모달창 닫기
- 홈으로 이동
관측기기
Q.분해능이란 무엇인가요?
2010-02-23
A.망원경의 기능은 두 가지가 있는데, 자세히 보는 기능과 밝게 보는 기능입니다. 광학적으로 생각하면 망원경은 멀리 있는 물체를 1/배율 거리에 허상이 생겨서 이 거리에 있는 물체를 보는 것과 같은 효과를 나타내게 됩니다. 그렇게 되면 그만큼 자세하게 보이게 되는 것이죠. 배율은 망원경의 대물렌즈의 초점 거리를 대안렌즈의 초점거리로 나눈 것입니다. 대안렌즈를 초점거리가 짧은 것으로 바꾸면 배율을 올릴 수있는데 그렇다면 배율을 아주 크게 올리면 아주 자세하게 볼 수 있는 것일까요 ?
그렇지는 않습니다. 그 이유는 망원경, 즉 렌즈가 갖고 있는 광학적 한계 때문인데, 아무리 광학적으로 완벽한 렌즈라 하더라도, 빛이 파의 성질을 갖고 있기 때문에 렌즈에 의한 회절무늬가 생기게 됩니다. 이 회절무늬 때문에 가까이 있는 두 광원을 구별할 수 없게 됩니다. 이 회절무늬는 영 (Yong)의 슬릿 하나 실험에서 나타난 것과 비슷하게 나타납니다. 즉, 두 광원 구별될 수 있는 한계 거리 (각거리)가 생기게 됩니다. 이 한계 각거리를 분해능이라고 합니다. 즉 분해능이 1초라고 하면 각도로 1초보다 가까이 있는 두 별을 구분할 수 없다는 말입니다. 이 망원경으로 달을 볼 때 1초 X380,000km = 1/3600(도) x 3.14/180 (라디안) x 380,000km (거리) ~/= 1.8km보다 작은 분화구는 볼 수 없다는 뜻이지요.
파장이 L인 빛이 입사하여 구경 D인 렌즈를 통과하면 분해능 R은 구경에 반비례하고 파장에 비례하게 됩니다. 즉,
R = 1.22 L/D (radian) = 1.22 x 206265 X L/D (각초).
즉 대덕전파천문대의 14m망원경의 분해능은 약 50초가 되는데 반하여 소백산천문대 61cm망원경은 0.2초가 됩니다. 이러한 이유는 전파망원경의 경우 파장이 cm인 전파를 수신하는 것이고, 소백산천문대는 가시광선인 5000옹스트롬 (10^-8cm)의 짧은 파장을 이용하기 때문입니다. 또 망원경의 구경을 늘리면 분해능이 좋아지므로 전파망원경의 경우 간섭 계를 쓰는 것입니다. 대륙간에 여러 대의 전파망원경을 쓰는 간섭 계를 초장기성 간섭계 (VLBI, Long Base-Line Interferometer)라 하는데 이렇게 하면 망원경의 크기가 1000km이상 되어 분해능이 0.001초가 됩니다.
광학 망원경의 경우에는 망원경의 광학적 분해능 뿐만 아니라 지구대기의 흔들림에 의하여 빛이 굴절되는 시상효과가 생기게되어 분해능을 악화시킵니다. 우리 나라 천문대는 대략 시상이 2초 정도 됩니다. 즉 망원경이 아무리 좋아도 2초 이하는 볼 수 없다는 뜻이지요. 세계에서 가장 좋은 곳은 하와이와 칠레의 산 위로 대략 0.8초 정도 됩니다. 남극 대륙 내부의 경우에는 더욱 좋아서 0.2 ~ 0.3초 된답니다. 대부분의 천문대들이 1초 근처이기 때문에 우주공간에 허블망원경과 같은 위성 천문대를 건설하려고 하는 것입니다. 허블망원경은 지구대기의 효과를 안 받기 때문에 광학적으로 인간의 기술적 한계인 0.1초각을 구현하고있어서 망원경의 크기는 2.4m로 작지만 아주 세밀한 관측을 할 수 있는 것입니다. 요즈음에는 광학 망원경도 간섭 계를 쓰려는 시도가 있습니다 (세계의 천문우주란에서 ESO VLT망원경 간섭계 참고).
망원경의 또 한가지 기능은 집광력 (빛을 모으는 기능)인데 이 집광력은 실제 면적에 비례합니다. 따라서 허블망원경 보다 지상의 8m나 10m망원경이 더욱 어두운 천체를 연구할 수 있는 것입니다.
그렇지는 않습니다. 그 이유는 망원경, 즉 렌즈가 갖고 있는 광학적 한계 때문인데, 아무리 광학적으로 완벽한 렌즈라 하더라도, 빛이 파의 성질을 갖고 있기 때문에 렌즈에 의한 회절무늬가 생기게 됩니다. 이 회절무늬 때문에 가까이 있는 두 광원을 구별할 수 없게 됩니다. 이 회절무늬는 영 (Yong)의 슬릿 하나 실험에서 나타난 것과 비슷하게 나타납니다. 즉, 두 광원 구별될 수 있는 한계 거리 (각거리)가 생기게 됩니다. 이 한계 각거리를 분해능이라고 합니다. 즉 분해능이 1초라고 하면 각도로 1초보다 가까이 있는 두 별을 구분할 수 없다는 말입니다. 이 망원경으로 달을 볼 때 1초 X380,000km = 1/3600(도) x 3.14/180 (라디안) x 380,000km (거리) ~/= 1.8km보다 작은 분화구는 볼 수 없다는 뜻이지요.
파장이 L인 빛이 입사하여 구경 D인 렌즈를 통과하면 분해능 R은 구경에 반비례하고 파장에 비례하게 됩니다. 즉,
R = 1.22 L/D (radian) = 1.22 x 206265 X L/D (각초).
즉 대덕전파천문대의 14m망원경의 분해능은 약 50초가 되는데 반하여 소백산천문대 61cm망원경은 0.2초가 됩니다. 이러한 이유는 전파망원경의 경우 파장이 cm인 전파를 수신하는 것이고, 소백산천문대는 가시광선인 5000옹스트롬 (10^-8cm)의 짧은 파장을 이용하기 때문입니다. 또 망원경의 구경을 늘리면 분해능이 좋아지므로 전파망원경의 경우 간섭 계를 쓰는 것입니다. 대륙간에 여러 대의 전파망원경을 쓰는 간섭 계를 초장기성 간섭계 (VLBI, Long Base-Line Interferometer)라 하는데 이렇게 하면 망원경의 크기가 1000km이상 되어 분해능이 0.001초가 됩니다.
광학 망원경의 경우에는 망원경의 광학적 분해능 뿐만 아니라 지구대기의 흔들림에 의하여 빛이 굴절되는 시상효과가 생기게되어 분해능을 악화시킵니다. 우리 나라 천문대는 대략 시상이 2초 정도 됩니다. 즉 망원경이 아무리 좋아도 2초 이하는 볼 수 없다는 뜻이지요. 세계에서 가장 좋은 곳은 하와이와 칠레의 산 위로 대략 0.8초 정도 됩니다. 남극 대륙 내부의 경우에는 더욱 좋아서 0.2 ~ 0.3초 된답니다. 대부분의 천문대들이 1초 근처이기 때문에 우주공간에 허블망원경과 같은 위성 천문대를 건설하려고 하는 것입니다. 허블망원경은 지구대기의 효과를 안 받기 때문에 광학적으로 인간의 기술적 한계인 0.1초각을 구현하고있어서 망원경의 크기는 2.4m로 작지만 아주 세밀한 관측을 할 수 있는 것입니다. 요즈음에는 광학 망원경도 간섭 계를 쓰려는 시도가 있습니다 (세계의 천문우주란에서 ESO VLT망원경 간섭계 참고).
망원경의 또 한가지 기능은 집광력 (빛을 모으는 기능)인데 이 집광력은 실제 면적에 비례합니다. 따라서 허블망원경 보다 지상의 8m나 10m망원경이 더욱 어두운 천체를 연구할 수 있는 것입니다.