망원경의 역사 (3)

아크로메틱 굴절 망원경

최초의 굴절 망원경이 발명되었을 때부터 렌즈에서 보이는 색 오차는 단순히 표면의 구형도의 오차에서 비롯되었다고 일반적으로 생각되었다. 안경사들은 이러한 오류를 수정하기 위해 다양한 형태의 곡률을 가진 렌즈를 구성하려고 노력했다. 아이작 뉴턴은 1666년에 빛이 유리 매질을 통과할 때 불균일하게 굴절되는 것에서 색이 발생한다는 것을 발견했다. 이것은 안경사들이 각각의 유리 종류에 의해 생성된 오류를 취소하기 위한 시도로 하나 이상의 유리 종류로 구성된 렌즈를 실험하도록 이끌었다. 이것은 "무채색 렌즈", 즉 모든 색을 한 점에 초점을 맞추고 훨씬 더 짧은 초점 거리의 기구를 만드는 렌즈를 만들기를 희망했다.

실용적인 무채색 굴절 망원경을 만드는 데 성공한 첫 번째 사람은 영국 에식스의 체스터 무어 홀이었다. 그는 인간 눈의 다른 색조가 빛의 빛을 굴절시켜 색이 없는 망막에 상을 만들어 낸다고 주장했고, 서로 다른 굴절 매체로 구성된 렌즈를 결합함으로써 유사한 결과를 내는 것이 가능할 수도 있다고 합리적으로 주장했다. 연구에 시간을 할애한 후, 그는 다른 종류의 유리로 형성된 두 개의 렌즈를 결합함으로써 두 가지 색의 빛(빨강과 파랑)의 불균등한 굴절 효과가 보정된 무채색 렌즈를 만들 수 있다는 것을 발견했다. 1733년, 그는 훨씬 적은 색수차를 보이는 망원경 렌즈를 만드는 데 성공했다. 그의 악기들 중 하나는 2+1⁄2 인치 (6.4 cm)의 상대적으로 짧은 초점 거리 (51 cm)와 함께 2+1⁄2 인치 (6.4 cm)의 목표를 가지고 있었다.

홀은 독립적인 재산을 가진 사람이었고 명성에 무관심했던 것 같다; 적어도 그는 그의 발명품을 세상에 알리기 위해 노력하지 않았다. 웨스트민스터 홀에서 열린 존 돌런드에게 부여된 특허권에 대한 재판에서 홀은 무채색 망원경의 최초 발명자로 인정받았다. 그러나 맨스필드 경은 그러한 발명으로부터 이익을 얻어야 하는 것은 원래 발명가가 아니라 인류의 이익을 위해 그것을 내놓은 사람이라고 판결했다.

1747년, 레온하르트 오일러는 프러시아 과학 아카데미에 렌즈의 색수차와 구면수차를 교정할 수 있는 가능성을 증명하는 논문을 보냈다. 그레고리와 홀처럼, 그는 인간의 눈의 다양한 색조가 완벽한 이미지를 만들기 위해 결합되었기 때문에, 완벽한 망원경 목표를 만들기 위해서는 서로 다른 굴절 매체의 렌즈의 적절한 조합이 가능해야 한다고 주장했다. 색이 다른 빛의 분산에 대한 가상의 법칙을 채택하여, 그는 유리와 물로 구성된 렌즈로 구성된 무채색 물체를 구성할 수 있는 가능성을 분석적으로 증명했다.

오일러는 이 구조의 실제 목적을 달성하기 위한 모든 노력을 헛되이 했고, 이 실패는 필요한 곡선에 정확하게 작용하는 렌즈를 구하기 어려웠기 때문이었다. 존 돌론드는 오일러의 분석의 정확성에 동의했지만, 그의 가설은 순전히 이론적인 가정이라는 이유로 반박했다.

1754년 오일러는 빛이 발광체에 의해 탄성 유체에 의해 들뜬 진동으로 이루어진다는 가설에서 출발하여, 빛의 색의 차이가 주어진 시간 내에 이러한 진동의 빈도가 더 높거나 더 작기 때문이라는 그의 이전 결과를 추론해냈다. 그는 돌론드가 인용한 뉴턴의 실험의 정확성을 의심하지 않았다.

돌론드는 이에 대해 대답하지 않았지만, 곧 스웨덴의 수학자이자 천문학자인 사무엘 클링겐스티에르나가 쓴 논문의 초록을 받았고, 이는 뉴턴이 굴절된 빛의 분산에 대해 추론한 결과의 정확성을 의심하게 만들었다. 클링겐스티에르나는 뉴턴의 실험 결과가 일반적으로 받아들여지는 굴절의 다른 사실들과 조화를 이룰 수 없다는 것을 순전히 기하학적인 고려에서 보여주었다.

 

실용적인 사람으로서, 돌론드는 즉시 그의 의심을 실험의 시험에 부쳤다: 그는 클링겐스티에르나의 결론을 확인했고, 색의 발산과 관련하여 다른 종류의 유리의 굴절 특성에서 그의 희망을 훨씬 뛰어넘는 차이를 발견했다, 이는 렌즈의 구성으로 빠르게 이어졌고, 처음에는 색수차가 보정되었고, 이후에는 구면수차가 보정되었다.

돌론드는 굴절 망원경의 무채색성을 얻기 위해 필요한 조건들을 알고 있었지만, 뉴턴이 만든 실험의 정확성에 의존했다. 그의 글들은 그의 허세를 제외하고는, 그가 마음의 준비가 충분히 된 발견에 더 일찍 도착했을 것이라는 것을 보여준다. 돌런드의 논문은 홀의 초기 발명품과는 독립적으로 자신의 발견에 도달한 연속적인 단계들과 이러한 단계들이 그의 마음에 제안된 논리적 과정들을 설명한다.

1765년 피터 돌런드(존 돌런드의 아들)는 3중 목표를 도입했는데, 이 목표는 크라운 유리로 된 볼록 렌즈 두 개와 그 사이에 오목한 플린트 렌즈가 결합된 것이었다. 그는 이런 종류의 망원경을 많이 만들었다.

적당한 순도와 균일성을 가진 유리 원반(특히 플린트 유리)을 구하기가 어려웠기 때문에 무채색 망원경에서 발견되는 렌즈의 직경과 광 채집 능력이 제한되었다. 프랑스 과학 아카데미가 커다란 완벽한 광학 플린트 유리 원반에 상을 제공한 것은 허사였다.

반사 망원경의 비실용적인 금속 거울의 어려움은 큰 굴절 망원경의 건설로 이어졌다. 1866년까지 굴절 망원경은 구경이 46cm에 달했고, 19세기 중후반에 더 큰 "대굴절기"가 만들어졌다. 1897년, 예르케스 천문대의 40인치(100cm) 굴절 망원경의 건설로 연구 망원경의 최대 실용 한계에 도달했다(1.25m)인 더 큰 굴절 망원경이 일시적으로 전시되었다. 중력이 렌즈에 미치는 영향 때문에 더 큰 굴절체를 만들 수 없었다. 렌즈는 가장자리에 의해서만 제자리에 고정될 수 있기 때문에, 큰 렌즈의 중심은 중력 때문에 처지고, 그것이 만들어내는 이미지를 왜곡시킬 것이다.