거대 마젤란 망원경

거대 마젤란 망원경

라스 캄파나스 천문대

거대마젤란망원경(巨大 - 望遠鏡, 영어: Giant Magellan Telescope, GMT, 스페인어: Telescopio Gigante de Magallanes)은 2025년에 완성될 예정인 지상망원경이다. 줄여서 GMT(지엠티)라고 부른다. 이 망원경은 8.4미터 구경의 반사경 일곱 장을 모아서 주경을 이루게 되어 구경 25.4미터인 단일 반사경과 동일한 분해능을 갖게 된다. 거대마젤란 망원경의 집광력은 현존 최대 구경의 Keck 망원경(구경 10미터)의 집광력보다 6배가 크다. 이 망원경을 건설하는데에는 한국천문연구원도 참여하여, 완공 후에 대한민국도 1년에 한 달 가량 이를 이용할 수 있어 대한민국 천문학의 발전에도 큰 기여를 할 것으로 예상된다.

망원경이 건설될 장소

거대마젤란망원경은 라스 깜빠나스(Las Campanas) 천문대에 건설하기로 결정되었다. 이 장소는 마젤란 쌍둥이 망원경(Magellan Telescopes)이 이미 건설되어 운영중에 있으며, 칠레의 라 세레나(La Serena)로부터 115km 북동쪽에 자리하고 있다. 예전부터 유명한 망원경 장소로서 알려져 있었으며, 다음과 같은 유리한 입지 조건을 갖고 있기 때문에 관측소 부지로 선정되었다.

• 라스 깜빠나스 지역은 사막 지대이므로 건조하고 일년 내내 맑은 날씨가 유지된다. (1년에 평균적으로 80%의 밤을 관측에 사용할 수 있으며, 이 가운데 측광학적으로 의미있는 날수는 약 60~65% 정도인 220일이나 된다. 이것은 하와이의 마우나 케아 천체관측단지를 제외하고는 세계 최고이다.)
• 라스 깜빠나스 부근에는 인구가 밀집해 있는 도시가 없고, 광산이나 관광지 등이 개발되어 있지 않아 광해가 없으므로 밤하늘이 매우 어둡다. 따라서 매우 어두운 천체까지도 관측할 수 있다. 또한 이 장소 부근은 앞으로도 개발 가능성이 없기 때문에 망원경을 장기간에 걸쳐 운용할 수 있다.
• 이곳의 시상(seeing)은 중간값이 0.6~0.7" FWHM이며, 여름이 겨울보다 0.1" 정도 더 좋다. 이곳에서 측정된 최고의 시상은 0.2" FWHM이다. 시상은 지난 25년간 변화가 없는 것으로 보인다. (시상은 별이 얼마나 또렷하게 보이는지를 나타내는 지표이다.)
• 바람의 방향은 매우 안정적이다. 북동풍이 80%, 남서풍이 20% 분다. 평균 풍속은 5.4m/s이다. 강풍으로 인해 천체 관측을 할 수 없는 날짜수는 5% 이하이다.
• 수증기의 양은 칠레의 겨울에 가장 낮은데, 겨울철 10%의 시간 동안 수직 기둥 수증기량이 1밀리미터 이하이며, 겨울철 중간값은 2.3밀리미터이다. 대기 속에 존재하는 수증기는 중적외선(mid-infrared) 관측을 방해하는데, 이 정도의 건조한 날짜수는 천체 관측 목적을 달성하는 데 충분한 기간이다.

망원경 디자인

거대마젤란망원경의 주반사경은 직경 8.4미터짜리 반사경 일곱 장을 모아서 하나의 반사경 표면을 이루게 제작된다. 여기서 어려운 점은 바깥에 배열될 여섯 장의 반사경들은 각각이 축대칭을 이루고 있지 않다는 사실이다. 현재 대형 망원경의 반사경을 만드는 최선의 방법은 반사경 재료를 원형 틀 위에 놓고 섭씨 1250도 이상으로 가열하여 녹인 뒤, 그 원형 틀을 서서히 회전시켜 표면이 포물면을 이루도록 하고 서서히 식혀서 만드는 방법이다. 이때 반사경의 무게를 가볍게 만들기 위해 벌집구조의 거푸집을 거울 뒷면에 설치한다. 이렇게 만든 반사경을 연마하여 원하는 축대칭 반사경을 만들게 된다. 그러나 비축 반사경을 만들기 위해서는 연마 과정을 약간 변경하여야 한다. 또한 이렇게 만들어진 여섯 장의 반사경들은 중앙에 있는 축대칭 반사경과 어울려 전체가 하나의 반사경이 되도록 정밀하게 가공되고 조립된다.

GMT의 주경 상상도

반사경은 현재 미국 아리조나 주립대학 스튜어드 천문대의 반사경 연구소(Steward Observatory Mirror Lab.)에서 제작되고 있다. 이 연구소의 반사경 제작소는 풋볼 경기장의 한쪽 관중석 아래에 설치되어 있다. 반사경의 표면을 검사하기 위해 충분한 높이의 작업실이 필요했기 때문이다. 거대마젤란 망원경의 첫 번째 반사경은 2005년 11월 3일에 주조되었으며, 현재 모양 잡기와 연마 작업을 오랫동안 수행하였다. 2018년 기준으로 현재 다섯 장의 반사경이 주조되었는데, 중앙 반사경을 2014년 9월에 네 번째로 주조했다. 이는 전체 반사경 제작이 완료되기 전에 중앙 반사경을 포함해 네 장의 반사경만으로도 관측을 시작할 수 있기 때문이다.

조직

다음은 망원경을 개발하고 있는 콘소시움에 참여하고 있는 파트너들이다.

1. 카네기 천문대 (Observatories of the Carnegie Institution of Washington, OCIW)
2. 하버드 대학교 (Harvard University)
3. 스미소니언 천문대 (Smithsonian Astrophysical Observatory)
4. 텍사스 A&M 대학교 (Texas A&M University)
5. 아리조나 대학교 (University of Arizona)
6. 텍사스 주립대학교 오스틴 (University of Texas at Austin)
7. 호주 국립대학교 (Australian National University) 및 호주 산학연 연합 (Australia Astronomy Ltd.)
8. 한국천문연구원 (Korea Astronomy and Space Science Institute)
9. 시카고 대학 (Chicago University)
10. 브라질 상파울루 대학교 (Universidade de São Paulo)