경과, 적어도 4개 이상의 면을 연마해야 하는 굴절망원경은 제작의 난이도에서 천지차이이다. 게다가 반사망원경은 무거운 거울을 한쪽에 안정적으로 고정시킬 수 있어서 연구용 대형 망원경에 적합하다.


굴절반사망원경은 굴절+반사 ?? 
  정답은 '아니오'이다. 천체망원경은 크게 굴절망원경과 반사망원경으로 나뉜다. 그러나, 반사망원경중 일부는 렌즈를 사용하여 굴절반사망원경이라고 세분화 시키기도 한다. 혹자들은 설명하기 복잡하니 굴절반사망원경 = 굴절장점+반사장점이라고 말하기도 한다. 그러나 엄밀히 말하면 이것은 오답이고, 말하기에 따라서 굴절단점+반사단점을 모두 가지고 있기도 하다.  

  굴절망원경은 렌즈를 이용해 빛을 모으는 망원경이다. 반사망원경은, 거울을 이용해 빛을 모으는 망원경이다. 굴절반사망원경은 거울을 이용해 빛을 모으며, 여기서 렌즈는 단지 거울의 단점을 약간 보완해 주는 역할을 할 뿐이다. 굴절반사식 망원경에서 렌즈를 빼면 상이 나빠지지만, 그렇다고 빛이 모이지 않는건 아니다. 

  굴절반사망원경에 대해서 설명하려면, 광학계의 '수차'에 대해서 언급하지 않을 수 없다. 여기서는 그림과 간단한 설명만 올려두고, 굴절, 반사, 굴절반사식의 원리와 종류에 따른 장단점, 그리고 그 원인에 대해서는 각각의 망원경 종류에 대한 포스팅을 따로 만들어서 설명해야 할 것 같다. 

슈미트-카세그레인식 굴절반사 망원경 : 왼쪽부터 보정렌즈, 부경, 주경이 있다.

막스토프-카세그레인식 : 왼쪽부터 보정렌즈+부경, 주경이다.

UAAA (전국 대학생 아마추어 천문회 연합)은 꽤 오래된 전국적 대학생 모임이었다.

UAAA의 역사는 나도 잘 모르고, 그나마 있던 기록들은 여기저기에 흩어졌고 지금은 존재를 알 길이 없다. 그렇지만 핼리혜성이 오던 때에 맞추어 대략 1980년대부터 크게 활성화가 되었고, 그 시기의 대학생 아마추어 천문가들이 현재 한국의 아마추어 천문을 아직까지도 주도하고 있다.

나는 01학번으로, UAAA에서 02년부터 04년까지는 꽤 활동을 했었고 일부 05,06학번들도 알고 있다.


UAAA는 전국의 '별을 보는' 대학생들의 모임이다.

별을 본다는 것은, 서울같은 도시의 밝은 불빛에서 벗어나야 하는 문제로 교통비와 숙박비가 든다. 그리고 장비는 고가이고, 상대적으로 신입생들은 장비를 잘 고장낸다.

별을 보는 것과 찍는 것은 상당히 숙련된 기술이 필요한데, 그러한 기술들을 쌓기 위해서는 오랜 기간 자주 별을 봐야 한다. 그러나 한국의 날씨는 별을 보는데에 호의적이지 않아서, 날짜를 잡고 별을 보러 가면 맑을 확률은 30%가 채 되지 않는다.



나는 한 때 미쳤다는 소리를 들을 정도로 별을 보러 다녔다. 당연히 UAAA에도 아는 사람이 여럿이 생겼고, 01-03학번의 UAAA 친구들을 지금도 여럿 만난다.

그리고 얼마전, 이런 쪽지를 보았다.

사용장비 : 스카이워쳐 ED80 + LVW3.5, 징후아 127mm 굴절 + XO5mm, VLW3.5mm

씨잉이 꽤 좋았다.

80mm ED에 LVW3.5를 끼워서 약 170배로 달과 목성을 보았고,

달을 봤을 땐 꽤 고배율임에도 불구하고 씨잉이 좋아서 저배율처럼 느껴졌다.

징후아 127mm 굴절에 XO 5mm를 끼워 240배로 보았을 때에도 칼초점이 맞았고,

심지어 LVW3.5를 127mm 징후아 아크로메틱에 물렸을 때에도 색수차는 상당히 있었지만 달을 볼 때 초점이 나왔다.


일반적으로 5인치 아크로메틱 경통이 350배에서 초점이 맞는 것은 비록 그 대상이 달이라고 하더라도 쉬운 일이 아니다.

어제는 서울의 빌딩 사이라고 하더라도 상당히 높은 점수를 줄만한 좋은 씨잉이었다.


그리고 목성 얘긴데

정말 큰 줄무늬 하나가 없어졌다.

예전에는 줄무늬가 두 개 있었는데

분명히 1개가 없어졌더라.