3. 천체사진 촬영 업그레이드

  적도의 구성 및 설치

 앞에서 이미 적도의의 설치 방법과 극축을 맞추는 과정은 설명하였기 때문에 긴시간 초출이 필요한 딥스카이 천체 사진촬영시에 추가로 고려해봐야할 사항을 몇가지 추가하면 다음 내용과 같다. 
 적도의를 성치할 때 수평을 유지하도록하는 수준기가 없을 경우 별도의 수준기를 구하여 삼각대 설치 단계에서 수평을 정확하게 유지할 수 있도록 한다(그림 3-1).
 삼각대에 적도의를 결합하고 경통과 무게 추 그리고 카메라등 나머지 관측 및 촬영용품을 결합한 다음 경통과 추의 균형을 맞추고 경통자체의 균형을 맞춘다. 이 단계에서 경통의 균형을 맞출 때 경통 앞부분과 접안부와의 균형을 맞추는 것에서 끝네는 것이 아니라 경통의 지면과 직각으로 세웠을 때의 균형도 맞추어야한다. 곁옹에 부착된 탐색경과 카메라에 의한 무게 중심의 변화를 고려해야만 정확하게 균형을 맞출 수 있게 된다(그림 3-1).

                                                   그림 3-1 수준기와 경통 균형 맞추기위한 세팅 

또한 정확한 극축 정렬도 필수적이다. 극축망원경은 적도의에 따라 기본으로 설치된 경우도 있고 추가로 설치해야하는 경우도 있다. 성능이 좋은 극축망원경은 표류이탈 방법의 극축정렬을 하지 않고 극축망원경을 사용한 극축정렬만으로도 어느 정도의 사진촬영을 위한 노출이 가능하다. 그러나 긴 초점 거리의 망원경을 사용하여 고배율로 오랜 시간 노출 사진 촬영을 할 경우 표류이탈 방법을 이용하여 극축망원경만을 이용한 극축정렬시에 나타나는 작은 오차를 보정해야한다.
 극축정렬 장치와 프로그램을 이용한 정밀한 극축 정렬 방법은 앞에서 설명했으며 그 내용을 다음 링크에 제시하였다.
                                             http://www.astrozoom.net/techniques_2_step1-1.htm
 

 경통 보조 장비 추가

 * 포커서(접안부) - 품질이 좋은 접안부는 안시나 사진관측에 유용하게 사용된다. 포커서는 초점조절나사와 접안렌즈가 끼워지는 원통 부분으로 구성되며 접안부의 흔들림이나 흘러내림이 발생하지 않도록 접안부를 고정하는 고정나사가 부착되어있다. 좋은 사진을 만들기 위해서는 좋은 접안부는 필수적이다. 접안부가 불량하면 초점을 맞추는 동안 이미지의 흔들림이 생기고 초점이 달라질 수가 있다. 일단 한번 고정되면 움직임이 없이 견고해야한다. 사진 촬영을 위해서는 대부분 2인치 접안부가 사용된다. 그러나 1.25인치 접안부에 비해 2인치 접안부에 사용되는 렌즈와 필터 등의 광학계의 가격이 비싼 것이 단점이다.
 접안부는 방식에 따라서 랙, 피니언 방식과 크레이포드 방식으로 구분되는데 랙, 피니언은 접안부 조절나사와 접안부 튜브가 마찰에 의해서 움직이는 것으로 부드럽고 유격이 없이 움직이는데 단점은 사진촬영시 무거운 카메라가 접안렌즈 대신 연결되면 미끄러지거나 조정이 안되는 단점이 있다. 반면에 랙, 피니언 방식은 나사산을 이용하여 조정하는 것으로 나사산의 정교함에 따라 유격이 발생할 수 있지만 천체사진촬영에서 접안부에 무거운 카메라가 결합될 경우에 더 적합한 방식이다. 따라서 촬영용 망원경의 접안부가 크레이포드 방식이면 이를 랙, 피니언 방식으로 교체하는 것이 더 안정적이다.

                                              그림 3-2 좌측부터 크레이포드(Cryford), 랙 피니언(Rack & Pinion), 전동식 접안부

 * 전동 접안부 - 전동 접안부는 사진관측을 위해서 꼭 필요한 장비는 아니다. 그러나 전동 접안부로는 더 쉽게 초점을 맞출 수 있다. 관측하고자 하는 별이 프레임 안에 선택이 되면 별의 크기, 밝기가 수치로 나타나며 초점이 자동으로 조절되고 초점이 맞추어지면 그에 해당하는 수치가 기록되는 디지털 전동 포커서도 사용되고 있다.  특히 전동포커서는 주경이 움직이는 방식의 슈미트-카세그레인 방식의 망원경에 사용하면 효과적이다.

필터(Filter)

 천체사진촬영에서 고급단계로 진입할 때 사용하는 것중의 하나가 필터이다. 필터의 목적은 촬영에 필요한 영역의 파장 빛만을 투과시켜 사진이미지의 대비효과를 크게하는데 있다. 필터를 처음 사용하는 단계에서는 광해제거 필터가 일반적이다.
 
  * 광해 필터 - IDAS LPI 와 같은 필터는 인공적으로 만들어진 빛의 파장을 걸러내지만 별에서 오는 빛의 영역은 투과시킨다. 밤하늘의 광해로 노출이 1분 정도로 제한된 상황의 경우 광해 필터를 사용하면 3분에서 최대 5분까지 노출시간을 증가 시킬 수 있다. 그러나 관측 시야가 어두워지기 때문에 어두운 천체를 촬영할 경우에는 노출시간을 길게 해야 하고 대상을 찾아 초점을 맞추는데 어려움이 발생한다.

  * 색수차 제거 필터 - 이 필터는 아포크로매틱 렌즈가 아닌 굴절망원경이나 카메라렌즈의 푸른색파장 밖의 짧은 파장을 걸러내는데 사용한다. 아포그로매틱 렌즈가 아닌 경우 빛의 파장에 따른 렌즈의 굴절율의 차이로 짧은 파장 영역인 푸른색 파장의 빛이 초점이 어긋나는 경우가 발생하여 별상 주위에 푸른 띠를 형성하게 된다.

 * 자외선/적외선(UV/IR) 필터 - 자외선 필터는 푸른색보다 더 짧은 파장영역인 자외선 영역의 빛을 적외선필터는 붉은색 보다 더긴 파장영역인 적외선 영역의 빛을 차단하여 가시광선의 영역의 빛을 뚜렷하게 하기 위해서 사용된다.

 
* 효과 필터 - 이들 필터는 렌즈 앞에 부착하여 밝은 별 주위에 뿌연 안개 효과를 나타내어 별자리 촬영시에 밝은 별을 돋보이게 하는 효과를 주는 안개(Diffuser)필터와  r굴절망원경에서 뉴토니안 망원경의 십자모양의 사경 지지대로부터 얻어지는 십자 모양의 별빛 상을 만들어내기 위한 별빛 형상 필터가 대표적이다.

 * 색 보정 필터 - 이 필터는 색유리 또는 간섭 필터이다. 이필터는 red, green, blue 삼색 이미지를 만들기 위해 사용되며 흑백 필름 그리고 CCD 카메라에서 사용된다. 흔히 L, R G, B 필터라고 하며 Cyan, Magenta, Yellow 필터는 CMY 색을 만들기 위해서 사용된다. 기타 다른 색 필터는 색을 보정하기 위해서 사용될 수 있는데 푸른 수은 등에 의한 광해가 심할 경우 사용되는 15CC magenta 필터가 이에 해당한다.
 

 * 협역 필터(Narrow band)- 이 필터는 Ha, O₃, Hβ, S₂ 와 같은 영역의 3~5nm의 빛을 선택적으로 투과 시킨다. 이들 필터는 해당 파장과 배경하늘의 대비효과를 증가시키는 역할을 하며 주로 CCD 카메라와 함께 사용되어진다. 이중 가장 많이 사용되는 것이 수소영역(Hα)필터이다.
 Ha 선은 붉은 색 계열의 발광성운에서 방출되는 빛의 파장영역이다. 딥스카이를 촬영하기 위한 Hα필터는 두 종류가 있다. 하나는   Hα선에 해당하는 656.3nm 보다 짧은 영역의 파장을 차단시키고 그 이상 파장의 빛은 90% 정도 투과시키는 차단 필터이고 다른 하나는 3~15nm 폭의 Hα 선만을 투과시키는 좁은 영역의 Hα필더이다. 이 필터는 Ha 선을 방출하는 성운과 배경 하늘사이의 대비효과를 크게 하지만 긴 노출시간을 필요로 한다. 이 필터는 주로 CCD 카메라를 사용하여 사진을 촬영하고자 할 때 사용된다. 또 다른 하나의 아주 좁은 파장영역의 Hα필터는 태양관측에 사용되는데 1nm이하의 빛만 투과시킨다. 이 필터는 대물렌즈 앞에 설치하여 강한 에너지선을 미리 차단하도록 사용되며 투과 파장영역은 0.2-0.6nm 범위이다.

그림 3-3 LRGB 색필터(좌)와 협역대 필터(우)와 각각의 투과 파장 그래프

그림 3-4 디퓨져 필터를 카메라에 부착한 사진(좌), Hα필터 영역 태양필터(우측 위)와 흑점필터(우측 아래)

천체사진촬영을 위한 필터에 대한 이해

딮 스카이의 이미지를 향상 시키는 위해서 사용하는 필터는 여러 가지 종류가 있다. 아래 그림은 광해필터(LPS, Light Pollution Suppression)를 사용한 결과를 보여주는 예이다. 많은 사람들이 광역대의 광해필터는 광해가 심한 곳에서 촬영할 경우에 사용한다고 생각하지만 광해가 적은 어두운 하늘에서도 매우 유용하게 쓰인다.

그림 3-5 5분 노출한 사진(Non filter, 좌)과 광해필터를 부착한 5분 노출사진(LPS P2, 우)

처음 사진은 필터 없이 5분 노출 촬영을 한 것이고 두 번째는 광해 필터를 끼우고 5분 노출을 하여 촬영한 것이다. 이 사진 촬영 지역은 광해가 적은 지역이다.

 이들 필터는 인공적인 빛에 의한 광해를 대폭 감소시키고 광해가 적은 어두운 지역에서도 상층 대기층의 이온화된 산소에 의해 나타나는 538nm, 603nm 파장에 해당하는 산소연소에 의한 발광현상을 감소시킨다.   이러한 자연발생적인 빛들도 하늘을 뿌옇게 하는 역할을 한다. 광해필터는 오리온에서 방출되는 약 550 ~ 650nm 파장 영역의 빛을 차단한다. 광해필터는 도시 주변의 나트륨등과 수은 등에서 방출되는 광해를 차단하지만 656.3nm에 해당하는 Hα선, 510nm 의 O₃선 486nm의 Hβ와 같이 발광 성운으로부터 방출되는 주요한 파장영역의 빛은 90% 이상을 통과시킨다.   이러한 광해 필터는 인공 또는 자연적인 광해와 불필요한 파장영역의 빛을 효과적으로 차단시키고 성운에서 방출되는 주된 파장 영역은 투과시키기 때문에 하늘이 촬영한계점(sky fog limit)에 도달하기 전까지 긴 시간 노출을 가능하게 한다.

  촬영한계점은 광해에 의해서 이미지에 뿌옇게 누적되어 기록된 밀도로 정의되는데 기록된 관측 대상에 비해서 광해에 의한 밀도가 초과되기 시작하는 때를 의미한다. 촬영한계점은 필름의 반응도, 필터링의 정도, 자연 광해의 양, 망원경의 특성, 대기의 투명도, 관측지의 고도와 같은 요인에 따라 다양하게 나타난다.

  하늘에서 나타나는 광해는 이러한 필터에 의해서 걸러지기 때문에 필터를 사용하지 않았을 때 보다 촬영한계점에 도달할 때까지 더 긴 노출을 할 수 있는데 일반적으로 2~3배의 더 긴 노출 시간을 얻을 수 있다. 따라서 관측 대상에서 더 많은 정보를 얻을 수 있다. 그러나 광해 필터의 경우 550~650nm 영역에 해당되는 파장의 빛을 걸러내기 때문에 이 영역의 방출선을 갖는 발광성운에서는 해당 영역 파장의 빛이 감소되어 들어오므로 이런 종류의 성운을 촬영하는 데에는 효과가 감소한다. 또한 다른 별에서 방출된 빛을 반사하여 빛을 내는 반사 성운에서도 이들 필터의 사용은 적절하지 않다.

그림 3-6 광해 필터만을 사용하여 촬영한 베일성운(좌)과 Hα필터를 사용한 베일성운(우) 사진 비교

그러나 관측지가 인공조명에 의한 광해가 심한 곳이라면 발광성운이나 반사성운 촬영에도 이들 필터를 사용하는 것이 더 효과적이고 Hα필터를 사용할 경우 광해에 의한 영향을 거의 제거할 수 있다. 그러나 Hα 필터의 특성과 관측하고자하는 천체의 특성을 파악하여 사용해야 한다. 광해필터(LPS)는 간섭 필터이고 광각렌즈를 사용했을 때 지는최적의 결과 보다 약간 못 미치는 결과를 보여준다. 이효과는 초점거리 50mm 정도에서 관측할만한 것으로 얻으면서 시작된다