천체망원경 구매 팁 - 천체망원경의 성능을 결정하는 요소 '배율, 집광력, 분해능'이란?

오늘은 천체망원경의 성능 배율, 집광력, 분해능에 대해 알아보겠습니다. 천체망원경을 구매할때 주의깊게 봐야하는 요소로 배율과 집광력, 분해능을 고려해서 구입하면 실패가 없을 것입니다.

 

먼저 배율부터 알아봅시다. 배율이란 '물체를 얼마나 크게 확대시켜 주는가'라고 생각해볼 수 있습니다. 배율이 크면, 당연히 상이 더 크게 보입니다. 아래에 두개의 달 사진이 있습니다.

 

배율이 서로 다른 천체망원경으로 관측한 달의 모습 (직접 촬영)

 

왼쪽이 낮은배율, 오른쪽이 높은배율입니다. 아무래도 배율이 크면 별을 더 자세히 볼 수 있어요. 단, 망원경을 처음 접해보시는 분들이 많이 하시는 실수가 배율만 보고 좋은 망원경이다 판단하는건인데... 실은 망원경에서 배율이 가장 중요한 포인트는 아닙니다.

 

망원경은 대물렌즈와 접안렌즈로 이루어져 있습니다. 여기서 대물렌즈는 교체가 불가능하지만, 접안렌즈는 교체가 가능합니다. 렌즈는 빛을 모으는 역할을 합니다. 마치 돋보기를 태양 밑에 대보면, 빛이 모아져 밝아지는 것 처럼 말이죠.

 

(사진 출처 네이버 지구과학사전)

 

이 렌즈부터 빛이 한점에 모아지는 지점까지를 초점거리라고 하는데, 렌즈는 각각의 고유한 초점거리를 가지고 있습니다. 배율은 (대물렌즈의 초점거리)/(접안렌즈의 초점거리)로 결정되요. 즉, 대물렌즈의 초점거리가 길어지면 분자가 커지므로 배율은 커지고, 접안렌즈의 초점거리가 길어지면 분모가 커지므로 배율은 작아집니다. 대물렌즈는 교체가 불가능하지만, 접안렌즈는 교체가 가능하기 때문에, 짧은 초점거리의 접안렌즈를 끼우냐 긴 초점거리의 접안렌즈를 끼우냐에 따라 배율을 자유롭게 조절할 수 있습니다.

 

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망원경을 구매할때는 배율보다는 집광력과 분해능이 더 중요합니다. 배율은 접안렌즈를 교체함으로써 조절이 가능하지만, 집광력과 분해능은 대물렌즈에 의해서만 결정되기 때문입니다. 따라서 망원경을 한번 구매하면, 집광력과 분해능은 영영 바꿀 수 없게 되요.

 

집광력이란 빛을 모아주는 능력을 말합니다. 밤하늘은 어둡잖아요? 별빛도 그리 밝은편은 아니죠. 사람눈으로 보이지 않을 정도의 희미한 별빛을 망원경으로 보면 선명하게 보입니다. 이는 망원경이 빛을 모아서 어두운 별을 밝게 보여주기 때문입니다. 집광력은 구경(대물렌즈의 지름)의 제곱에 비례합니다. 즉, A망원경의 구경이 10cm, B망원경의 구경이 20cm 라면, B망원경의 구경이 2배 크므로, 집광력은 그 제곱인 4배가 높아지게 됩니다.

 

이 공식은 어쩌면 너무나 당연한데요. 원의 넓이는 πR^2 이죠? 즉 반지름의 제곱에 비례합니다. 반지름이 커질수록 넓이는 그에 제곱하여 커지겠죠? 구경(지름)이 커지면, 대물렌즈의 넓이가 넓어지게 됩니다. 지름이 2배 커지면, 반지름도 2배 커지고, 따라서 넓이는 4배 커지게 됩니다. 렌즈의 면적이 커지면, 그 면적에 들어오는 빛의 양도 덩달아 많아지게 될겁니다.아래 그림을 보세요.

 

구경이 커지면 망원경으로 들어오는 빛의 양도 많아진다.

 

단위면적당 똑같은 빛이 들어올때, 렌즈의 면적이 작은 왼쪽보다 면적이 큰 오른쪽에 빛이 더 많이 들어오는 것을 볼수 있습니다. 빛이 더 많이들어오니, 그만큼 밝아보이고, 눈으론 보이지 않는 어두운 천체까지 볼 수 있게 되는것입니다. 망원경체험행사를 하다보면, '얼마나 크게보여요?' 라는 질문을 많이 받곤합니다. 사실 이보단 '얼마나 어두운 별까지 보여요?' 라고 묻는게 적합하다고 볼 수 있습니다.

 

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마지막으로 가장 중요하고 어려워하시는 분해능에 대해 알아보겠습니다. 분해능이란 얼마나 가까이 있는 두 물체를 구분할 수 있느냐 하는 것입니다. 한사람이 손가락 두개를 펴고 있다고 봅시다. 가까이 있으면 손가락이 두개인지 쉽게 알수 있겠지만, 멀리서 보면 손가락이 두갠지 한갠지 구분하기가 힘들것입니다.

 

간혹 지구에서 볼때 두 별이 아주 가까이 붙어있는 경우가 있습니다. 실제로 두 별이 가까이 있는 경우도 있고, 멀리 떨어져 있지만, 아래 그림처럼 가까이 있는 것 처럼 보이는 경우도 있습니다. 이때 분해능이 좋지 않은 망원경으로 보게돼면 별이 한개인 것 처럼 보이지만, 분해능이 좋은 망원경으로 보게되면, 두 별이 분리되어 2개로 보이게 됩니다.

 

 

위 그림에서 두 별이 떨어져 있는 각은 2"(2초) 입니다. (1초는 1/3600도 입니다.) 분해능이 2"라는것은 두 별이 2"이상 떨어져 있어야 서로 구분되어 보인다는 뜻입니다. 따라서 분해능이 2"인 망원경으로 보면 두 별은 따로따로 보이지만, 분해능이 3"인 망원경으로 보게되면 두 별을 분리하지 못하고 하나의 별로 보이게 됩니다. 분해능이 3"라는것은 두 별 사이의 각이 3"보다 커야 두 별로 분리되어 보인다는 것입니다. 2"가 3"보다 더 좁으니 서로 2"떨어진 두 별은 분해능이 3"인 망원경으론 분리해서 볼수 없습니다. 당연히 분해능이 2"인 망원경이 좋은 망원경이겠죠? 즉, 분해능은 수치가 작을수록 좋은 분해능이라할 수 있습니다.

 

분해능은 구경에 반비례합니다. 이 수식만 보면 구경이 작을 수록 좋은 분해능인것 같지만, 앞에서 얘기한걸 잘 생각해 보면 그렇지 않다는 것을 알 수 있습니다. 분해능은 수치가 작을수록 좋은 겁니다. 구경이 크면, 분배능 수치는 작아집니다. 즉, 구경이 10cm 일때 분해능이 4"이면, 구경이 20cm인 망원경은 구경이 2배 늘어났기 때문에, 분해능은 1/2배로 작아집니다. 즉, 분해능은 2"가 됩니다. 4" vs 2" 뭐가 좋을까요?

 

 

4" 인 경우 두 물체 사이의 각이 4"이상 벌어져야 두개로 구분되어 보이고, 2"인 경우 두 물체 사이의 각이 2" 이상 벌어지면 두개로 구분되어 볼 수 있습니다. 즉, 수치가 작은 분해능이 2"인 구경 20cm 망원경의 분해능이 좋다고 할 수 있겠습니다. 정리하자면, 구경이 클수록 분해능 수치는 작아지고, 분해능은 좋아집니다.

 

이상 망원경의 성능을 결정짓는 배율, 집광력, 분해능에 대해 알아보았습니다. 더 궁금하신 점이나 이해가 되지 않는 부분은 댓글로 달아주세요.