천문대

천문대는 천문학자들이 하늘을 관측하는 장소이다. 천문대의 형태는 시대에 따라 크게 바뀌었다. 초기의 천문대들은 도시의 성벽 위나 탑과 같이 조용한 장소에 지어졌다. 천문대는 지평선 위에 시야가 360도로 펼쳐질 수 있는 높은 곳에 지어져야 했다. 초기의 가장 큰 천문대는 북아프리카와 중동 지역인 바그다드, 카이로, 다마스쿠스 등에 있었다. 바그다드에 있었던 대형 천문대에는 6미터의 거대한 사분의와 17미터의 돌 육분의가 설치되어 있었다. 이 천문대는 인도의 자이푸르에 있는 천문대와 많이 닮았으리라 짐작된다. 자이푸르의 천문대는 초기 천문대 중에서 비교적 잘 보존되고 있다. 이슬람제국이 쇠퇴하고 서유럽에서 잠자고 있던 과학이 깨어났을 때, 천문대의 모양새가 조금씩 달라졌다. 현재 사용되고 있는 가장 오래된 천문대는 1667년에 프랑스에 설립된 파리천문대이다. 그곳은 나쁜 기후 때문에 노천 천문대가 실용적이지 못했으며, 천문학자들과 관측기구를 보호해 줄 지붕이 필요했다. 처음에 천문대 지붕은 밤하늘을 향해서 천문대를 개방하기 위해 끌어당겨 덮을 수 있는 덮개나 문이 달린 형태였다. 19세기부터 건조된 대형 망원경은 거의 모두 회전할 수 있는 거대한 돔으로 덮여 있다. 최초의 돔은 당시 가볍고 강하다고 알려진, 종이를 압축시켜 만든 판으로 만들었다. 현대 돔은 거의 모두 유리섬유나 고저항 플라스틱으로 만든다.

 

망원경을 갖춘 천문대는 망원경의 설치 장소시, 지구 대기는 망원경의 위치를 정하는 데 영향을 미친다. 망원경은 천체에서 비롯된 가시광선과 기타 형태의 전자기복사를 관측한다. 전자기복사의 형태는 파장이 짧은 것부터 감마선, 엑스선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파로 나뉜다. 대기는 감마선, 엑스선, 일부 적외선과 자외선을 차단한다. 따라서 그러한 복사를 관측하려면 인공위성에서 망원경을 작동시켜야 한다. 그리고 고산에 설치된 망원경은 대기가 차단하는 다른 종류의 적외선과 자외선을 관측할 수 있다. 높은 고도에서 운행하는 비행기에 실린 망원경은 더 넓은 영역의 적외선복사를 관측할 수 있다. 가시광선과 전파는 대기권을 쉽게 통과한다. 그래서 광학망원경과 전파망원경은 지상에 설치해도 된다. 자오선은 양 극을 잇는 가상의 선으로 지표면과 하늘에서 동서 방향의 거리를 재는데 쓰인다. 자오선은 경선이라고도 한다. ‘자오선’에 해당하는 영어 단어는 ‘정오’를 뜻하는 라틴어에서 비롯되었는데, 이는 정오에 태양이 그 지역의 자오선을 통과하기 때문이다. 영국 그리니치천문대를 지나는 자오선은 천문학자들이 위치 천문학을 위해 마우언경을 설치할 때 기분으로 삼기 때문에 중요해졌다. 이는 하늘과 지구의 모든 측정이 그들의 지역을 지나는 자오선에 따라 이루어졌다는 뜻이다. 19세기 말까지 파리, 카디스, 나폴리의 천문대에는 국가 자오선이 여러 개 있었다.

 

지상천문대의 경우, 광학망원경은 대기오염, 도시의 불빛, 대기의 왜곡효과를 피해서 산꼭대기나 고원에 설치된다. 왜곡효과는 별이 반짝반짝 빛나 보이는 이유이기도 한데, 별과 기타 천체의 상을 번져 보이게 한다. 높은 고도에 설치된 망원경은 구름 위에 있어서 맑은 밤하늘의 모습을 폭넓게 관측할 수 있다. 전파망원경은 통신용 전파에 의해서 교란되지 않아야 한다. 그래서 일부 전파천문대는 깊은 계곡에 설치되어 있다. 기타 전파천문대는 산꼭대기나 고원에 설치되기도 한다. 하와이제도의 마우나케아산은 훌륭한 관측장소이다. 마우나케아산에 설치된 주요 광학망원경으로 미국의 망원경인 켁Ⅰ과 켁Ⅱ, 또 일본의 스바루망원경이 있다. 전파망원경으로 유명한 것은 미국 웨스트버지니아주 그린 뱅크의 한 계곡에 설치된 그린뱅크망원경과 뉴멕시코 주 소코로 부근 고원에 설치된 극대배열전파망원경이다.

 

공중 천문대는 1975년부터 1995년까지 카이퍼공중천문대가 13.7km 상공에서 적외선 영역의 관측을 수행했다. 카이퍼공중천문대는 C-141 화물수송비행기에 망원경을 장착해서 개조한 것이다. 이 망원경은 빛을 수집하는 반사경의 지름이 91cm에 달했다.

 

가장 유명한 인공위성 천문대는 허블우주 망원경이다. 허블우주망원경은 1990년에 발사되어 적외선, 가시광선, 자외선 복사를 관측했다. 허블 우주망원경은 미국항공우주국이 운영하는 대규모의 궤도 천문대 4개 중에서 최초의 것이다. 두 번째 것은 1991년부터 2000년까지 지구 주위를 돌며 관측을 수행한 콤프턴감마선천문대이다. 세번째 것은 1999년에 발사된 찬드라엑스선망원경이다. 네번째 것은 2003년에 발사된 스피츠우주망원경이라는 이름의 적외선 천문대이다.

 

천문대에서 관측 업무를 수행하는 연구진은 천문학자, 공학자, 기술자, 망원경 조종사, 컴퓨터 프로그래머, 광학 전문가, 행정가로 구성된다. 그러나 연구진으로 참여하지 않은 천문학자가 대부분의 연구를 수행한다. 주요 망원경의 경우 여러 개의 천문 연구팀이 각각 시간을 배정 받아서 공동으로 사용한다. 망원경을 사용하려면 미리 연구제안서를 특별위원회에 제출해야 한다. 위원회는 연구제안서를 검토한 뒤 망원경 사용 시간을 배분한다. 지상에 설치된 대형 망원경은 매우 복잡해서 망원경 조종사가 천문대에 상주한다. 그러나 천문학자는 굳이 천문대에 있을 필요가 없다. 컴퓨터 연결을 통해서 연구를 수행하기 때문이다. 컴퓨터로 조종되는 광추적기가 망원경에 장착되어 있어서 관측 결과를 전자신호로 변환시킨다. 전자신호로 바뀐 관측자료는 컴퓨터 연결을 통해서 천문학자에게 전송된다. 궤도를 도는 위성 천문대는 지상통제소에서 보낸 전파 명령에 의해서 작동한다.