5. 천체망원경의 특성을 알려주는 f수

 천체망원경의 성능을 쉽게 파악할 수 있는 요소는 구경과 초점거리이다. 이 두 가지가 복합적으로 결합된 수치가 초점비 또는 구경비로 표현되는 f수이다.

 망원경의 구경은 빛을 모으는 역할을 하는 대물렌즈나 반사경의 크기를 의미하며 빛의 양을 결정하는 요인으로 망원경에서 가장 중요한 수치이다. 즉 얼마나 어두운 천체를 볼 수 있는가를 결정하는 중요한 요인이다.

 구경만큼 중요한 다른 한가지 요소는 렌즈의 광학적 성능이다. 구경이 커도 광학적 품질이 떨어지면 좋은 상을 얻을 수 없게 된다. 구경이 작아지면 망원경의 무게와 부피가 줄어들 뿐만 아니라 제작비용이 감소하여 가격도 저렴해진다. 구경이 크면 클수록 초점거리는 길어지고 부피가 커지기 때문에 특히 사진관측에서는 휴대성이 크게 떨어지게 된다.

 구경의 크기는 mm나 인치 단위로 나타내는데 1인치는 25.4mm에 해당한다. 4인치의 구경이라면 101.5mm로 약 100mm에 해당한다. 계산을 쉽게 하기 위해서 1인치는 25mm로 어림잡아 계산한다.

  렌즈나 반사경의 특성에 해당하는 또 다른 요소인 초점거리는 대물렌즈나 대물경으로부터 초점이 맺힌 곳까지의 거리를 의미한다. 굴절망원경과 달리 2차적인 반사경을 사용하는 반사망원경의 경우에는 초점거리에 비해서 경통의 길이가 짧게 제작이 가능한데 카세그레인식이나 막스토프식 망원경이 이에 해당한다.

 망원경의 특성은 위의 두 가지 요소인 구경의 크기와 초점거리로 계산되는 값을 알면 쉽게 파악할 수 있다. 초점비를 f수라고 하며 망원경의 초점거리를 구경으로 나눈 값이다.

초점비(f 수)=대물렌즈(대물경)의 초점거리(mm) / 대물렌즈(대물경)의 구경(mm)

 예를 들어 대물렌즈의 초점거리가 1200mm이고 구경이 200mm이면 f수는 6이다. 이를 초점비 f/6 또는 구경비 f=6으로 표현한다. 즉 f/6 이나 f=6이나 같은 의미로 생각해도 된다. f수의 개념은 아래 그림을 통해서 쉽게 이해할 수 있다.

 망원경의 대물렌즈에 의해서 형성된 초점에서 대물렌즈를 통해서 천체를 관측할 때 관측시야의 크기는 구경에 비례하게 된다. 즉 구경이 클수록 하늘을 넓게 관측할 수 있다.

 만일 다음 그림처럼 구경의 크기(D)는 같고 초점거리만 달라지는 경우라면 b의 초점거리에 비해서 a의 초점거리에서는 대물렌즈(창문이라고 생각하면 쉽다) 쪽에 가까이 접근하므로 시야가 넓어지고 보이는 상이 더 밝아지게 된다.

그림 5-1 f수와 상의 밝기와의 관계                                        그림 5-2 초점비와 배율과의 관계도                     

 결과적으로 구경이 같은 경우엔 초점거리가 짧은 경우(La)가 추점거리가 긴 경우(Lb)보다 즉, f수가 작은 망원경에서 시야가 넓고 상이 밝게 관측된다. 상이 밝다는 것을 들어오는 빛의 양이 많다는 것을 의미하고 사진관측의 경우 f수가 작은 망원경을 사용할 경우에 노출시간을 줄일 수 있기 때문에 어두운 천체를 촬영할 때에 효과적이다. 그러나 f수가 작은 렌즈는 각종 수차가 발생하기 쉽기 때문에 수차를 줄이기 위한 고급 재질의 렌즈를 사용해야 하고 이에 따른 제작비가 많이 드는 단점이 있다. 따라서 일반적으로 사용하는 천체망원경의 f수는 10정도 인경우가 많다. 구경비 즉 f수에 따라서 적절한 관측대상이 달라지는데 대체로 구경비 8정도를 기준으로

높은 구경비(f/8이상) - 일반적으로 고배율 관측이 쉬운 편이지만 망원경의 시야가 좁고 상이 어두워지므로 달, 행성 등 밝은 천체에 적합하다. 이런 종류의 망원경을 사용하여 사진촬영을 할 때에는 관측 시야가 어두워서 노출시간을 상대적으로 길게 해야 되기 때문에 사진을 찍는데 시간이 많이 걸리므로 구경비가 큰 망원경을 느린 광학계라고도 표현한다.

낮은 구경비(f/8미만) - 고배율관측은 다소 어렵지만 상대적으로 시야가 넓고 밝기 때문에 성단, 성운, 은하 등 어두운 천체의 관측에 적합하다. 구경비가 큰 망원경에 비해서 상대적으로 사진촬영 시 노출시간이 짧기 때문에 빠른 시간에 사진을 얻을 수 있어 빠른 광학계라고도 한다.

 일반적으로 구경이 클수록 구경비가 작아진다는 것을 알 수 있다. 즉 구경이 크면 더 많은 빛을 받아들여 시야가 밝아진다.

다음은 카메라의 ISO설정을 동일한 조건 촬영했을 때 같은 양의 빛이 들어오는 f수와 노출시간을 표로 나타낸 것이다.

표 5-1 f수와 카메라의 노출시간과의 관계

                                                           그림 3-9 : 각종 광학계와 카메