시리우스 이렇지 않을까요? 2(답변 포함입니다)

건호씨와 준화님의 질문에 제 생각을 말씀드리겠습니다. 황교수님 말씀은 건호씨의 질문과 비슷한 것같습니다.


(질문)

1. 배율을 올리면 에어리디스크도 따라서 커져 보입니다. 맺은 초점상을 확대하기 때문이죠. 따라서 배율이 광학계의 분해능을 높이지 못하는 것은 당연한데, 왜 아이피스는 여러 가지 초점길이로 팔고 세부무늬를 보기위해 고배율을 쓸까요

2. 6.2" 에 3천800배차이라면 CCD 또는 디카로 찍어서 충분히 구별이 될 것 같습니다.

3. 태양의 흑점등 관측을 예로 들면 간단히 ND필터로 태양 빛을 줄여 줌으로써 쉽게 태양을 볼 수 있습니다. 눈에다 구경차폐를 할 필요가 있을까요? ND필터를 씀으로써(노출시간을 줄인 것과 동일한 효과) 태양흑점을 보았다면 콘트라스트적 해석을 어떻게 하는 것이 타당할까요?


(낙동 생각)
1. ANS)
배율이 크면 에어리디스크도 커지는 것이 맞다고 생각합니다. 그렇다면 건호씨 얘기대로 광학계의 분해능은 아이피스에서 개선 효과를 볼 수없지요. 배율을 올려봐야 실질적인 기술적인 정보량(해상도)의 증가는 없다는 이야기입니다. 여기서 유효배율이란 개념이 도입됩니다. 이것은 사람의 시력과 연관이 됩니다.

사람의 시력은 랜들씨 환(丸)이란게 있는데, 이 눈금의 1분각을 분해하면 시력 1.0이라고하고 30초를 분리하면 2.0이라 정의합니다. 1.5는 45초각이 되겠지요.

그렇다면 시력 1.0인 사람이 망원경을 본다면 유효 배율은 1분각(60초)을 그 망원경의 분해능으로 나누어주면 되겠지요. 이렇게 되면 그 사람이 자기 시력으로 그 망원경의 분해능까지 볼 수 있는 배율이 됩니다. 즉

유효배율 = 60초/(분해능x시력)이 됩니다.

이것을 고려하여 계산하면 낙동강의 6인치 굴절의 경우 시력 1.2인 사람이 본다면

유효 배율 = 60/(0.77x1,2) = 65배  

시력 1.0인 사람은...78배

이 배율이면 6인치 굴절의 분해능 한계까지 다 볼 수있습니다. 그런데 이 값에서 2배를 곱하면 ‘유효 최고 배율’이되고 이 값을 기준으로 합니다. 이렇게 올린다고 이론적으로는 더 보이는 것은 없고 그냥 시원하게 보이는 것 밖에 없습니다. 그러나 현실은 이론하고 틀리는 것도 있으므로, 번개관측시 제가 가끔씩 물어보는 것이 이것입니다.

‘이렇게 볼 경우에 안보이는 것이 더 보이나요? (기술적인 정보량이 증가하는가요?)’

이건 사람 눈 기준이고, 사람 눈 대신 CCD를 연결하면 또 다른 이야기가 되는데 이 때는 CCD의 분해능을 고려해야합니다. 이것은 지난번에 한 적이 있으므로 생략합니다. 지는 토성을 찍을 때 12mm 아이피스를 사용했으므로 100배율이었습니다. 이러면 토성 테가 보일락말락합니다. (보여) 줄듯줄듯하면서 (보여) 주지않는, 손대면 토옥~하고 터질 것같은 토성...봉선화라 부르리~~정말 감질나는 토성 모습이었습니다.

좌우지간 눈으로 볼 때는 여러 종류의 아이피스가 필요없지 싶습니다.



2. 질문: 6.2" 에 3천800배차이라면 CCD 또는 디카로 찍어서 충분히 구별이 될 것 같습니다.

ANS)

(A) 요건 10등급 차이가 아닌가요? 10000배도 맞는 이야기입니다. 사실 10000배는 나이트스카이 오브저 가이드에는 나와 있지 않고 다른 자료에서 인용한 것입니다만 이게 타당하다 싶어서 인용했습니다. 좀 악조건이 좋지 않겠셥니까?

이건 왜 그렇냐하면 별등급은 사람눈 기준으로 나누었는데 광량은 물리적 에너지 기준이라서 그것이 지수함수가 되기 때문입니다.

예를들어 동공 7mm인 사람이 맑은 날 밤에 맨눈으로 볼 수 있는 최저 등급을 우리는 6등급이라 정했습니다. 여기에 망원경의 집광력을 고려하여, 망원경으로 볼 수 있는 극한 등급의 식은 다음과 같습니다.

극한 등급 = 5log구경 + 1.744.......(1)

이 식을 보면 등급과 구경은 지수함수가 됩니다. 로그앞의 5는 함수의 구배(句配)를 말하고 1.744는 상한(上限)의 절편(切片)을 말하므로 대세에는 지장이 없습니다. 구경 6인치의 극한 등급을 계산해보면

극한 등급 = 5log150 + 1.744 = 12.6등급이 나옵니다.

독일의 칼짜이스사(社)는 동공경을 5mm 기준으로하여 5.0등급을 최저등급으로 합니다. 이럴 경우 절편값이 1.505로 바뀝니다. 그러므로 6인치의 극한 등급은

극한 등급 = 5log150 + 1.505 = 12.3 등급이 나옵니다..........(2)

영국에서는 동경을 6.35mm로 하고 6.5등급이 맨눈 최저등급으로 합니다. 절편값이 2.486으로 바뀌고

극한 등급 = 5log150 + 2.486 = 13.36 등급이 나옵니다..........(3)

실제 암적응을 잘하고 시잉이 좋은 날은 (3)식이 사용될 수 있답니다.

(B) 시리우스 2중성은 안시로 보기가 힘들다.
오늘 다시 나이트스카이 오버저 가이드를 보니까 이렇게 적혀있더이다. 첫 설명 3페이지 뒤에 나와 있더이다. 어제는 못 보았십니더. 사람 환장하겠심다.

그 내용은 다음과 같습니다.
#8~10인치, 300배율에서.... (두별의) 분해가 안된다. 각거리(elongation)조차도 확인할 수 없다. 시리우스의 반쪽은 흰색이고, 다른 반쪽은 황색으로 보인다. 많이 관측하면 연성 B별이 거의 완벽한 시잉하에서 가물에 콩나듯이(rare moment) 한번씩 보인다.

#16~18인치, 300배에서....(시간으로) 몇초간 분해되어 보인다. 그러나 대기 기류로 붙어버린 별(elongated star)이 되어버린다. 연성 B는 1995년에는 3.1초였으나 21세기에 들어와서는 4.6초로 벌어졌다.

위의 설명대로 깜깜한 밤에 연성 B를 알현(謁見)하는 것은 지극히 힘든 것으로 아뢰옵니다.

(C) ccd 촬영은 힘들다.
건호씨가 올린 사진은 4월 19일 저녁 8시경에 360배율로 찍었습니다. 하늘이 아직 완전히 깜깜하지 않는 상태라 보여집니다. 제가 디카로 밝은 별을 찍어본 경험으로는, 깜깜한 밤에서는 정상적인 방법으로는 촬영이 힘들다고 생각합니다. 인간의 눈은 10000배의 광량 차이도 관용도 있게 봐주지만 ccd는 택도 없습니다. ccd는 들어온 광량 에너지 그대로 반응해줍니다. 이것이 CCD의 큰 장점이자 단점으로 작용합니다.

ccd는 기존의 설계 개념을 완전히 바꾸었습니다. 과거 초미립자 필름이라도 필름 고유분해능(해상도)의 70% 정도만 내주는 것이 사실상의 이론치였을겁니다. 실제로는 50%만 내줘도 대성공이었을겁니다.. 저조도 상반칙 불궤다 뭐다하여 제약조건이 많았거든요. 그러나 ccd는 ccd의 고유해상도역(공진영역) 일보 직전까지도 표현할 수있습니다. 실제로 이것은 사실입니다. 과거 천문대에서나 나올 법한 사진이, 지금은 개인용5~6인치 망원경에다 고성능 ccd를 가지고 찍을 수있습니다. 과거에 천문대에서 필름으로 사진을 찍어 연구하던 사람은 참 허무하겠지요. 만약 제가 향후 고성능 ccd를 구입해서 굴절 6인치로 사진을 찍어, 합성 기술의 대가 황모씨, 최모씨가 컴퓨터처리하면 허블망원경은 저리가라일겁니다.

그러므로 밝은 대상일 경우에는 CT를 감소시켜야 그 성능을 확보할 수 있다고 생각하는 것입니다. 필름 개념으로는 이해가 안되는 것이지요.

(질문)
3. 태양의 흑점등 관측을 예로 들면 간단히 ND필터로 태양 빛을 줄여 줌으로써 쉽게 태양을 볼 수 있습니다. 눈에다 구경차폐를 할 필요가 있을까요? ND필터를 씀으로써(노출시간을 줄인 것과 동일한 효과) 태양흑점을 보았다면 콘트라스트적 해석을 어떻게 하는 것이 타당할까요?

ans) 태양과같이 밝은 대상은 필터로 광량을 줄이면 흑점이 보입니다. 이렇더라도 황교수님 말씀대로 통상의 피사체의 콘트라스트 변화는 없는지는 좀 더 생각해보겠습니다. 그런데 필터를 사용하여 광량을 줄였다면, 이것을 물리적으로는 뭣인가 변화가 있는 것인데, 피사체의 콘트라스트 변화가 없다하더라도 대물렌즈(광학계)를 통하고 난뒤의 CT는 뭔가 변화가 있어야한다고 봅니다. 그것이 변하지 않는다면 물리적인 설명이 안되거든요..

시리우스의 2중성은 각거리는 고정이므로 가진 해상도는 고정입니다. 그리고 CCD입장에서는 시리우스는 너무나 밝은 별입니다. 가진 해상도가 고정이고 CT가 아주 높다면, 사람 눈은 감지가 좋은 상황이 되지만, CCD 입장에서는 너무나 밝아 블루밍 등으로 인해 감지가 힘들지 않나 생각합니다. 뭐 제 생각이지요.

CCD가 워낙 기존 개념을 뛰어넘는 카메라이므로 시리우스 2중성에서는 필터로 가리든지, 아니면 구경을 차폐하여 광량을 줄여 CT를 저하시켜야 사진 촬영이 가능하다는 생각이지요. 그런데 세상에 별빛을 줄여주는 필터는 없지요. 구경을 못키워 난리인데요. 따라서 궁여지책으로 구경을 차폐하면되지 않나하는 생각입니다.  

여기에는 아직 제 생각도 완전히 정리되지는 않았습니다. 뭔가 대책이 있을 것같은데요.