[집에서 천문학 엿보기] 뉴턴 분광기 만들기

1. 분광

많은 사람들이 천문학 또는 천문학자라는 말을 들으면 '아, 별을 보는거!' 또는 '별을 보는 사람'이라고 생각한다. 우리나라에서 제일 큰 천체망원경인 1.8m 보현산천문대 망원경을 얘기하면 매일 천문학자들이 밤을 새며 별을 보고 연구한다고 여긴다. 하지만 실제로 천문학에서 낭만적으로 별을 보는 경우는 거의 드물며, 천문학에도 여러 분야가 있다. 특히 보현산천문대의 1.8m 망원경은 1년의 대부분을 별을 분광하는데 시간을 보낸다.

분광? 분광이 뭐지?

분광이란 말이 좀 생소할지도 모르겠다. 그럼 "스펙트럼"은 들어봤을까? 어디서 들어본 것도 같은데 잘 생각나지 않는다. 그럼 "프리즘", "무지개"는 알겠지?
사실 가시광선 속에는 여러가지 색이 들어있다. 우리가 잘 아는 빨주노초파남보의 7가지 색이 모여 백색광이 된다. 분광이란 백색광을 프리즘에 통과시켜 빨,주,노,초,파,남,보와 같은 단색광으로 분리시키는 것을 말한다.
천문학자들은 천체망원경과 프리즘을 통해 별빛을 분광하며, 이를 통해 별에 대한 정보를 얻어낼 수 있다. 무지개를 좀 어려운 말로 스펙트럼이라고 하는데, 햇빛을 분광시키면 빨강~보라까지 연속된 스펙트럼을 얻을 수 있다. 좀 더 자세히 스펙트럼을 살펴보면 검은 띠가 여러개 보이는데, 이를 흡수선이라고 부른다. 흡수선의 위치나 굵기에 따라 특정 원소의 존재와 함량을 알 수 있고, 그 별의 특징까지 알아낼 수 있는 것이다.


2. 뉴턴 분광기 만들기

우리도 천문학자들처럼 집에서 간단하게 분광을 해볼 수 있다. 필요한건 딱 하나! [뉴턴 분광기]
뉴턴 분광기는 페이퍼엠파이어에서 얻을 수 있다.(2월 말까지 무료) 뉴턴 분광기는 풀이나 가위 없이 종이를 뜯어서 끼워 맞출 수 있게 되어 있어 쉽고 간단하게 만들 수 있다. 만드는 방법이 어렵지는 않지만 간단하게 사진으로 보고 넘어가자.

먼저 포장지를 뜯으면 설명서와 분광기가 보인다. 분광기 뒷쪽에는 핵심(?) 부품인 회절격자가 있다.

회절격자를 끼울 때에는 한쪽을 먼저 끼운 뒤, 반대쪽을 끼우도록 한다. 그냥 테잎으로 붙여도 상관없지만, 완성 후 파장 눈금과 실제 파장이 일치하지 않을 수 있다. 또 회절의 특성상 회절격자의 방향을 잘 맞춰야 한다. 회절격자가 직사각형이니 잘 맞춘다.

종이모형을 만들 때 잘 끼우지 못하는 분들이 많은데, 먼저 아래 그림처럼 두세개 정도를 살짝 끼워놓는다. 다음에 한쪽 날개를 틈에 집어 넣은 뒤 반대쪽을 지긋이 눌러주면 쏙 들어간다. 너무 힘들 주면 종이가 구겨지거나 테이프를 붙여야 하는 상황이 온다.

자, 설명을 잘 따라 했다면 아래처럼 완성~!

3. 사용방법

뉴턴 분광기의 핵심은 회절격자를 통한 분광이다. 회절격자만으로도 여러가지 광원을 분광해 볼 수 있다. 하지만 그것만으로는 의미가 없다. 뉴턴 분광기를 이용하면 스펙트럼을 잘 볼 수 있고, 흡수 스펙트럼이나 발광 스펙트럼을 파장대별로 확인해 볼 수 있다.

뉴턴 분광기에 핸드폰을 붙여 집에서 흔히 사용하는 몇 가지 광원을 분광해 보았다.

4. 몇 가지 팁
1) 광량조절부 : 광량조절부는 가위나 칼로 잘라 풀로 붙여야 한다. 하지만 칼이 없거나 위험할 때는 이런 방법도 있다. 가위로 2/3정도를 잘라내고 손으로 움직여 광량을 조절한다.

2) 파장눈금부 : 파장의 눈금이 인쇄되어 있는 뒷면은 흰색이다. 이쪽으로 빛이 들어와 스펙트럼이 잘 보이지 않을 수 있다. 2/3정도를 검은색 테이프 등으로 막아주면 눈금도 보이고 스펙트럼도 잘 보인다.

3) 접안부 : 이 곳에 핸드폰을 대고 찍으면 광원에 따른 스펙트럼을 쉽게 기록할 수 있다. 하지만 종이라는 특성이 있기 때문에 쉽게 떼고 붙이기 힘들다. 접안부 주변에 테잎을 붙여주고, 그 위에 테잎으로 핸드폰 등을 고정시켜 주면 붙이고 떼기가 쉽다.