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연재 기사

현미경과 망원경이 보여 주는 놀라운 세계(2)

어린이과학동아 2006.07.01 13호

망원경이 보여 주는 먼 세계
우리 눈은 얼마나 멀리 볼 수 있을까요? 축구 경기장에서 선수들의 얼굴이 잘 보이지 않아 망원경을 사용하기도 하지만, 우리 눈은 꽤 멀리 있는 물체도 볼 수 있답니다. 우리가 매일 보는 태양만 하더라도 자그마치 1억 5000만 킬로미터나 떨어져 있으니까요. 하지만 천체망원경을 사용하면 그 거리와 비교도 되지 않을 만큼 멀리 떨어져 있는 것도 볼 수 있어요. 약 100년 전부터 급격하게 발전한 천체망원경 관측기술 덕분에 이제 인간은 우주의 끝까지 보려 하고 있답니다.


지구에서 38만 4000킬로미터
지구에서 384,000킬로미터 떨어져 있는 달은 맨눈으로도 쉽게 볼 수 있다. 하지만 갈릴레이가 망원경으로 처음 달을 보기 전까지 인간은 달의 표면이 매끈하다고 생각했다. 망원경을 통해 보면 울퉁불퉁한 달의 표면을 자세히 볼 수 있다.

지구에서 12억 8000만 킬로미터


허블우주망원경이 찍은 토성의 모습. 토성은 지구에서 12억 8000만 킬로미터나 떨어져 있다. 밤하늘에 떠 있는 토성은 밝게 빛나는 별에 지나지 않지만, 망원경을 통해 보면 토성 주위를 감싸고 있는 환상적인 고리를 볼 수 있다. 성능이 그다지 좋지 않은 망원경을 사용했던 갈릴레오는 토성에 귀가 달렸다고 기록하였다.

지구에서 8.6 광년
우리나라에서 맨 눈으로 볼 수 있는 별 중 가장 가까운 별은 큰개자리의 알파별인 시리우스다. 시리우스는 지구로부터 8.6광년 떨어져 있는 별로 지구에서 관측할 수 있는 가장 밝은 별이다.

지구에서 200만 광년
지구에서 가장 가까운 은하인 안드로메다은하. 지구로부터 200만 광년 떨어져 있다.

▶광년
시리우스와 같이 지구로부터 너무 멀리 떨어져 있어 킬로미터로 그 거리를 표기하기 어려운 경우에는 광년이라는 거리 단위를 사용해요. 광년은 진공 속을 1초에 300,000만 킬로미터를 가는 빛이 1년 동안 진행하는 거리로 약 9조 5000억 킬로미터에 달하는 거리에요. 어마어마한 거리죠?
▶천체망원경은 과거로 가는 타임머신?
천체망원경을 흔히 과거로 가는 타임머신이라고 해요. 그 이유는 천체망원경을 통해 보는 천체의 빛은 항상 과거의 빛이기 때문이에요. 광년은 빛이 1년 동안 가는 거리이므로 200만 광년 떨어져 있는 안드로메다의 빛은 200만 년 전에 출발한 빛이지요. 즉 지구에서 인류가 시작될 때 안드로메다에서 출발한 빛을 지금 우리가 보고 있는 셈이죠.

지구에서 30억 광년
지구에서 30억 광년 떨어져 있는 퀘이사 ‘3C 273’. 퀘이사란 하나의 별처럼 보이지만 수많은 별로 이루어진 거대한 은하다로 준성이라고도 부른다. 지금까지 약 1000여 개가 발견되었지만 아직도 그 정체가 명확하게 밝혀지지 않았다. 퀘이사는 지구에서 보통 수십억 광년 떨어져 있으며 우주 진화 초기 단계의 특징을 지니고 있다. 인간이 관측할 수 있는 가장 멀리 떨어져 있는 천체로 우주의 끝에 가장 가깝다고 생각하고 있다.

지구에서 2500만 광년

지구에서 2500만 광년 떨어져 있는 '솜브레로(Sombrero, 멕시코 모자)은하'.
천체망원경이 없다면 이렇게 멋진 우주의 보물을 볼 수 없다.






한눈에 보는 현미경의 역사

1595년 얀센의 벼룩안경
얀센이라는 네덜란드 안경사의 아들이 렌즈 두 개를 겹쳐 놓고 벼룩을 보았다. 털이 북실북실한 벼룩을 보고 깜짝 놀란 얀센은 아버지와 함께 3배에서 10배 정도의 배율을 가진 현미경을 만들었다. 이것은 약 200년간 벼룩안경이라는 이름으로 불렸다.



1614년 갈릴레이의 현미경
갈릴레이는 두 개의 볼록렌즈를 아연관에 끼워 현미경을 만들어 파리를 보고 다음과 같은 기록을 남겼다. “파리를 보았더니 양만한 크기로 보였고 전신이 털로 싸여 있으며 매우 뾰족한 털끝을 갖고 있다는 것을 알았다. 파리는 이 털끝을 유리에 있는 작은 구멍에 박아서 거꾸로 붙어 있을 수 있고 걸을 수도 있다.”



1660년 레벤후크의 현미경
네덜란드인 안톤 반 레벤후크는 정식 과학 교육을 받지는 못했지만, 현미경의 디자인과 기능에 대한 실험으로 1680년에 왕립 학회의 이사가 되는 명예를 얻었다. 레벤후크는 대략 길이가 6센티미터, 폭이 3센티미터 정도의 작은 현미경을 수 백 대나 만들었다. 놋쇠로 된 납작한 판에 렌즈를 붙여 만든 이 현미경은 그 배율이 70배에서 250배에 달했다.

1665년 훅의 현미경
영국의 유명한 과학자 로버트 훅이 현미경을 만들었다. 훅은 '마이크로피아'라는 책에 현미경에 대한 상세한 논문과 그림을 실었다. 후크는 대물렌즈는 볼록렌즈를 쓰고, 접안렌즈와 경통 안에 중간 렌즈를 두었다. 이 상태로 관찰하면 색과 모양이 일그러지는 문제가 있었다. 이를 해결하려고 조리개를 만들어 주변의 빛을 조정하였으나 이번엔 어둡게 보였다. 어둡게 보는 것을 해결하려고 물이 담긴 플라스크를 이용하여 램프의 빛을 모았다. 훅은 이 현미경으로 병마개로 쓰이는 코르크를 관찰하여 세포를 처음으로 발견한다.

{BIMG_l10}1886년 에른스트 아베. 광학현미경의 분해능 한계의 발견.
에른스트 아베는 가시광선 빛을 이용하는 현미경은 0.0005 밀리미터보다 작은 사물을 볼 수 없음을 밝혔다. 이것은 가시광선의 파장이 길기 때문인데, 이후 광학현미경의 한계를 뛰어 넘는 전자현미경의 탄생을 예고하는 것이었다.



{BIMG_l11}1931년 크놀과 루스카 투과전자현미경 발명
크놀과 루스카는 가시광선보다 파장이 짧은 전자를 이용하면 광학 현미경보다 높은 배율로 물체를 관찰할 수 있을 것이라고 생각했다. 그들은 볼록렌즈 대신 전자석을 이용하여 전자를 모으는 전자현미경 발명했다. 전자는 입자의 성질뿐만 아니라 파동의 성질을 가지는데, 그 파장이 가시광선보다 짧아 바이러스와 같이 작은 물체도 관찰할 수 있다. 전자현미경이 발견된 지 53년이 지난 1986년 에른스트 루스카가 그 공로를 인정받아 노벨 물리학상 수상했다.

한눈에 보는 망원경의 역사

{BIMG_r12}1608년 망원경의 시작
네덜란드의 안경 제조업자인 리프세이의 두 아들은 우연히 두 개의 렌즈를 적당한 간격으로 두고 멀리 있는 물체를 보면 확대해 볼 수 있다는 사실을 발견하였다. 이들은 이것을 오페라 감상용으로 사용하려고 했다.




{BIMG_r13}1609년 갈릴레이의 망원경
갈릴레이는 볼록렌즈와 오목렌즈를 조합하여 9배 배율의 망원경을 만들었다. 그리고 목성, 금성, 달 등을 관찰함으로써 인류 최초로 망원경을 이용해 천체를 관측한 사람이 되었다. 그 후 그는 배율 20배의 망원경을 만들어 달의 표면이 울퉁불퉁하다는 것과 목성의 주위에 4개의 위성이 돌고 있다는 것, 그리고 태양면에 흑점이 있다는 것 등을 발견하였다.



{BIMG_r14}1672년 뉴턴의 반사망원경
갈릴레이가 발명한 굴절망원경에는 빛의 색깔마다 굴절하는 정도가 달라 상이 뚜렷하게 보이지 않는 단점이 있었다. 뉴턴은 이러한 단점을 보완하기 위해 빛을 굴절시키지 않는 망원경을 연구하였다. 뉴턴은 빛의 반사를 이용한 망원경을 생각하고, 청동을 갈아 만든 2.5센티미터의 오목거울과 평면경을 사용한 길이 15센티미터의 반사망원경을 만들었다.


{BIMG_r15}1774년 허셸의 망원경
독일에서 태어난 허셸은 영국으로 이주하여 자신이 만든 반사망원경으로 천왕성을 발견하였다. 망원경 지름이 1.2미터에 달했던 허셸의 망원경은 오랫동안 세계 1위 천체망원경의 자리를 지켰다.




{BIMG_c16}

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