지상 최대의 차세대 천체망원경 – 극대망원경(ELT)

지상 최대의 광학 천체망원경(반사경 직경 39.3m)이 칠레 아타카마 사막의 케로 아르마조네스(Cerro Armazones) 산에서 건설되고 있다. 극대망원경(Extreamly Large Telescope, ELT)이라 불리는 이 차세대 천체망원경은 2025년에 완공될 것이라 한다. 유럽남부천문대(European Southern Observatory, ESO)가 중심이 되어 건설하고 있는 이 극대망원경은 행성들에서부터 외계행성과 가장 먼 은하계를 포함한 블랙홀까지 최고의 선명도로 관측하게 될 것이다.

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천문학자들은 우주를 더 자세히 관측하기 위해 대형 망원경을 설치하려고 노력해왔다. 그러나 과거의 방법으로는 구경이 큰 망원경을 건설하기 어려웠다. 따라서 과학자들은 허블망원경, 제임스웹망원경과 같은 우주망원경들을 우주로 보내 간접적인 방법으로 관측도 하고 있다. 21세기에 들어와 컴퓨터와 광학기술이 발전하고, 가볍고 튼튼한 건축자재들이 생산되면서 초대형 망원경 건설을 추진하게 되었다.

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극대망원경이 설치되고 있는 곳은 1년 365일 중 320일 이상(89%) 맑은 하늘이 열려 있는 칠레 아타카마 사막의 고산(해발 3,046m)이다.

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2014년부터 건설을 시작한 이 망원경의 주경(主鏡, 직경 39.3m)은 798개의 6각형 거울이 벌집처럼 모여 하나의 반사경을 이루도록 되어 있다. 주경에서 반사된 빛을 접안렌즈로 보내주는 2차반사경의 직경은 4.2m이다. 현재 활용되고 있는 지상 최대 망원경보다 13배 집광력이 높다. 허블우주망원경에 비해 집광력이 256배이며, 16배 더 선명하게 우주를 바라보게 될 것으로 전망하고 있다.

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극대망원경 건설에 대한 ESO의 논의는 2010년에 시작되었다. 처음에는 반사경 직경을 42m로 계획했으나 비용이 너무 많이 들었다. 그러나 직경을 39.3m로 조금 줄이면 예산을 25% 정도 절감할 수 있었기 때문에 지금의 규모로 계획을 바꾸었다.

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칠레의 고산에 천문대를 세우려면 건설장비를 운반할 도로 건설에도 큰 비용이 든다. 사진은 2022년 초의 건설 현장 모습이다. 전체 건설 비용은 약 20억 달러라고 한다.

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일반적인 반사망원경은 주경과 2차반사경 구조로 되어 있다. 극대망원경은 5개의 반사경을 사용하여 경통(鏡筒) 길이를 줄이는 동시에, 돔 내부에서 발생하는 기류(氣流)의 영향을 감소시키도록 하고 있다. 직경 39m인 주경(primary mirror, M1)은 798개의 오목거울 조각으로 구성되고, 2차거울(secondary mirror, M2)은 직경 4.2m 오목거울이다. 2차거울에서 반사된 빛은 3차반사경(tertiary mirror, M3, 직경 3.8m)으로 가고, 다시 반사되어 4차반사경(fourth mirror, M4, 직경 2.4m)으로 진행, 여기서 기울어진 타원형의 5차반사경(fifth mirror, M5, 직경 2.7×2.1m)을 지나 영상 시스템으로 들어간다.

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사진은 칠레의 사막 산정에 완성될 극대망원경을 나타낸다. 돔 높이는 74m, 폭은 86m이다. 천문대 돔 중에 최대 규모이며, 내부에 설치된 장비들의 총무게는 6,100톤이고, 그중에 망원경의 구조물 무게는 3,700톤이다. 돔 문은 최대 45.3m 폭으로 열린다. 이 망원경은 수평선보다 20° 이상 높은 하늘을 관측하게 된다. 돔 외부와 내부의 온도 차 등에 의해 기류가 흔들리면 영상이 나빠지기 때문에, 이를 방지하도록 컴퓨터 시스템이 환기를 조절하도록 한다.

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극대망원경의 중요 관측 대상

1. 외계행성 : 태양계 외의 다른 별 둘레를 도는 지구를 닮은 행성 관측

2. 외계행성에 존재하는 물과 유기물 탐색. 외계행성의 진화 과정 조사

3. 빅뱅 이후 가장 먼저 생겨난 원시 별, 은하, 블랙홀의 관측

4. 최초 은하의 탄생 과정, 우주 팽창 측정

5. 미확인된 상대성 이론의 증명 등이다.

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현재 가장 큰 망원경은 아프리카의 모로코 서쪽 대서양에 있는 스페인령 카나리아 제도의 라팔마 섬 해발 2,267m 고산에 세워진 GTC(GranTeCan) 망원경이다. 스페인과 멕시코를 중심으로 몇 나라가 협력하여 2009년에 완성한 이 망원경의 주경은 직경이 10.4m이다. GTC의 주경은 36개의 6각형 반사경을 접속한 형태이다.

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극대망원경 외에 가까운 날 완성될 대형 망원경이 몇 개 더 있다. 그중 대표적인 것은 하와이 마우나케아 산정(해발 4,207m)에 준공 계획(2027년)인 직경 30m의 망원경과, 칠레 아타카마에 세워질(2029년까지) 대마젤란 망원경이 있다. 대마젤란 망원경은 위 사진처럼 직경 8.4m 반사경 7개를 하나가 되게 하여, 24.5m 반사경과 동일한 분해능을 갖도록 설계하고 있다. – YS