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메리 뉴턴마스~. 12월 25일은 현대과학의 기초를 닦은 영국의 과학자 아이작 뉴턴이 태어난 날이기도 합니다(율리우스력 기준 1642년 12월 25일). 크리스마스에 트리를 꾸미듯, 뉴턴마스를 준비하는 과학덕후에게도 기념일 이벤트가 있어야겠죠. 과학동아의 추천은 뉴턴식 반사망원경 만들기입니다.

뉴턴이 웬 망원경이냐며 의아해하실 수 있겠습니다. 뉴턴이 활동하던 17세기에는 굴절망원경이 대세였습니다. 그러나 볼록렌즈를 이용해 상을 확대하는 굴절망원경엔 ‘색수차’가 생기는 단점이 있었습니다. 색수차는 망원경이나 현미경 등 광학장비로 물체를 관찰할 때 상 가장자리에 무지갯빛이 나타나는 현상입니다. 당시 뉴턴은 프리즘 실험을 통해 가시광선 안에 굴절률이 다른 다양한 색의 빛이 합쳐져 있다는 사실을 알고 있었죠. 덕분에 색수차가 생긴 원인이 렌즈가 프리즘 역할을 해 빛을 분산했기 때문이란 걸 간파할 수 있었습니다. 

렌즈가 원인이라면, 렌즈 없이 망원경을 만들면 됩니다. 상의 크기를 확대할 수 있는 광학 도구엔 오목거울도 있으니까요. 뉴턴이 만든 뉴턴식 반사망원경은 원통의 한쪽 끝엔 오목거울을, 반대쪽 끝엔 작은 평면거울을 45° 각도로 기울여 고정한 구조입니다. 물체에서 나온 빛이 오목거울에서 반사돼 한 점(초점)에서 모입니다. 평면거울은 이렇게 모인 빛의 경로를 90° 틀어 원통 옆면의 구멍으로 내보냅니다. 이 구멍에 눈을 갖다 대면 상을 관찰할 수 있죠. 

오목거울과 평면거울이라니, 만만한 재료잖아요? 오목거울이 한 개에 1750원, 평면거울은 갖고 있던 아크릴 거울을 사용했으니 0원입니다. 여기에 골판지 한 장이 2000원, 기타 재료는 편집실을 적당히 뒤져 찾았습니다. 앗! 망원경, 커피보다 싸다! 

완성된 뉴턴식 반사망원경에는 초점을 이리저리 맞춰도 상 가장자리가 흐릿해 보인다는 단점이 있었습니다. 이재형 과학동아천문대장은 “구면수차 때문”이라고 설명했습니다. 구면수차는 거울의 반사면이 구면일 경우, 거울 가장자리에서 반사되는 빛이 초점을 벗어나 생기는 현상입니다. 이 천문대장은 “구면수차를 없애기 위해 요즘 출시되는 반사망원경엔 포물면거울을 이용한다”고 덧붙였습니다. 포물면거울을 이용하면 거울의 어느 부분에서 반사되는 빛이든 모두 초점에 모이죠. 하지만 거울 하나에 40만 원이 가뿐히 넘는 사악한 가격을 자랑합니다…! 밤하늘의 산타를 추적할 게 아니라면, 지금은 저렴이 망원경에 만족해야겠어요.