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입사광은 2.40 미터의 오목한 아치형 기본 거울에 의해 반사되고 초점이 반대의 작은 보조 거울에 떨어진다. 초점 오류를 수정하기 위해 1993년 12월 2일에 우주 왕복선 엔데버는 우주 비행사 7명과 COSTAR, 새 카메라 및 기타 예비 부품을 궤도에 배치했다.
5본의 실외 작업을 통해 성공적으로 부착하고 선명도가 훌륭한 영상 전송.

허블의 눈

우주 망원경은 원칙적으로 일반 거울 망원경이다.
한편으로는 정밀도에 방해되는 대기권보다 훨씬 높은 위치에 있으며, 다른 한편으로는 광학 기기의 영리한 조합으로 작동한다.

▲ 허블 망원경은 반응 바퀴, 자이로 스코프 및 그 안내 시스템의 도움으로 움직인다. © NASA, ESA, A. Feild and K. Cordes (STScI), and Lockheed Martin

하나의 망원경, 많은 눈

허블의 구조 원리는 카세그레인 거울 망원경의 구조 원리와 일치한다.
입사광은 2.40 미터의 오목한 아치형 기본 거울에 의해 반사되고 초점이 반대의 작은 보조 거울에 떨어진다. 이것은 1차 미러의 중앙 개구부를 통해 빛을 초점면(광학 기기가 위치하고 광 데이터를 처리하는 영역)으로 보낸다.

다른 망원경과 달리 허블은 다른 기기들 사이에서 전환하지 않는다.
대신, 각 광학 기기는 고정된 비율의 빛을 수신한다. 모두 동시에 활성화될 수 있으므로 한 번에 동일한 물체에 대해 다른 데이터를 수집 할 수 있다. 별 폭발과 같은 역동적인 과정은 특히 이런 식으로 광범위하게 연구될 수 있다.

거울 관리

기본 거울은 우주 망원경의 핵심이며 가장 큰 문제이기도 하다.
선명한 이미지를 제공하려면 거울의 곡률이 완벽해야 한다. 이를 달성하기 위해 특수 유리를 1년 동안 정확하게 연마해 표면이 80만 분의 1이상 완벽한 곡선을 벗어나지 않는다.
거울을 지구의 직경으로 확대하면 직선은 18cm에 해당한다.

지구가 낮에서 밤으로 변할 때 온도가 크게 변하기 때문에 망원경 거울은 열 변화가 있을 때 매우 작게 팽창하거나 수축하는 유리로 구성된다. 두꺼운 단열 슬리브는 광학 시스템이 21℃에서 거의 일정하게 유지되도록 한다. 방사선을 가능한 한 완벽하게 반사 시키기 위해, 거울은 고순도 알루미늄의 웨이퍼-박층으로 덮여있다. 위에 놓인 것은 훨씬 더 얇은 불화 마그네슘층으로 자외선 범위에서 반사를 증가시킨다.

▲ "시력 결함"이 있는 갤럭시 M100의 허블 이미지 © NASA / STScI

허블의 시력 결함

중요한 일차 거울에서 치명적인 실수는 허블 프로젝트가 실제로 시작되기 전에 허블 프로젝트를 끝내야 할 위험에 있었다. 망원경이 궤도에 배치된 후 거울이 정확하게 접지됐지만 불행히도 오류가 있었다. 약 4㎛(마이크로 미터)오차로 너무 평평했다.
허블은 일종의 난시를 가진 셈이었다. 차이는머리카락의 두께의 50분의 1에 불과할 정도로 작았다.

이 수치는 허블의 시각을 왜곡시키기에 충분했고, 빛은 더 이상 초점면에 초점을 맞추지 않았다. 결과적으로 망원경의 첫 번째 이미지는 초점이 맞은 문제였다.
그러나 허블은 ‘안경을 얻었다.
NASA 엔지니어는 광학 수차를 보정하는 소형 거울 시스템을 개발했다.
COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement)라고 하는 기기를 궤도로 가져와서 망원경에 장착해야 했다. 결코 쉬운 일이 아니다.

▲ 1993년의 서비스 미션 1 : 우주 비행사는 망원경을 셔틀에 부착, 부품을 교체하고 "안경"을 설치했다. © NASA / ESA

망원경이 “안경”을 얻다.

1993년 12월 2일에 수행된 우주 임무를 위해 우주 왕복선 엔데버는 우주 비행사 7명과 COSTAR, 새 카메라 및 기타 예비 부품을 궤도에 배치했다.
조종사는 우주 왕복선을 망원경쪽으로 조종해 승무원이 셔틀의 로봇 팔로 허블을 포착하여 화물칸에 고정시킬 수 있었다.
우주 비행사는 5번의 실외 작업에서 ‘안경’을 설치하고 다른 구성품을 교체했다.

1994년 1월 13일에 ‘안경’을 사용한 최초의 허블 녹음이 발표되었을 때, 사진이 선명하고 해상도가 우수했다. 오늘날 우주 망원경은 추가 안경이 필요하지 않다.
이는 4개의 추가 서비스 임무에 설치된 새로운 광학 기기가 망원경 자체의 "시각적 결함"을 수정하기 때문에 오늘날 망원경이 더 이상 성능을 방해하지 않기 때문이다.(계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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