우주망원경

우주망원경(space telescope)은 우주공간에 위치한 천체망원경들을 통칭하는 것이다. 지상망원경(ground-based telescope)과 대비된다. 지상망원경은 지구 대기에 의해 대부분의 전자기파들이 차단되어, 가시광선과 전파 영역에서만 천체를 관측할 수 있는 데 반해, 우주망원경은 지구 대기의 바깥에 있으므로 모든 파장의 전자기파를 관측할 수 있는 이점이 있다. 그래서 우주에서 오는 감마선, 엑스선을 비롯하여 자외선과 적외선, 마이크로파를 관측하기 위해서 우주망원경을 띄운다. 또한 지구 대기의 시상 제약을 받지 않기 때문에, 가시광선에서도 우주망원경은 지상망원경에 비해 더 좋은 영상을 얻을 수 있다.

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우주망원경은 주로 지상에서 관측하기 불가능한 파장대, 예컨대, 자외선, X-선, 감마선, 적외선 등을 관측을 하기 위한 목적으로 주로 사용된다고 할 수 있다. 대표적인 감마선 우주망원경으로는 콤프턴(Compton Gamma-Ray Observatory)과 페르미(Fermi Gamma-ray Space Telescope)이 있고, 엑스선 우주망원경으로는 찬드라(Chandra X-ray Observatory)가 있다. 갈렉스(Galex; The Galaxy Evolution Explorer) 자외선 우주망원경, 스피쳐(Spitzer Space Telescope) 적외선 우주망원경, 코비(COBE: Cosmic Background Explorer) 들이 각 파장영역에서 관측하던 우주망원경들이다.

또한 끊임없이 변화하는 지구대기에 의한 영향을 받지 않으므로 안정된 상을 얻을 수 있는 장점도 있다. 지상망원경이 우주망원경과 같은 좋은 상을 얻기 위해서는 지구대기에 의한 상의 흔들림을 보정하는 적응광학계(Adaptive Optics) 기법을 도입하여야 한다. 허블우주망원경은 구경이 2.4 m인데, 지상의 4m급 망원경보다 훨씬 더 좋은 천체의 영상을 제공하고 있는 것이다.

우주망원경의 궤도는 다양한데, 낮은 고도에서 지구 주위를 도는 지구 저궤도(Low Earth Orbit; LEO)부터, 멀리는 지구-태양 간의 라그랑지 포인트(L2)에서 관측하는 우주망원경들도 있다. 또한 행성이나 소행성, 혜성에 다가가서 관찰하거나 태양계를 벗어나서 심우주로 나아가는 우주탐사선들도 있다.

그림 1. 지구 주위를 도는 인공위성의 궤도들. 높이에 따라 저궤도, 중궤도, 정지궤도로 구분된다.(출처: 김영수/한국천문학회)

대표적인 우주망원경인 허블우주망원경은 고도 559 km 상공에서 지구 저궤도를 돌고 있다. 허블우주망원경은 우주왕복선을 이용하여 고장 수리와 기기 교체를 하는 등의 정비작업을 할 수 있도록 하기 위하여 저궤도에 위치해 있는 것이다. 이로써 망원경의 수명을 연장하고(2018년 현재 28년째 운용 중) 성능을 높일 수 있었다. 그렇지만 저궤도는 지구복사 에너지가 높아서 상이 안 좋아지는데, 이러한 배경 열은 잡광(stray light)과 함께 최대한 차단하여야 고품질의 관측자료를 얻을 수 있다. 그래서 허블우주망원경은 배플(baffle)과 칸막이(vane), 그리고 추가로 경통과 뚜껑을 설치해서 2중, 3중으로 차단하였다.

적외선 우주망원경이나 우주배경복사를 관측하는 마이크로파 망원경의 경우에는 지구에서 태양의 반대쪽에 위치한 안정점인 L2 궤도에 설치하는 것이 이상적이다. 태양이 지구에 가리는 이점이 있으며, 가까운 복사에너지 근원인 지구, 달, 태양이 모두 같은 방향에 있으므로 차폐막을 설치하면 온도가 50 K까지 떨어지게 된다. 이러한 이점을 활용하여 많은 우주망원경이 L2에 보내졌었다. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(2001~2010)를 위시하여 허셸 우주망원경(Herschel Space Telescope, 2009~2013), 플랑크 우주망원경(Planck Space Observatory, 2009~2013), 가이아 우주망원경(Gaia Space Observatory, 2014~) 등이 L2에서 관측을 수행하였다. 허블우주망원경의 후속이 될 적외선 관측용 제임스웹 우주망원경(James Webb Space Telescope)도 L2 궤도에 발사될 예정이다.

그림 2. 허셸우주망원경 (출처: )

전파망원경도 우주에 띄우는 계획들이 진행되고 있는데, 안테나 사이의 거리인 기선을 매우 길게 늘여서 높은 분해능을 갖고자 하는 것이다. 그래서 전파망원경을 지구 주위에 띄우고 지상의 전파망원경과 연계하여 간섭계를 운용하면 지구 상에 얻을 수 없는 훨씬 높은 분해능으로 천체를 세밀하게 관측할 수 있게 된다.