1편에서는 추적 장치에 대한 간략한 설명을 끝냈습니다. 이제 천체 사진을 직접 촬영하는 장비인 카메라와 광학계(렌즈 혹은 천체 망원경)를 설명하려고 합니다.

당연한 이야기이지만 천체 사진은 장노출이 되는 카메라가 필수입니다. 일반 디지털 카메라들은 5분, 10분씩의 노출이 지원되지 않기 때문에, 개인적으로는 DSLR이 천체 사진에 필요한 최소한의 카메라라고 생각합니다.

그리고 같은 DSLR 중에서는 장노출 시 발생하는 열화 노이즈의 억제력이 좋은 카메라가 당연히 더 좋은 결과를 얻기 위해 유리할 테니까, 기왕이면 노이즈 억제력이 좋은 카메라가 좋겠지요. 그러면 노이즈 억제력이 좋은 DSLR이면 만사 OK냐?

아닙니다. 아쉽게도...

혹시라도 캐논 20Da 60Da라는 모델을 들어보신 적이 있으시나요?

사진 속 60Da라는 카메라는 외관으로 봤을 때는 일반 60D와 별 차이가 없지만 캐논에서 천체 사진 전용이다 해서 ‘Astrophotography’의 첫 글자인 a를 따서 60Da라는 이름으로 나온 카메라입니다.

이 카메라의 특별한 점은 일반적으로 카메라의 센서 앞에 장착되는 LPF 로우패스필터, 즉 적외선 필터가 없다는 것입니다. 이 로우패스필터는 보통 대다수의 적외선 영역과 붉은색의 영역을 걸러 냅니다. 그래서 붉은색 대상이 많은 천체 사진을 찍을 때 불리한 점이 많습니다.

아래 말머리성운을 봐주세요.

딱 보시면 아시겠지만 붉은색이 많이 들어가죠. 말머리성운뿐만 아니라 성운 중에는 붉은 성운이 참 많습니다. 저 붉은색이 모두 필터에 걸러져서 안 보인다고 생각해 보세요. 너무 볼품없는 사진이 되지 않을까요?

그래서 천체 사진을 위해서는 LPF 필터가 없는 DSLR이 필요합니다. 하지만 공식적으로는 캐논 20Da와 60Da만 니콘의 D810A정도만이 IR필터를 포함한 LPF를 제거하고 나온 모델이라고 알고 있습니다(가격은 일반 DSLR보다 더 나가는 것으로 압니다).

그래서 천체 사진을 하시는 분들이 주로 사용하는 방법은 카메라 개조입니다. 어차피 필터를 추가하는 것도 아니고, 있는 것을 떼어내면 그만인 것이니 직접 카메라를 뜯어서 필터를 제거를 해주는 개조를 많이들 하시고 심지어 전문개조를 해주는 업체도 생겼습니다. 저 같은 경우는 미국에서 350D 필터개조를 250불에 구매하여서 처음 입문을 하였고 저의 사진들의 반절 가량은 필터 개조된 이 350D를 사용하여서 찍어졌지요.

위 사진 속 카메라는 제가 사용하는 캐논 350D인데요. 흔히 보는 350D와는 다르게 보일 겁니다. 카메라 한쪽 편에 쿨링팬이 추가되었지요. 이 글의 맨 앞에서 말씀드렸듯이 장노출을 요구하는 별 사진을 찍게 된다면 막대한 양의 열화 노이즈가 발생하게 됩니다. 그 열화 노이즈를 줄여주는 근본적인 방법은 열 자체를 줄여주는 방법이지요.

저 쿨러는 콜드핑거라는 구리판을 통해 센서에 직접연결이 되어있고 ‘펠티어’라고 하는 냉각장치 또한 달려있기 때문에 여름철에도 카메라의 온도를 영하로 떨어트려 주는데요, 냉각카메라는 이런 식의 센서 냉각을 통해 노이즈를 억제해 줍니다. 그래서 별지기들은 이런 식으로 냉각 개조를 한 DSLR도 많이 사용합니다.

여기까지는 DSLR의 세계이고 천체 사진에서는 DSLR 말고 천체 사진 전용으로 나온 전용 CCD 카메라들도 있습니다.

출처 - SBIG 공식홈페이지

보시면 아시겠지만 기본적으로 쿨링팬이 달려 나오고 LPF도 없고 대다수가 CMOS인 DSLR과는 다르게 좀 더 고감도인 CCD 센서를 장착해서 DSLR보다 많은 어드밴티지가 있습니다. 보통 저가의 칼라 CCD(라고 해도 최소 1500불. 고가의 DSLR 가격과 맞먹습니다만)는 DSLR보다 사용법이 까다롭다는 점에서 여러 가지 면에서 사용이 더 편리한 개조 DSLR과 비교하여서 호불호가 갈리는 모델이긴 하지만, 그래도 16비트 이미지와 크나큰 계조 차이, 더 넓은 다이나믹 레인지등 사진 품질 면에서 DSLR보다 매우 큰 메리트가 있다고 합니다.

CCD는 보통 원샷 컬러와 흑백 두 가지 모델이 나오는데요. 원샷 컬러는 간편하긴 하지만 흑백은 색깔별로 센서가 있는 것이 아니여서 이론적으로는 칼라보다 3배의 감도를 가지게 된다고 합니다.

흑백사진을 찍으면 멋없다 하실 수도 있지만 빨간색 필터로 한 장, 파란색 필터로 한 장 초록색 필터로 한 장씩 찍어서 합성을 해주게 되면 칼라사진을 만들 수 있기 때문에, 같은 값에서는 번거롭긴 해도 흑백 CCD가 더 좋은 결과물을 만들어주지요.

CCD는 쉽게 엄청 비싼 웹캠이라 생각하시면 됩니다. 컴퓨터가 필수이고 라이브 뷰도 DSLR과 좀 다른 개념입니다. 수백만 원에서 천만 원이 넘는 고가모델로 갈수록 DSLR과는 비교될 수도 없는 고감도를 보여주고 해서 결국 천체 사진 촬영 카메라의 최종 종착지는 이 고가의 CCD가 됩니다.

아직 저는 쿨링 개조 DSLR을 사용하는 단계라서 CCD에 대해서는 이 이상은 말씀드릴 수 있는 게 별로 없습니다. 그러니까 천체 사진용에서 카메라는 물론 모델마다 편차가 있겠지만 전반적으로는

DSLR  <  필터 개조 DSLR  <  필터+냉각 개조 DSLR  =<  칼라 CCD  <  모노 CCD

순으로 좋은 성능을 보여주는 것입니다.

밝은 성단과 은하 촬영이라면 일반 DSLR도 별 무리가 없지만, 어두운 딥 스카이나 이나 붉은 계통의 성운을 촬영하고자 한다면 최소 필터 개조 DSLR을 사용하시는 것을 추천드립니다(필터가 제거된 누드450D 이런 거는 매우 싸게 중고를 구하실 수 있습니다).

추적 장치, 카메라 설명을 모두 끝마쳤습니다.

그러면 이제 별 사진 촬영에 있어서 마지막으로 남은 게 무엇일까요? 바로 주광학계에 해당하는 렌즈 혹은 망원경입니다. 솔직히 이 부분은 제가 잘 설명을 할 수 있을까 의구심이 드는 부분입니다. 이런 것을 잘 설명해보면 여러 가지 장비를 골고루 써봐야 하지만 저는 글로 읽은 것만 있지 실제로 가지고 있는 주광학계는 한 개뿐 이여서 별다른 설명드릴 수 있는 게 많지 않습니다.

그래도 설명을 해보자면,

1. 피기백 촬영으로 은하수, 별자리 등 초 광시야 사진들은 그냥 일반 풍경사진 렌즈 고르듯이 고르시면 됩니다. 더 쨍하고 화질 좋고 수차도 적고 색감 등이 더 좋은 렌즈가 별 사진에도 마찬가지로 더 좋겠지요. 다만 F수가 밝은 것이 좀 더 우선시해야 되지 않나 하는 생각이 듭니다.

2. 성운 성단 은하 등을 찍기 위한 촬영에 사용되는 광학계는 크게 두 가지 분류로 나뉩니다.

1) 망원렌즈사용

2) 망원경사용

망원렌즈의 경우는 카메라와의 연결도 손쉽고 일상적인 사진에도 많이 쓰여서 많은 여러분들이 어느 정도는 보유하시리라 믿습니다. 보통은 애기백통, 애기대포, 아빠백통에서 시작해서 오래된 캐논 FD300과 같은 망원렌즈들로 찍은 훌륭한 광시야 200mm~300mm 사진들을 많이 봐왔습니다.

하지만 이 망원렌즈의 단점이 있다면 초점 길이가 길어질수록 망원경에 비해 너무 비싸다는 점이 있습니다. 또한 천체 사진에 있어서 망원경/망원렌즈의 첫 번째 역할은 배율(초점길이)및 화각의 조절보다는 멀리서 오는 희미한 빛을 모아주는 것이 최우선 역할입니다.

구경이 클수록 더 많은 빛을 모을 수 있으니 더 좋은 결과물을 얻기에 유리한데, 일반적으로 대다수의 망원경들이 훨씬 더 큰 구경을 가지게 되지요. 그래서 망원렌즈들은 보통 100~300mm의 광시야(딥 스카이 사진에서 100~300mm면 꽤나 광시야 입니다) 사진들에 주로 사용됩니다.

아래는 Astrobin이라는 천체 사진 사이트 캐논 200 2.8 애기대포로 검색한 결과인데 ☞링크 따라가시면 애기대포로 찍은 광시야 성운사진이 어떤 건지 감상해 보실 수 있습니다.

반면 망원경은 100~300mm 정도의 초점거리를 가지는 망원경은 거의 없다고 보면 되기 때문에 그 이후의 화각에서부터 많이 사용합니다. 천체 망원경 사용 시 망원렌즈와 비교하여 생기는 장점을 써보자면 같은 광학적 성능에서는 망원경이 값이 더 쌉니다. 망원렌즈에 달려있는 거리계창, 손떨방, 자동초점장치 등은 모두 천체 사진에서는 무용지물이라서 수동으로 해줘야 하는 부분입니다. 그런 것들을 안 달고 나오는 천체 망원경이 가격 면에서는 더 쌀 수밖에 없고 500~1500mm 화각에서는 선택의 폭이 매우 좁은 망원렌즈와는 다르게 천체 망원경들은 대다수가 저 정도 초점 길이로 나오기 때문에 제품 선택의 폭도 더 넓습니다.

그럼 이 망원경의 분류를 몇 가지 설명을 해보면요.

1) 굴절 망원경

2) 반사 망원경

3) 복합 광학 망원경

크게 이 세 가지 방식이 잇는데, 각기 특성이 달라서 서로 다른 별 사진에 이용되곤 합니다.

 *** 렌즈와 다르게 망원경은 구경으로 표시합니다.

예를 들어 100mm F/4 인 렌즈라면 렌즈구경은 25mm이고 초점길이가 100mm인 렌즈이지만 100mm F/4인 망원경이라면 초점길이 400mm에 구경이 100mm인 망원경이 되는 겁니다.

출처 - 네이버지식백과

위 그림과 같이 볼록렌즈를 사용해서 빛을 모으는 굴절망원경은 광학적 구조 때문에 색수차라는 치명적 문제가 발생하게 됩니다. 색수차를 없애는 방법으로는 저분산 렌즈 등을 사용 시 얻는 ‘Apochromatic’라는 고급 제품을 사용하는 것과 색수차가 그대로 있는 ‘Achromatic렌즈’를 사용하는 것 두 가지로 나뉘게 됩니다.

이 둘 중에서 천체 사진 촬영을 위한 망원경은 Apochromatic 굴절 망원경입니다. 주로 아포 굴절이라 불리고 렌즈의 매수에 따라서 더블렛, 트리플렛 등으로 추가분류가 되기도 합니다. 이런 특성 때문인지 대부분 아크로매틱 망원경은 행성 관측에 유리하게끔 느린 F수를 가지고나오지만 (F/9 F/11정도) 아포 굴절의 경우는 F/4~F6정도의 빠른 F수를 가지고 오게 됩니다.

보통 굴절망원경들은 70~90mm 정도에서 구경에서 시작되어서 크게는 200mm정도 굴절까지도 나오긴 하는데 흔히들 많이 사용되는 구경은 70~130mm정도의 구경입니다. 5인치(125mm)만 되어도 너무 고가인 데다가 100mm만 넘어도 엄청 무겁기 때문에 적도의가 하중을 버티지 못해, 더 비싸고 견고한 적도의를 요구하기 때문이지요.

보통 초점길이는 300~700mm 정도에 분포하고 있는데 가장 흔히 사용하는 센서 크기인 APS-C크롭 센서를 기준으로 보면 대다수의 밝고 큰 대상들도 이 정도 화각을 가지기 때문에 처음에 시작할 때는 이 구경에서 많이들 시작합니다.

잠깐 여담으로 망원경 초점면에 대한 설명을 하고 넘어가겠습니다.

망원경의 초점 면은 평면이 아니라 곡면인 렌즈와 마찬가지로 초점면도 곡면입니다. 그래서 위 그림에서 보이듯이 중앙부는 초점이 맞아있지만 가장자리는 초점이 아직 안 맞아있는 상태로 상이 센서 위에 맺히게 되는데요. 그래서 아래 사진과 같이 중심부는 별이 작고 동글동글하지만 주변부는 별이 초점이 안 맞은 것 마냥 흐리고 타원형인 현상이 벌어집니다.

이런 현상을 해결하기 위해서 플래트너, 리듀서 등의 이름으로 불리는 보정 렌즈가 필요한데, 이 보정 렌즈는 보통 초점거리를 짧게 하여서 망원경의 화각을 넓게 해주며 F수도 빠르게 하여서 단순히 주변부 보정 이상의 효과를 내주기도 합니다.

아래의 사진은 같은 망원경 같은 카메라로 보정 렌즈를 사용하여 같은 대상을 담은 사진입니다

저 위에 보정 렌즈 없이 찍은 사진보다 주변부나 중심부나 별이 작고 동글동글하지요. 또한 화각도 더 넓어진 것을 보실 수 있습니다.

출처 - 네이버 지식백과

반사망원경은 주경과 사경, 두 개의 거울을 사용하여 빛을 모아주는 망원경입니다. 보통 이 거울이 굴절망원경의 렌즈보다 싸기 때문에 작게는 6인치 150mm 정도에서부터 시작하여서 크게는 10인치 12인치 정도까지도 흔히 촬영용으로 사용되는 망원경입니다. 보통은 F/4~5 정도의 빠른 F수를 가지고 있는 데다가 구경도 커서 어두운 대상들을 담기에 적합합니다.

보통은 8인치 200mm 반사망원경들이 촬영용으로 사용되는 것을 많이 보아 왔는데, 이는 8인치가 일반적인 시작 적도의에 올릴 수 있는 가장 무거운 장비들 중에 하나이기 때문이 아닌가하고, 가격적으로도 80~90mm 아포 굴절과 비교를 했을 경우에도 비슷하기 때문이 아닌가 합니다.

가격대비로 더 큰 구경을 가지기 때문에 빛을 더 잘 모아준다는 장점이 있는 게 바로 이 반사망원경입니다. 하지만 이 반사망원경에는 여러 가지 단점이 있는데

1.거울의 축이 자주 어긋나기 때문에 매번 광축 조절을 해야 한다.

2.굴절망원경에 보정 렌즈가 필요하듯 반사망원경도 코마수차가 발생하여 주변부가 찌그러지기 때문에 ‘코마코렉터’라는 보정 렌즈가 필요하다.

3.경통 내부와 외부의 온도차 때문에 상이 쨍하지 않는 일이 발생하여 촬영에 앞서 1~2시간 냉각팬을 사용한 냉각을 해줘야 한다.

4.스파이더로 인해 별상에 십자 모양의 빛 갈림이 발생한다(물론 이 십자 모양을 좋아하는 사람도 있습니다).

이렇습니다. 굴정 망원경에 비해 상이 밝지만, 망원경 관리가 더 까다롭지요. 그리고 장점으로 꼽히는 ‘구경빨로 인한 상의 밝기’도 촬영에서는 어느 정도 노출 시간으로 커버되기도 합니다(물론 구경과 해상력은 비례하기 때문에 큰 구경으로 인해 생기는 해상력은 절대 무시 못 합니다).

처음 천체 사진을 시작하는 분들에게 많이 추천하는 망원경은 80~100mm 아포 굴절과 8인치 정도 반사 망원경인데요(사용 편리성이나 예산 적도의 하중 화각 등을 고려해서 저 정도를 많이 추천하는데 뭐 예산 넉넉하셔서 튼튼한 적도의 처음부터 구하시고 한다면 별로 의미 없는 말이긴 합니다). 저 때 반사와 굴절의 호불호는 꽤나 갈리게 됩니다.

복합 광학 망원경은 이름에서도 알 수 있으시겠지만 렌즈와 거울 모두를 사용하여 빛을 모아주는 장치입니다. 어떤 식으로 렌즈와 거울을 배치하느냐에 따라서 슈미트 카세그레인식 막스토브식 등 여러 가지 분류로 또 나뉘는데요. 많은 렌즈와 거울을 사용하기 때문에 매우 긴 장초점을 가지게 되어 (보통 1000mm 2000mm단위로 ㄷㄷㄷㄷ) 주로 매우 작은 대상들을 촬영할 때 사용되고 이런 장초점에서는 추적 장치의 성능에도 상당한 업그레이드가 필요하게 됩니다. 제가 사용해본 적도 없고, 아무래도 처음 천체 사진을 접하는 분들에게 설명하려는 글인 만큼 이 부분은 넘어가겠습니다.

그러니까 결론은 피기백 은하수, 별자리 촬영은 일반렌즈 고르는 것과 동일하게 골라주시면 되는 것이고, 광시야 사진은 100~300mm 정도의 망원렌즈를 사용하고 그보다 어두운 대상을 촬영할 때에는, 좀 더 긴 초점거리를 사용하고자 하면 천체 망원경을 골라주는 것입니다.

70~125mm 정도의 아포 굴절 6~12인치 정도의 반사망원경 혹은 각종 망원렌즈들 중에서 자신의 적도의의 탑재 중량과 적도의의 정밀도, 편의성, 광학계의 정밀도. 가격 그리고 무엇보다도 자신이 사용하는 카메라의 센서크기와 자신이 찍고 싶은 대상의 화각을(사진의 화각은 망원경이 초점길이+센서의 크기 두 가지로 인해서 결정되는 거니) 고려해서 입맛에 맞게 골라주면 됩니다(미국 기준 80mm 아포 굴절은 400불 정도에서 제일 싼 모델들을 찾아볼 수가 있고 8인치 반사 역시 비슷한 가격입니다).

125mm급은 5000불을 넘는 고가도 상당히 많이 보이고요. 그리고 같은 초점길이에 구경 같은 F수인 경통이더라도 렌즈재질이나 정밀도 카본과 같은 고급 경통 소재 등에 따라서 가격대가 천차만별이기도 합니다.

망원경을 구입했다면 이 망원경을 어떻게 연결하느냐고 물어볼 수 있는데 간단합니다. 카메라 사용자라면 웬만하면 아실 T링을 카메라에 장착해주시고요.

T링

T마운트

T마운트의 한쪽 나사산을 이 T링에 꽂아주시면 됩니다. 그러면 T마운트의 다른 한쪽은 망원경에 장착할 수 있는 크기기 때문에 이런 식으로 망원경과 카메라가 연결됩니다.

그러면 대충 아래의 제 장비와 같은 모양이 됩니다.

이 사진은 초점길이 560mm F/6.5 구경 90mm의 망원경이 제 카메라에 연결된 사진인데, 이 상태에서는 망원경은 더 이상 망원경이 아닌 초점길이 560mm F/6.5의 망원렌즈가 되어 있는 셈 인 거죠.

2편을 끝으로 카메라와 망원경을 고르는 방법까지 설명했으니, 다음 3편에서는 실제로 이 장비들을 어떻게 운영하여서 촬영하는지 적어보도록 하겠습니다.

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지난기사 천체 사진 촬영법을 알려주마1 : 별은 어떻게 추적하나

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편집 : 딴지일보 cocoa