별 관측법 (천체망원경 사용법)

별 관측법

 

별 관측법

 

Ⅰ-1 관측 시 유의사항

 

1. 관측장소와 하늘의 상태
 맑고 어두운 하늘일수록 더 많은 별을 볼 수 있다. 이런 하늘을 볼 수 있는 가장 좋은 방법은 좀 불편한 일이기는 해도 도시에서 멀리 떨어진 시골로 가는 것이다. 도시에서 우리가 할 수 있는 최선의 길은 가능한 한 주위의 불빛이 가려진 어두운
장소를 찾는 것. 그러나 설사 그러한 장소를 찾았다 하더라도 달이 만월에 가까울 때는 이런 노력도 수포로 돌아가고. 밝은 달밤에 희미한 별들을 관측한다는 것은 대낮에 달을 구경하고자 하는 것보다 더 힘든 일이다. 따라서 별을 관측할 때는 달이
밝은 밤은 피하는 것이 좋다.

 

2. 어둠에 대한 적응
 고양이의 눈에 전등을 비추어본 적이 있는 사람이면 그 눈동자가 빛의 밝기에 따라 변하는 것을 보았을 것이다. 사람의 눈동자도 고양이의 눈과 마찬가지로 빛의 양에 따라 그 크기가 수시로 변한다. 즉, 어두울수록 눈동자가 커지고 밝을수록 작
아진다. 이러한 경우는 우리들이 어두운 극장에 들어섰을 때 쉽게 경험하게 된다. 극장 안에 들어서면 한순간 아무것도 보이지 않다가 잠시 시간이 지난 뒤에야 주위를 알아볼 수 있게 된다. 이것은 어두워짐에 따라 눈동자가 확대되고 눈이 어둠에 익숙해지는 데 약간의 시간이 필요하기 때문이다. 마찬가지로 별을 볼 때도 우리 눈을 어둠에 적응시키는데 시간이 필요하다. 따라서 밤하늘에 나서면 처음에는 밝은 별들밖에 볼 수 없다. 약 5분 정도의 시간이 지난 다음에야 희미한 별들을 볼
수 있게 된다. 그리고 약 15분이 지난 뒤 눈이 어둠에 완전히 적응하게 되면 우리는 평소에 생각지 못했던 새로운 별의 세계에 놀라게 될 것이다.

 

3. 관측자세
 하늘의 별을 바라보노라면 자연히 고개를 뒤로 젖힌 자세로 서 있게 된다. 그러나 이런 자세는 익숙해지기 전까지는 상당히 불편하며 설사 익숙해졌다 하더라도 장 시간에 걸친 관측을 하는 데는 몹시 불편할 수밖에 없다. 처음으로 별을 보는 사람들은 이런 자세의 불편함 때문에 별과 친해지기를 쉽사리 포기해 버리는 경우도 많다. 장 시간 별을 관측하기 위해서는 넓은 자리를 펼쳐놓고 그 위에 누워서 하늘을 쳐다보는 것이 가장 좋다. 추운 겨울이라면 침낭이나 손 난로 등을 마련하
는 것도 좋다. 이런 준비가 귀찮다면 익숙해질 때까지 목을 뒤로 젖힌 자세로 보되 가끔씩 목운동을 해주는 수밖에 없다.

 

4. 붉은 전등
 별을 볼 때 성도를 찾아보거나 기록을 하기 위해서 불빛이 필요한 때가 있다. 그러나 밝은 불빛은 눈동자를 다시 축소시켜 어렵게 어둠에 적응시킨 눈을 다시 원래의 상태로 돌려버리는 수가 있다. 이것을 막는 한 가지 방법으로 붉은색 셀로판지
를 씌운 전등을 사용하는 수가 있다. 이렇게 하는 것은 붉은빛이 다른 빛에 비해 눈동자에 미치는 영향이 아주 작기 때문이다. 사진을 인화하는 암실에서 붉은 전등을 켜놓는 경우도 이러한 이유에서이다. 그렇지만 붉은 등의 사용시간도 가능한 한
줄이는 것이 좋다.

 

5. 구름과 안개의 영향
 관측하는 동안에 새털구름과 같이 얇게 깔리는 구름이 나타나면 그것을 쉽게 알아차리지 못하는 수가 많다. 이런 구름이 나타나면 밝은 별들은 여전히 쉽게 볼 수 있지만 어두운 별들은 완전히 사라지고 만다. 따라서 처음 별을 보는 사람은 하늘
의 상태 변화에 항상 주의를 기울여야 한다. 이 때의 상태 변화는 구름이나 안개에만 국한된 것이 아니며 공기주의 습도나 대기의 움직임 등 별을 보는 데 장애가 되는 모든 요소의 변화를 포함한 것이다. 하늘의 상태변화를 추정하는 방법 중의 하
나로 작은곰자리(Ursa Minor)를 이용한 투명도 측정법이 있다.

 

6. 투명도 측정
 작은곰자리는 도시의 불빛 속에서나 옅은 구름 속에서는 맨 끝의 별과 α별인 북극성(Polaris)두 별만이 확인된다. 만약 작은 곰자리의 모든 별을 볼 수 있다면 하늘은 매우 맑고 어두운 것이다. 우리는 이 별들이 얼마나 보이는가에 따라 하늘의 상
대적인 상태를 알 수 있다.

 

7. 중분한 시간
 별을 보는 데 이제 갓 걸음마를 뗀 사람들이 범하게 되는 가장 흔한 실수는 서두르는 것이다. 하늘의 어떤 대상이나 영역을 관찰할 때 단번에 모든 것을 알아본다는 것은 거의 불가능한 일이다. 한 대상에 집중하여 여유를 가지고 천천히 주의 깊
게 살펴야 한다. 만약 관측영역이 넓다면 작은 부분으로 나누어서 각 부분을 주의 깊게 관측하는 것이 필요하다.

 

8. 아는 것에서 모르는 것으로
 한 번에 모든 별자리를 다 익히는 것은 대단히 힘든 일이다. 북두칠성이나 카시오페아 같은 쉽게 찾을 수 있는 대상으로부터 그것에 가까이 있는 다른 대상들을 하나하나 찾아가며 익혀야 한다. 물론 이때는 성도를 사용해야 한다. 우선 단순한 기
하학적 모양들을 찾고 그것에 연관된 대상을 탐구하는 방법도 좋다. 성도를 이용해서 대상간의 거리를 측정하고 그것과 잘 아는 대상과의 거리를 비교해서 확인한다.

 

9. 기록
 관측한 내용은 될 수 있으면 모두 기록하는 것이 좋다. 섬세하고 정확한 기록은 하늘의 변화를 알아내는 데 큰 도움을 줄 것이다. 기록은 마치 일기를 쓰는 것과 같아서 순간순간 현장에서 즉시 거짓 없이 작성해야 한다. 이를 통해 점차 세련된 관측방법을 익힐 수 있을 것이다.

 

Ⅰ-2 망원경 설치 및 조립
 망원경의 설치 장소로 적합한 곳은 주위 환경과 교통편을 고려하는 것이 좋다. 너무 인적이 드문 곳이면 긴급한 상황이 생긴 경우 좋지 않고, 관측 장비가 많으므로 망원경을 가지고 인력으로 이동 가능한지도 고려해 봐야 한다
- 주위가 확 트인 곳
- 지반이 단단한 곳
- 주위 조명이나 광해가 적은 곳
- 습기가 적은 곳
- 바람이 심하지 않는 곳

 

1. 망원경 조립
① 평지를 잘 선택하여 삼각대를 북쪽을 향하도록 하고 가대를 삼각대 위에 끼우고 가대 고정 나사를 돌려 단단히 고정한다.
② 밸런스에 맞는 적절한 무게추를 선택하여 적위축에 끼우고 안전나사를 조여 준다. 경통은 경통밴드 고정 나사로 고정한다.
③ 적도의식 가대에는 적경과 적위 미동 핸들만이 부착되어 있는 것과 적위, 적경축에 모터 드라이브가 부착되어 있는 것이 있는데, 모터 드라이브가 있으면 자동적으로 별을 추적할 수 있으므로, 가능하면 모터 드라이브가 부착되어 있는 것을 사
용하여야 좋겠다. 모터 드라이브 장치는 내장되어 있는 것과 별도로 부착하는 것이 있다. 적경축뿐만 아니라 적위축도 자유롭게 움직일 수 있는 리모컨을 사용하면 편리하게 촬영할 수 있다.

 

2. 무게조정
적도의식 가대 조립 후, 적위축과 적경축의 밸런스를 잘 맞춘다. 밸런스를 맞출 때는 먼저 적위축의 클램프만 풀고, 접안렌즈나 천장 프리즘은 부착시킨 상태로 경통을 전후로 흔들어 균형을 맞춘다. 적위축 클램프를 잠그고 적경축 클램프를 풀어,
밸런스 웨이트를 움직여 경통부와 균형이 맞도록 조정해 준다. 밸런스가 잘 맞추어져 있으면, 클램프를 풀어도 경통은 그대로 정지해 있고, 적도의의 움직임도 원활해져서 망원경을 다루기가 쉽다. 적도의에는 가이드 망원경이나 카메라를 부착할 수 있는데, 이럴 때에는 카메라를 부착시킨 상태에서 다시 밸런스를 맞추어야 한다. 너무 과중하게 올려 밸런스가 흐트러지면 가대의 불안정이나, 기어에 무리한 힘이 가해져 고장의 원인이 된다.

 

3. 극측 조정
극축이 하늘의 북극 방향으로 향해 있기만 하면 적도의는 원활하게 별을 추적하므로 편리하게 사용된다. 사진 활영을 할 때에는 극축 조정이 특히 정확해야 한다. 극축망원경은 가이드 활영에는 필수품으로써, 이를 통해 정확한 북극을 맞춘다. 극
축망원경 시야에는 북극성을 기준으로 한 눈금환이나 별위 위치관계를 나타낸 그림이 들어가 있어, 극축 맞추기가 빠르고 간단하게 고안되어 있다. 북극성은 카시오페이아자리의 ε별과 큰 곰자리 꼬리별 η를 연결한 선 상에서 하늘
의 북극에서 ε쪽으로 약 1。정도 떨어져 있다. 극망의 시야 스케일에 맞추어 스케일의 지정 위치에 북극성을 넣는다.
만약, 극축 망원경이 없거나, 북극성이 잘 보이지 않을 때에는 먼저 적도의의 적경축을 북쪽으로 돌려놓은 다음 삼각대의 높이를 조정하여 적도의가 수평을 이루도록 합니다. 그다음에 극축의 고도 눈금을 보고 관측지의 위도에 맞추면 된다. 극축을 맞춘 다음에도 계속해서 극축 망원경을 통해 북극성의 움직임, 혹은 대상의 움직임에 따라 조금씩 조정을 해 주어야 하는데 특히 사진촬영을 할 때에는 좀 더 세심한 주의가 필요하다.

 

Ⅰ-3 천체망원경의 활용

① 안시 관측을 할 때는 먼저 극축이 정확히 잘 맞았는지 한 번 더 확인한다. 접안렌즈는 초점거리가 긴 저배율을 사용하도록 한다.

 

② 망원경 전체의 무게 평형이 잘 맞았는지 확인한다. 밸런스가 잘 맞지 않게 되면 망원경이 천체를 원활히 추적하지 못하고 별이 접안렌즈 상에서 자꾸 벗어나는 수가 있으므로 매우 중요한 일이다. 원형 추를 앞뒤로 조절해 적당한 밸런스를 맞
춘다.

 

③ 관측 계획에 따라 원하는 관측 대상을 성도에서 확인한다. 관측 계획은 컴퓨터를 이용한 관측 예보 프로그램을 이용하는 것이 좋겠다.

 

④ 망원경의 클램프를 풀고 망원경을 관측 대상으로 향하는데, 경통 뒤에서 조준하듯 관측 대상과 경통, 그리고 관측자의 시선이 일직선이 되도록 하여 주경이 대상을 향하도록 한다.

 

⑤ 파인더를 이용하여 관측 대상을 파인더의 시야에 넣는다.

 

⑥ 관측 대상이 파인더 시야에 들어오면 클램프를 잠근 후, 리모컨이나 미동나사로 파인더의 십자선 중앙에 정확히 천체를 넣는다. 그 후 접안렌즈를 통해 보면 관측 대상이 보일 것이다. 초점을 잘 맞춘 다음 저배율에서 고배율로 넘어간다. 고배율은 대상을 크게 볼 수 있지만 시야가 좁아지고 상도 어둡다. 그러므로, 적정 배율을 정하도록 한다. 대상을 찾는 방법은 앞서 설명한 방법 외에 적경환이나 적위환을 이용하여 방법이 있다. 적경값과 적위값의 차이를 이용하여 관측 대상을 찾는 방법인데, 널리 쓰이진 않는다.

 

Ⅰ-4 망원경의 역사
1608년 네덜란드 미델부르크시에서 안경점을 하고있던 한스 리페르세이(Hans Lippershey)는 우연히 렌즈 두개를 가지고 풍경을 보다가 이것이 물체를 확대해 보여준다는 사실을 발견하였다. 그는 금속 통에 두 렌즈를 부착해서 멀리 있는 것을
보기 편하도록 만들어 썼는데 이것이 바로 망원경의 시초가 된 셈이다. 1609년 5월 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei)는 네덜란드에서 만들어진 망원경에 대한 얘기를 듣게 된다. 갈릴레이는 망원경의 원리를 생각해 보고는 직접 렌즈를 연마하여 직경 44mm인 망원경을 만들게 된다. 이 망원경은 현재 흔하게 사용되고 있는 50mm 쌍안경보다도 성능이 좋지 못한 것
이었다. 하지만 갈릴레이의 위대함은 망원경을 천체 관측에 사용했다는 사실이다. 먼저 달표면에서 분화구를 관측하였으며, 은하수를 관측하여 그것이 별들로 이루어졌다는 사실을 밝혀냈다. 목성과 목성의 4대 위성, 토성의 고리, 태양의 흑점 등등 놀랄 만한 관측결과를 많이 발표했다. 그러나 갈릴레이가 제작한 망원경은 관측 대상이 똑바로 선 정립상으로 보였지만 배율이 높지 못했고 보이는 시야가 너무 좁아서 천체관측용으로 쓰기에는 어려운 점이 많았다. 이러한 결점을 보완하기 위해 새로운 망원경이 케플러(Kepler)에 의해서 만들어지게 된다. 1611년 두개의 볼록렌즈를 사용한 케플러식 굴절망원경이 바로 그것인데 갈릴레이식보다 시야가 넓고 높은 배율이 가능했기 때문에 천문학자들 사이에서 인기가 좋았다. 이러한 이유로 현재까지 굴절망원경은 거의 모두가 케플러식을 사용하게 된다. 하지만 당시의 굴절망원경은 대물렌즈로 볼록렌즈 한 장만을 사용하였기 때문에 밝은 행성이나 별을 관측하면 주위에 색 번짐이 일어나는 굴절 망원경 특유의 색수차가 심하게 나타났다. 이러한 문제점을 간파했던 뉴턴(Newton)은 빛을 굴절시키지 않는 망원경에 대해 연구하였다. 별빛이 렌즈를 통과하면서 색깔별로 굴절되는 정도가 다르기 때문에 정확하게 한 점에서 모이지 않고 색수차를 일으키므로 빛이 반사되는 것만을 이용한 망원경을 생각했던 것이다. 이렇게 하여 청동으로 연마한 2.5cm의 오목거울과 평면경을 사용하여 길이 15cm의 '뉴턴식 반사망원경'이 만들어진 것이다. 반사망원경의 등장이 굴절 망원경의 단점인 색수차 때문이라고 했는데, 반사망원경은 굴절 망원경 제작에서 나타나는 유리의 재질이나 구조상 비틀림의 영향을 적게 탔기 때문에 대구경화 될 수 있었다. 반사 망원경의 대구경화는 영국 황실의 음악가로 있던 윌리암 허셜(William Hersshel)에 의해 시작되어 로스(Ross)경에 이르기까지 대구경화 추세가 이어졌는데 반사경의 재료 문제로 잠시 굴절 망원경이 주도를 했었지만 도금 기술의 개발로 다시 반사망원경의 대구경화가 이루어질 수 있었다. 지금은 미국 팔로마산의 구경 5m 망원경, 소련의 6m 망원경, 단일 반사경은 아니지만 육각형 거울로 조합되어 10m 반사경의 성능을 지닌 하와이 Keck 천문대의 대형 망원경까지 만들어져 대형 망원경의 종류는 거의가 반사 망원경으로 이루어져 왔다. 망원경의 능력은 구경에 의해 결정되어짐에도 불구하고 구경이 커지면 커질수록 배율이 높아지면서 반대로 시야는 좁아져 사람들은 높은 집광력과 넓은 시야의 관측장비를 요구하게 되었는데, 1930년에 버나드 슈미트 (Bernhard Schmidt)에 의해 발명된 슈미트 카메라에 의해 굴절과 반사 광학계의 장점을 고루 갖춘 새로운 형태의 망원경이 탄생되었다. 이 슈미트 카메라는 넓은 시야의 사진 촬영에 가장 좋은 장비로서 최근에 아마추어 천문가에게 선호의 대상이 되는 슈미트 카세그레인식이라는 망원경을 낳게 되었다.

 

이 슈미트 카세그레인과 더불어 반사-굴절 광학계로서 1941년에 소련의 Maksutov에 의해 만들어진 막스토프식 망원경이 있다. 1946년 미국에서 스피츠 (Spitzer Lyman)가 천문학을 위해 강력한 로켓의 사용을 암시하면서 허블 우주망원경 (Hubble Space Telescope)에 대한 발상자가 되었다. 이로써 1990년 4월 24일 우주 왕복선 디스커버리호에 의해 허블 우주 망원경이 우주로 수송되었고 행성이나 밝은 별같은 가까이 있는 천체들에서 예견치 못했던 것들을 발견하고 있다. 이러한 망원경의 발달은 천문학에도 많은 발전이 있게 했지만, 우리 아마추어 천문가에게도 많은 변화를 가져왔다. 망원경의 대형화와 정밀화 그리고 천문학의 저변확대 등으로 많은 발전을 거듭했다. 현재 아마추어 망원경의 추세는 PC를 이용한 시스템 자동화, CCD를 이용한 화상관측 및 촬영등 전문가의 수준까지 파고들고 있다. 이제는 단순히 눈으로 볼 수 있는 가시광선 관측의 범주에서 벗어나 여러 파장의 관측도 이루어지는데, 이러한 전파망원경의 발달은 관측에 큰 장애물이었던 대기(帶氣)를 벗어난 천문위성까지 다 다르게 되었다.

 

① 굴절 망원경
볼록렌즈(대물렌즈)를 이용하여 한 점에 빛을 모으며, 이렇게 맺힌 상은 접안렌즈를 이용하여 확대하여 관측하게 된다. 접안렌즈는 교환이 가능하며 이를 바꿔 줌으로써 배율을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 따라서 배율은 망원경의 성능을 나타내는 수치는 아니다. 굴절망원경은 대물렌즈와 접안렌즈로 완전 밀폐되어 있어 경통 내부에 상을 악화시키는 공기의 흐름이 발생하지 않는다. 따라서 안정된 상을 얻을 수 있다. 그러나 대물렌즈가 프리즘의 역할을 하기 때문에 상 주변에 무지개처럼 빛이 번지는 현상이 나타나는데, 이를 '색수차'라 한다. 색수차는 굴절망원경의 최대 단점으로, 오늘날에는 색수차를 제거한 렌즈들이 만들어지고 있다.

 

ㄱ.갈릴레이식
대물렌즈 : 볼록렌즈
접안렌즈 : 오목렌즈
이것은 가장 오래되고, 가장 원시적인 형태의 망원경인데 갈릴레오 갈릴레이가 천체용 망원경으로 사용했기 때문에 그의 이름이 붙여진 것이다. 현재 이 망원경은 시야가 좁아서 천체용 망원경으로는 사용되지 않고 소형 지상용 망원경으로만 사용될 뿐이다. 이 형식은 정립상을 만들어 내는 것이 특징이다.

 

ㄴ. 케플러식
대물렌즈 : 볼록렌즈
접안렌즈 : 볼록렌즈
발명자는 요한 케플러이며 그의 저서 '굴절광학'에 이 망원경의 원리가 소개되었다. 1615년 크리스찬 샤이너가 처음으로 제작하여 태양흑점 투영 망원경으로 사용했다고 한다. 일반적으로 굴절 망원경이라고 하면 보통 이 방식을 말한다. 현재는 개량을 거듭하여 좋은 광학계들이 선보이고 있고 수차 제거도 만족할 만한 수준에 이르렀다. 이 형식은 갈릴레이식과는 달리 상하 좌우가 뒤집어진 도립된 상으로 보이지만 시야가 넓고 상이 안정되어 있으며, 또한 접안렌즈에 눈금을 넣을 수 있기 때문에 정밀한 측정을 할 수 있다.

 

② 반사 망원경
반사 망원경은 빛의 '반사'하는 성질을 이용한 것이다. 경통으로 들어온 빛은 오목반사경에서 반사되어 빛을 모으고 상을 맺게 한 후 접안렌즈로 그 상을 확대해 보게 된다. 반사 망원경에는 2개의 반사경이 사용되는데 그 각각을 주경(주반사경),
부경(부반사경)이라고 부른다. 주경은 굴절 망원경에서 대물렌즈와 똑같은 역할을 하고 부경은 주경이 모아 주는 빛의 진행 방향을 바꾸어 주는 역할을 하게 된다. 대표적인 반사 망원경의 형식은 뉴턴식이며 1672년 뉴턴이 발명하였다. 따라서
유리속을 빛이 통과하지 않으므로 색수차가 전혀 없다. 그러나 그러나 경통 안의 대류에 의해 상이 흔들리고, 해상력, 집광력이 떨어지는 단점이 있다.

 

ㄱ. 뉴턴식
주 반사경 : 포물면경
부 반사경 : 평면사경
이 망원경은 1672년에 뉴턴에 의해서 발명된 형식이다. 주반사경에 반사되어 한 점에 모아지는 빛을 중간에 설치한 부경(평면사경)으로 사용해서 밖으로 끌어낸다. 따라서 관측 위치는 경통의 앞쪽 옆방향이 된다. 이 형식은 지금도 '별을 보는 사람'들이 가장 많이 사용하고 있는데, 값이 싸고 제작도 용이하기 때문에 대부분의 관측파나 제작파들이 처음에 시도하는 망원경이다.

 

ㄴ. 카세그레인식
주 반사경 : 포물면경
부 반사경 : 쌍곡면경
이 형식은 프랑스의 카세그레인에 의해서 1678년에 발명되었다. 중앙에 작은 구멍이 뚫린 주경으로 모은 빛을 볼록한 부경으로 되반사 시켜서 경통 밖으로 빼낸다. 이 형식은 초점 길이에 비해 경통길이를 짧게 할 수 있으며 대상물을 향한 채로 관측할 수 있기 때문에 편리하다. 별상도 꽤 선명하기 때문에 천문대와 같은 대형망원경에서 많이 사용되고 있다. 그러나 부경에 의해서 빛이 가로막히는 면적이 크기 때문에 설계를 잘못하면 별상의 선명도가 크게 떨어지며, 부경 제작 문제로 단
초점비의 망원경을 제작하기가 곤란하다는 단점도 가지고 있다. ㄷ.쿠드식(=나스미스식) 3차경에서 빛을 재차 반사시켜 망원경의 극축에 따라 빛이 나오도록 제작된 망원경. 바닥에 고정이 가능하다.

 

ㄹ. 그레고리식
2차경을 오목면경을 사용하고, 주경의 초점밖에 2차경이 놓이므로 정립상이 되는 특징을 가짐.

 

③ 반사 굴절 망원경

반사 굴절식 망원경은 반사식과 굴절식의 장점을 살려서 만들어진 망원경 형식이 다. 일반적으로 반사 굴절식은 '반사의 원리'가 주로 이용되고 '굴절의 원리'는 상을 선명하게 하기 위해서 수차를 제거하려는 목적에 이용되고 있다. 대표적인 반사굴절식 망원경은 슈미트 카세그레인 망원경으로서 보정렌즈를 통과한 빛이 주반사경 (구면경)에서 모아져서 부경에서 다시 반사되어 초점을 맺히게 한다. 초점거리에 비해 경통이 길이가 짧은 것이 특징이다. 같은 구경에서 굴절 망원경 이상의 성능을 내면서 크기가 굴절 망원경의 1/3이다.

 

ㄱ. 슈미트 카메라식 주 반사경 : 구면경 부 반사경 : 없음(부경대신 사진건판) 이 형식은 독일의 B. 슈미트가 1931년에 발명한 것으로 주경을 제작하기 쉬운 구면 경으로 만든 후 이로 인해서 발생하는 구면 수차는 보정판(슈미트 보정판)으로 제 거하는 원리이다. 상이 맺히는 결상면에는 부경 대신에 사진건판을 정착해서 천체 사진만 전문적으로 찍기 때문에 '슈미트 카메라'라는 이름에 붙게 된 것이다. 이 광학계는 경통 앞끝이 막힌 관계로 상이 안정되어 보이고 주요한 수차들(구면, 코마, 비점수차)을 충분히 제거했기 때문에 상이 매우 선명한 것이 특징이다. 또한 초점비가 아주 작게 해서 밝은 상을 얻을 수 있기 때문에 천체 사진 촬영에 뛰어난 성능을 발휘한다. 다만 복잡한 모양의 슈미트 보정판을 만들기가 까다롭고 큰 구경의 망원경을 제작하는 데 한계가 있다는 것이 아쉬운 점이다. 그리고 심한 상면 만곡으로 인해서 필름을 휘어 주는 장치가 필요하다.

 

ㄴ. 해밀턴식 대물렌즈에 의해 모여진 빛을 오목면경으로 다시 초점을 늘려 사경에 의해 경통밖에 초점을 맺게 하는 방식이다.

 

ㄷ. 막스토프식

주 반사경 : 구면경

부 반사경 : 구면경

 

이 형식은 1941년에 소련의 D.D 막스토프가 발명한 훌륭한 광학계를 가진 망원경이다. 주경을 구면경으로 만들고 이로 인해 발생하는 구면수차는 보정판(막스토프보정판)으로 제가 한다. 막스토프 보정판은 '휘오목 구면렌즈'형태로 되어 있는데 앞에서 설명한 슈미트 보정판보다 제작하기가 쉬워서 많은 자작파들이 직접 자작하곤 한다. 이 망원경은 앞이 막힌 관계로 상이 안정되어 보일 분만 아니라 뛰어난 수차 제거로 인해서 별상이 매우 선명한 것이 특징이다. 크기도 작고 콤팩트하고... 즉 슈미트 광학계와 성능이 거의 비슷하다는 건데 그러나 보정판의 제작은 슈미트의 것보다 훨씬 용이하다는 것이 커다란 장점이다.

 

2. 가대의 종류에 의한 분류
천체 망원경은 배율이 10배만 넘어가도 장치대 없이는 망원경을 사용하기가 곤란하다. 또한 광학계가 완전하더라도 가대(Mount)가 견고하지 않으면 흔들림등으로 인해서 성능을 제대로 발휘할 수 없다.

 

① 경위대식
경위대식은 구조가 간단하여 사용이 간편하고 목적하는 별을 시야에 넣기가 쉽다. 그리고 설치 후에 극축맞추기와 같은 별도의 작업 없이도 곧바로 별을 관측할 수가 있다. 이것은 상하와 수평방향(방위축, 고도축)의 조작을 하여 별을 찾는 방식이고, 가격도 저렴하여 초보자들에게 적당하다. 그러나 별의 일주운동 때문에 관측하던 별이 시야에서 벗어나 버린다. 그래서 경위대식 장치대를 가진 망원경은 상하, 좌우로 두 번 움직여서 별을 다시 시야 중앙으로 집어넣어야 한다. 즉 두 가지 축을 모두 움직여 주어야 한다. 이것은 상당히 인내가 요구되는 작업이며, 사진을 찍기에도 불편하다. 이러한 문제점을 해결코자 나온 것이 적도의식 장치대이다. 하지만 요즘에는 망원경 제어 기술이 발달했기 때문에 새로 만들어지는 천문대급의 대형 망원경에서는 튼튼하고 제작이 용이한 경위대식이 각광을 받고 있다.

 

② 적도의식
경위대식의 단점을 보완하고 사진 촬영의 필요성을 해결하기 위해 적도의식 장치대가 개발되었다. 적경축과 적위축이라는 두 축으로 구성되어 있고, 이 중 하나는 지구의 자전축과평행하게 설치되어 있는데 이 축을 극축(적경축)이라 한다. 이렇게 되면 지구가 도는 방향으로 경통을 돌릴 수 있기 때문에 적경축 하나만 돌려도 시야에서 벗어나는 별들을 다시 중앙에 넣을 수 있다. 또한 극축에 모터를 달면 시야에서 별이 벗어나지 않도록 자동으로 추적할 수 있으므로 관측자는 다른 것에 신경 쓸 필요 없이 별만을 관측할 수 있고, 장시간 노출을 주어 천체 사진도 찍을 수 있는 것이다. 다른 하나의 회전축인 적위축은 극축에 수직으로 부착되어 있다. 하지만 적도의식은 경위대식에 비해 값이 비싸고 무게가 많이 나간다는 단점도 가지고 있다.

 

Ⅰ-6 접안렌즈
접안렌즈는 대물렌즈에 맺힌 상을 확대하는 역할을 한다. 초기에는 볼록렌즈 한장으로 되어 있었으나, 수차의 제거, 시야의 확대 등을 위해 두 장 이상의 렌즈를 조합하여 사용한다.

 

1. 렌즈와 거울의 역할
크게 Negative Eyepiece(부)와 Positive Eyepiece(정)의 두 부분으로 나눌 수 있다. 접안렌즈의 위치는 사출동공의 위치에 있어야 하며, 관측 시 사람의 눈동자를 이 위치에 두어야 -접안렌즈의 위치와 눈동자 위치 사이의 거리를 eye relief라 함- 한
다. 한편, 두 개의 렌즈를 사용하는 접안렌즈의 합성 초점의 길이는 다음 공식으로 정해진다.

 

     합성초점길이 = ff * fe / (ff+ fe - d)
ff : 대물렌즈의 초점길이   fe : 접안렌즈의 초점길이
d : 두 렌즈사이의 간격

 

2. 시야
망원경에서 언급되는 시야의 종류는 두 가지로서, 실제 우리가 보고 있는 부분의 크기를 나타내는 실시야와, 우리가 접안렌즈를 통해서 볼 때 얼마나 넓은 각도로 상을 보게 되는가의 정도를 나타내는 겉보기 시야가 있다. 실시야는 망원경의 배율
에 의해 결정되지만, 겉보기 시야는 접안렌즈의 성능에 달려 있다. 한 장의 렌즈 시야가 좁은 이유는 비네팅(상의 모서리에서 빛의 손실) 때문이다. 여러 장의 접안렌즈 중에서 가장 앞쪽의 렌즈(시야렌즈, field lens)가 이런 비네팅을 보정해 줌으로써 시야가 넓어지므로 시야 렌즈를 크게 만들거나, 두 렌즈 간의 거리를 짧게 해 줌으로써 시야를 넓힐 수 있으나, 렌즈가 커짐에 따라 수차가 증가하므로 한계가 있다.

 

3. 종류
① 호이겐스형
두 장의 볼록 평면렌즈로 구성되어 있다. 굴절망원경용으로 사용되며 태양관측에 널리 이용된다.

 

②람스덴형
두 장의 볼록 평면렌즈가 서로 마주보고 있다. 시야렌즈의 흠집이나 먼지가 선명히 보이는 결점이 있으나, 색수차가 잘 제거되고 시야렌즈 앞에 십자선을 넣을 수 있는 장점이 있다.

 

③케르너형
저배율과 중배율에 적합하다. 시야가 넓고 상이 선명하나, 허상이 발생하므로 렌즈에 코팅을 하며, 색지움렌즈를 쓰고 있다. 쌍안경의 접안렌즈로 많이 사용된다.

 

④프뢰셀형
기본 구조는 람스덴과 같으나 색소렌즈를 사용하는 고급품에 속하며, 행성관측에 많이 이용된다.

 

⑤어플형
2-3개의 이중 무색 수차렌즈를 가지며 시야가 넓다. 쌍안경이나 고급 천체망원경에 사용된다.

 

⑥오르도스코픽형
기본 구조는 람스덴형으로 초점거리가 가장 짧으며, 접안렌즈 중 최고급품으로서 넓은 시야와 훌륭한 색보정으로 주로 고배율에 사용된다.

 

4. 좋은 접안렌즈란?
① 수차의 발생이 적은 것
② 겉보기 시야가 넓은 것
③ 긴 Eye Relief를 가질것
④ 여느 망원경에도 잘 사용될 수 있는 것
⑤ 코팅이 잘 되어 있는 것
⑥ 흔들어 볼 때 소리가 안 나는 것
⑦ 가격이 적당한 것

 

5. 천정 프리즘
삼각대의 높이가 천체를 관측하기에 적당하지 않을 때, 즉 너무 낮거나 너무 높거나 한다면 편한 자세로 천체를 볼 수가 없게 된다. 대부분의 망원경들에는 오른쪽에 천정 프리즘이라 불리는 작은 액세서리가 부착되어 있어 이러한 불편함을 덜어
주고 있다. 이 천정 프리즘은 정립상이 보이도록 아이피스들을 드로튜브에 부착하는 부속품이다. 이것을 이용한다면 관측방향을 자유롭게 조정할 수 있어 아주 편리하다. 그러나, 광선을 산란시키고 광손실을 일으키는 단점이 있다.

 

6. 아이피스 보관법
모든 광학기계와 마찬가지로 습기가 적고 통풍이 잘 되는 곳에 보관토록 한다. 만일 이물질이 끼면 모래 등은 블로어 등으로 불어내고 부드러운 천으로 닦아준다. 특히, 접합렌즈의 경우에는 알코올을 사용할 경우 접합이 떨어질 우려가 있으므로
사용을 피한다. 관측 도중 아이피스를 코트 주머니에 넣는수가 있는데, 이 역시 좋지 못한 습관이다. 사용한 아이피스는 반드시 상자에 넣어 두도록 한다.

 

Ⅰ-7 천체촬영 장비
1. 사진기
천체 사진 촬영용 카메라는 렌즈 교환이 가능하고, B셔터나 T셔터가 있는 수동형 카메라라면 어느 것이나 좋다. 장시간 노출을 필요로 하기 때문에 전자동 카메라는 쓸 수 없다. 망원경에 부착하여 사용할 것을 대비하여 되도록 가벼운 것을 사용하고, 삼각대에 고정할 수 있는 나사 구멍도 있어야 한다. 렌즈를 교환해 가면서 자신이 원하는 범위와 배율로 천체를 사진에 담도록 한다.

 

▶ 천체 사진에 적합한 카메라는?
현재 시판중인 카메라 중 천체사진에 비교적 적합한 카메라의 종류는 Canon New F-1, Contax S2, Nikon F3, Olympus OM4-T, Pentax K 1000, Leica R6.2등이다. 이들 카메라는 모두 B셔터 설정 시 기계적 셔터 작동을 하므로 전지의 소모나 저온에 의한 전지효율 저하가 없는 카메라들이다.

 

2. 렌즈
사진기의 렌즈부는 일반적으로 렌즈, 조리개, 초점 조절장치 등으로 구성 된다. 조리개란 렌즈면을 얼마나 개방해서 빛을 받아들일 것인가를 조절하는 장치이며, 그 정도는 f수로 나타낸다. 일반 렌즈는 고정된 초점 길이를 가지며 구경은 최대 구경 내에서 조리개에 의해 조절되므로 f수를 필요에 따라 변화시킬 수 있다. 천체 사진의 경우는 대부분 조리개를 많이 연 상태로 찍게 되는데 가장자리 부근에 수차가 일어나기 쉬우니 조심해야 한다. 초점길이가 50mm인 일반 표준렌즈를 기준으로 그 이하를 광각, 그 이상을 망원렌즈라 한다. 망원경에는 고유 초점거리와 f수가 있는데 이에 따라 화각의 결정, 노출 시간의 선택 등의 사항은 일반 렌즈와 거의 같다.

 

3. 필름
필름의 감도란, 필름이 일정량의 빛에 얼마나 빨리 반응하는가를 나타내는 것으로 ASA(또는 ISO) 번호로 나타낸다. ASA 100 미만의 것을 저감도, 100-200의 것을 중감도, 400 이상의 것을 고감도라 한다. 감도가 높을수록 어두운 대상을 찍을
때 유리하지만 감광 입자가 커지고 선명도가 떨어지게 된다. 일반적으로 흑백, 슬라이드, 저감도 필름일수록 입자가 곱다. 보통 인물 사진에 쓰이는 필름은 ASA 100이고, 태양이나 달 등의 대상은 15, 25 등의 저감도 필름을, 유성 관측시에는 ASA
1000 이상의 고감도 필름을 사용한다.

 

4. 삼각대
카메라를 얹었을 때 움직이지 않도록 견고해야 하며, 카메라의 시야를 자유자재로 변경할 수 있도록 된 것이 좋다.

 

5. 릴리즈(Release)
셔터 부분에 연결할 수 있도록 만든 일종의 케이블로 셔터 작동시 손에 의한 진동을 방지해 주고 장시간 노출 시 사람이 오랜 시간 동안 셔터를 누르고 있어야 하는 불편함을 대신해 주는 필수 장비이다.

 

6. 필터
① 태양관측용 필터
태양 빛은 매우 밝아 맨눈으로나 망원경을 통해 볼 경우 실명의 위험까지 있다. 따라서 태양 빛을 감광시켜주는 필터를 사용하는데, 용접용 필터(값싸고 녹색 상이긴 하지만 상이 깨끗하지 못함)와 D4(1/10000 감광), 그리고 ND 400 (1/400 감광)등이 있다. 필터 사용 시 깨어지지 않게 조심해야 실명의 위험이 없고, 필터를 통해 너무 오랫동안 관측을 하지 않도록 한다. 접안렌즈는 호이겐스형을 사용하는 것이 좋다.

 

② 대광해 필터(Light Pollution Rejection Filter)
LPR 필터는 도심의 인공광(수은등, 나트륨등)과 관측 대상 주변의 하늘 빛을 차단해 주는 역할을 함으로써 선명도를 높여준다. 대표적인 LPR 필터는 Lumicon사의 Dsp가 있다. 이것은 성운, 성단의 관측에 유리하나, 다른 필터에 비해 내구성이 약하하다. 대광해 필터 외에 색필터가 있다. 이것은 행성 관측이나 월면, 태양관측에 적합하다.

 

Ⅰ-8 천체촬영 방식
1. 고정 촬영법
천체사진을 처음 찍어보는 초보자들에게 알맞는 방법으로, 사진기의 시야를 한 곳에 고정시켜 놓고 적당한 노출을 주어 별이나 별자리의 움직임을 찍거나, 짧은 노출을 주어 하늘의 움직임이 나타나지 않도록 찍는 것을 말한다.

 

① 고정초점방식
우선, 어두운 장소를 골라 삼각대 위에 사진기를 연결하고 사진기에 릴리즈를 부착한다. 필름은 ASA 400 이상의 고감도를 사용한다. 설치 후 찍고자 하는 별자리를 향해 구도를 잡는다. 조리개는 되도록 개방하고 초점은 무한대로 놓는다. 릴리즈가 잠금장치가 되어 있는 상태에서 렌즈 앞을 검은 물체로 가린 다음 릴리즈를 누르고 조심스럽게 치운다. 적정 노출 시간이 지나면 다시 앞을 가리고 릴리즈를 푼다. 렌즈 앞을 가리는 이유는 셔터 작동 시 진동에 대비하기 위해서다. 노출 시간은 초점거리와 별자리의 적위에 따라 다르나, 보통 50mm 렌즈에 적도 부근 별이라면 14초 정도면 적당하다. 좋은 결과를 얻기 위해서는 사진이 찍히는 시야의 범위(사각, 寫角)를 알아두어야 하는데, 시야는 초점거리에 따라 달라진다. 초점거리가 짧은 광각렌즈의 경우에는 처녀자리나 큰 곰자리 등의 넓은 범위의 별자리를 담을 수 있으나 초점거리가 긴 망원 렌즈의 경우로는 좁은 범위의 하늘 밖에 담을 수 없다. 그러므로, 자신의 사진기에 맞는 사각의 범위와 노출시간을 알아두자.

 

② 일주촬영방식
흔히 Trail 사진이라고 부르는 것으로 노출 시간이 길기 때문에 지구의 자전에 의한 별의 흐름이 직선 또는 곡선으로 나타나게 된다. 찍는 방법은 고정초점 방식과 동일하나, 노출 시간은 원하는 별 이미지의 길이에 따라 5분-4시간까지 다양하게 선택할 수 있다. 셔터를 열어놓는 시간이 길므로 필름의 감도가 ASA 400을 넘는 것은 결코 좋지 않고, 조리개도 두 세단계 줄이는 것이 좋다. 이 방식의 장점은 별 고유의 색을 포착할 수 있다는 데 있다. 주위 배경과의 조화를 생각해 근사한 건물이나 나무 등을 넣어 좋은 구도를 잡는다면 훌륭한 작품이 나오겠다. 별의 일주 운동은 하늘의 적도 부근에서 가장 크게 나타나고 북극이나 남극에 갈수록 점점 작아진다. 따라서, 극에 가까울수록 별빛이 필름 면의 한 곳에 머무는 시간이 길어져 같은 조건에서 적도 부근을 찍었을 때보다 훨씬 어두운 별까지 촬영할 수 있다. 일주운동으로 그어지는 별의 광적은 하늘의 북극 부근에서는 원형에 가깝고, 적도상의 별은 일직선이 된다. 동쪽에서 뜰 때와 서쪽에서 질 때의 각도는 연직선(천정)에 대해서 그 장소의 위도만큼 남쪽으로 기운다. 예를 들어, 북위 37도 지방에서는 남쪽으로 37도만큼 기울게 된다. 따라서, 촬영지의 위도를 고려하여 여러 아이디어를 가미한 사진을 찍는 것도 좋은 방법이겠다. 가장 재미있는 대상인 북극성 부근은 8-10시간 정도 노출을 주면 거의 원형상이 되므로 조리개를 F8 - F11정도 조여준 상태로 8-10시간 장시간 촬영도 해 볼만하다.

 

2. 가이드 촬영법
더 어두운 별까지 장시간 흐르지 않게 촬영하는 방법이 가이드 촬영이다. 이 경우, 그 지점의 위도에 맞게 가대를 기울여 지구 자전 방향과 같은 방향과 속도로 별을 추적하는 장치인 적도의 망원경을 사용한다. 망원경에 카메라를 부착하여 천체를 촬영하는 방법에는 여러가지가 있지만, 여기서는 널리 쓰이는 방법 3가지만 소개하겠다.

 

① 피지백(piggy back) 방식
회전하는 경통 부분에 사진기를 설치하여 주 망원경을 가이드 망원경으로 이용하여 촬영하는 방식이다. 카메라 렌즈를 교환해 가면서 여러 가지 대상을 찍을 수 있는 장점이 있다. 이 방법을 이용하는 경우, 극축을 잘 맞추고 노출 시간에 맞게 f 수를 적절히 고려해야 한다.

 

② 직초점 방식
망원경의 접안렌즈와 사진기의 렌즈를 제거하고 어댑터를 이용하여 직접 망원경의 접안부에 카메라를 부착시켜 대물렌즈에 의해 생긴 상이 직접 필름에 맺히게 하여 망원경의 대물렌즈가 사진기의 렌즈 역할을 하는 방식이다. 이 방식은 접안렌즈를 사용하지 않으므로 렌즈의 수차에서 오는 영향이 없어 선명한 상을 얻을 수 있으므로 천체 사진에서 가장 기본적이고 많이 사용된다. 사진을 찍는 동안 주망원경을 볼 수 없으므로 반드시 보조망원경을 이용해 추적되는 정도를 판단하고 보정하여 사진을 찍도록 한다. 달, 성운, 성단 등의 촬영에 사용된다.

 

③ 투영 방식(볼록렌즈)
직초점 방식에서 어댑터에 접안렌즈를 끼워 초점거리를 연장하여 찍는 방식이다. 이 방식은 합성 f수와 합성 추점거리가 크므로 어두운 대상을 오래 추적하는 것은 어렵고, 밝은 대상인 월면의 확대 촬영이나 행성 촬영, 특히 목성이나 토성 촬영에
는 적격이라 하겠다.