밤하늘 보기 첫걸음 - 3. 나에게 맞는 망원경은 무엇일까?

이른바 '코동'이라 불리우는 Celestron 90GT 경위대식 Go to 망원경의 출시 이후 천문관련 시장의 파이가 상당히 커진게 사실입니다. 건전지로는 몇 시간도 못쓰니 연축전지나 보조배터리를 구입하고, 편하게 담을 수 있는 망원경용 가방도 사고 별자리 공부도 해야겠으니 관련서적이나 관련앱을 구입하는 등의 현상이죠. 모 천문판매처에는 아예 판매처의 이름을 따 '코스트코 망원경용 악세사리 코너' 를 만들어 운영하고 있기도 합니다.

<천체망원경계의 슈퍼스타 였던 Celestron 90GT- 18년 기준 단종됨>

(출처: Amazon.com)

워낙 저렴하게 나온 망원경이다보니 여러 부속품들의 종류가 출시 도중 바뀌거나(파인더) 기준미달의 제품이(번들 호이겐스식 아이피스) 가장 먼저 교체 및 개조대상으로 언급되는데 특히 접안렌즈-아이피스의 경우가 그렇습니다.

 그 정도가 워낙 심각하여 렌즈의 가장 기본인 코팅이 되어 있지 않은것은 물론이고 호이겐스 방식 설계로 인한 좁은 시야와 아울러 플라스틱 재질의 구조물은 가히 환상적인 수차와 불편을 초래하여 초보자에게 '천체관측이 원래 이렇게 엉터리인가?' 하는 생각마저 들게 한 것도 사실입니다.

<코동번들20미리 아이피스... H(호이겐스) 방식은 무려 1664년 네델란드의 수학자가 고안한 방식입니다.1964년이 아니고요>

인터넷 검색도 용이하지 않아 천문관련 카페에 질문글을 올리게 됩니다. '어떤 아이피스를 구입하면좋을까요? 라는 제목으로 말이죠. 그런데 이게 생각만큼 그렇게 쉽지 않습니다. '비싸고 남들이 부러워하는거 사는게 좋은거 아냐?' 라며 레저용품 전문점에 가서 판매직원이 추천해준 광시야의 녹색네임링을 갖고 있는 백만원에서 몇 만원 빠지는 아이피스를 구입하고는 무거운 아이피스로 인하여 접안부가 기울고 눈을 대고 보기 쉽지 않아 구석에 처박아두거나 중고장터에 되팔아 버리는 코동을 구입한 안경착용자의 이야기를 알고 있습니다. 

<모든 망원경에 이런 아이피스가 어울리지는 않습니다. 하지만 백만원짜리 중고차에 천만원짜리 타이어 끼지 말라는 법은 없죠.>

(출처:http://www.televue.com)

다양한 연령대의 사용자가 다른 사양의 망원경으로 각기 원하는 천체나 사물을 바라봅니다. 필드스코프의 영역까지 가면 이야기가 산으로 가버리니 천체망원경으로 분야를 한정하자면 행성을 주로 관측하는 행성파가 있고 삼원천체(성운,성단,은하)를 관측하는 딥스카이파가 있습니다. 소수이기는 하지만 낮에뜨는 별인 데이스타 - 태양파와 오직 달만 파고드는 문(moon)파도 존재하죠.

행성파의 경우 주된 관측대상은 행성의 문양 입니다. 목성표면의 줄무늬 갯수와 대적반 주변의 모습, 토성고리의 간극을 파고 들고 화성 극관의 하얀 드라이아이스 얼음기를 보고싶은게 주된 목적이죠.

일단 엄청난 고배율을 필요로 합니다. 적당한 배율로는 그게 그거로 보이거든요. 검은 우주공간에 떠있는 행성표면 대기의 무늬 및 고리의 공간감을 느끼려면 한계까지 밀어붙이는 고배율과 극한의 콘트라스트가 필요합니다. 두자리수 배율은 저리 치워버리고 100배 전후도 마음에 들지 않습니다. 200배보다는 300배가 좋고 300배보다는 400배가 더 좋은식이지요.

고배율과 고콘트라스트를 위해서는 거울보다 렌즈가 좋습니다. 복합광학계는 컴펙트한 크기에 장초점을 낼 수 있지만 중앙차폐와 왔다갔다하는 빛으로 인한 광량손실이 큽니다.아울러 빛 손실을 최대한 줄일 수 있는 적은 매수의 접안렌즈가 필요합니다. 행성용 망원경으로 반사식보다는 굴절식이, 아크로매트보다는 아포크로매틱이, 많은 매수의 접안렌즈대신 적은 매수의 접안렌즈가 필요한 이유입니다.

최대한 긴 초점거리를 갖는 저분산 렌즈를 갖는 굴절망원경과 최대한 적은 매수를 갖는 아이피스가 여기에 부합되는 조건입니다.

<아스트로피직스 228 Apo Refractor F10.6 :사진은 작게 나왔지만 접안부와 후드를 포함하면 길이가 무려 3미터..>

(출처:https://stargazerslounge.com)

<대충 이정도 크기임. 솔직히 어떻게 갖고 나왔는지... 0_0>

(출처:https://stargazerslounge.com)

<작고 귀여워보이지만 사악한 가격표를 달고 있는 행성용 아이피스 및 그들이 아이피스를 평가하는 기준-달 크레이터 주변부의 콘트라스트를 품평中 >

(출처:https://www.cloudynights.com)

모든 운전자가 억대의 자동차를 구입할 수 없듯이 모든 아마추어 행성관측자가 사진의 제품을 구입할 수는 없습니다. 즉 주머니 사정과 아울러 주변여건도 맞아야 한다는 이야기죠. 대도시를 구경하려면 차로 몇 시간을 달려야 하고 제트기류가 거의 없는 사막의 고원지대에 고정관측지를 설치하여 날 좋으면 자가용 비행기를 띄울 수 있는 재벌2세가 아닌이상 줘도 못쓰는 장비는 그림의 떡이죠. 인구의 절반이 서울과 수도권에 모여살고 차로 한 시간 안쪽이면 인구 오십만 이상의 도시에 어디든지 닿을 수 있는 광해천국인 한국은 더욱 그렇구요.

현실적인 대안 을 모색합니다. 일단 승용차에 실릴 수 있는 크기여야 하니 굴절경통은 6인치 이하급이 대다수 입니다. 초점이 분산되는 아크로매트 렌즈로는 한계가 명확한고로 아포크로매트 - 특수 저분산 렌즈로 만든 제품을 구해야 하죠. 가급적이면 아베 수(Abbe Number)가 높은 제품이 필요합니다. FPL-51이나 FCD1 혹은 H-FK61같은 아베 수 81점대의 렌즈도 좋은 제품이지만 200배이상에서는 색수차가 느껴집니다. 최소 FPL-53 같은 아베수 95점대의 렌즈정도는 되어야 색수차를 일부러 찾아야 겨우 보이는 정도-일반인의 눈에는 색수차가 없는 단계에 올라섭니다. 특히 광학선진국인 일본 천문인의 경우 형석을 소재로한 플루오라이트(CaF2) 사랑이 대단해서 플루오라이트 유무에 따라 망원경의 등급을 판단하고는 합니다. 

광학계 못지 않게 가대라고 불리우는 받침대도 굉장히 중요합니다. 200배를 넘어서는 고배율이 되면 아주 미세한 터치에도 목표가 아이피스 시야를 넘나드는 일이 흔합니다. 90GT 코동같은 외포크식 가대의 경우 초점조절 레버를 돌리면 최대 20초이상 망원경이 흔들흔들 하기도 하죠. 손으로 움직여서 200배를 추적한다는 것도 불가능에 가까운 일이여서 전원을 필요로 하는 전자구동식 적도의가 필수입니다. 2인치 이상의 굵기를 갖는 삼각대와 탑재중량이 충분히 여유로운 - 실제 운용무게의 120% 정도 여유가 있는 : 전자식 가대가 필요합니다. 저렴한 적도의보다 비싼 고급형 경위대도 시판중이지만 차후 사진이나 영상관측시 중복지출을 막으려면

적도의식 가대가 필수라고 생각합니다.

행성관측자에게 필요한 망원경 은 (자신의 주머니 사정에 맞는) 고급 장초점 굴절과 행성용 아이피스(planetary eyepiece)의 광학계와 이를 안정적으로 받치고 미세한 움직임에도 진동이 없거나 최소화 할 수 있는 가대입니다. 장초점의 기준이 시대에 따라 달라지고 있는게 현실이지만 2000년대 기준 최소한 F7 이상의 광학계, 가급적이면 두자리수 F수는 되어야 장초점의 타이틀을 달 수 있다고 생각합니다.

<아스트로피직스 155mm F7 Starfire-EDF, 단종된 중고품이지만 전세계 수많은 별지기들의 로망같은 존재>

(출처 : www.astro-physics.com)

이에 반해 상대적으로 가까운 태양계는 비교적 관심이 덜하거나 아예 없고 심우주만을 바라보는 이들이 존재합니다. 간혹 행성과 혜성을 보기도 하지만 일년에 열손가락안에 꼽을 정도라서 합과 삭 혹은 망 같은 행성파의 이벤트를 모르거나 알아도 별 관심을 주지 않죠. 그들이 원하는 대상은 삼원천체라 불리우는 성운 성단 은하 입니다. 목성과 토성이 눈썹끝에 붙어있는 성가신 먼지처럼 가까이 있는 존재라면 이들 삼원천체는 몇 십 몇 백 km 떨어져 있는 다른 도시 다른 나라와 비견됩니다.워낙 거리가 멀기 때문에 몇 십년 혹은 몇 백년전에 폭발한 항성이 이제서야 지구인의 광학장비에 반짝이기도 합니다. 

<1987년 2월 23일 남반구의 관측장비에 반짝인 초신성 : 비교적 가까운 16만 8천광년 떨어져 있어서 밝음>

(출처 : Anglo-Australian Observatory)

남반구 하늘의 독거미성운 내에서 발견된 SN 1987A 초신성입니다. 빛이 달려온 거리인 16만 8천년전에  폭발한 빛이 지구력 1987년에야 도착하여 관측한 결과입니다. 이처럼 딥스카이를 관측하다 기존에 없는 천체 - 주로 초신성이나 혜성 : 를 발견하는 관측자도 딥스카이 관측자 들입니다. 

성운 및 성단의 경우 면광원의 특성임을 이해해야합니다. 무슨 말인가 하면 일반 별 -항성의 경우 아무리 크고 좋은 망원경으로 관측해도 점광원이기 때문에 모든 빛이 핀포인트로 수렴하여 3등성 별의 경우 3등급의 점이지만 3등급의 성운 성단의 경우 해당하는 면적의 광원을 모두 더한 값이 3등급이라는 이야기죠. 행성의 경우 거리가 워낙 가까운 관계로 점보다 조금 큰 원형의 모양을 볼 수 있지만 조금 큰 점 - 작은 원형의 밝은 빛 으로 어떤면에서는 성운성단 관측자에게 방해가 될 수도 있습니다. 캠프파이어 옆의 촛불을 보려면 보기 힘든것과 비슷하다고 할까요? :)

<M8 석호성운의 겉보기등급 5.8등급은 사진의 붉은 색 부분을 모두 더한 밝기가 6등급이라는 이야기 입니다. 

크기는 90x40'(분) 으로 보름달의 (30'(분)=0.5도) 크기로 환산할 경우 3개가 가뿐이 들어갈 공간입니다.>

(출처 : astroimage.tistory.com : 제 사진입니다 180520 대부도)

넓은 면광원을 보기 위해서는 많은 빛을 담을 수 있는 대구경이 필수 입니다. 또한 면광원의 특성상 저배율을 낼 수 있어야 하죠. 큰 구경에 짧은 초점비를 갖는 망원경이 필요합니다. 딥스카이라 불리우는 삼원천체를 제대로 보기 위해서는 아무리 작아도 8인치가 기본입니다. 가급적이면 10인치보다는 12인치, 12인치보다는 15인치가 멀리 있는 천체의 갸날픈 빛을 조금이나마 더 우리 망막에 담을 수 있게 도와주거든요.

<망원경 구경별로 구상성단 M13이 보이는 대상의 차이입니다. 큰게 장땡이죠>

(출처 : http://www.obsessiontelescopes.com)

굴절식 망원경은 대구경에 한계가 명확합니다. 반사식에서도 F수가 두 자리수인 카세그레인 및 막스토프 계열은 면광원을 보기 위한 저배율을 낼 수 없어서 역시 고려대상에서 제외되구요. 순수한 뉴턴식 반사경통의 대구경 짧은 F수 조합이 이 조건에 부합합니다. 하지만 8인치 이상은 적도의 나 경위대에 올리려면 애로사항이 커지기에 돕소니안 망원경이 실질적인 딥스카이 안시관측자들에게 선택됩니다. 

고전적인 튜브식 돕소니안의 경우 아무리 가벼운 재질로 만들어도 12인치 이상의 경우 이동 및 운용상 무리가 따르기에 접안부 및 사경부와 미러부가 분리조립이 가능한 트러스(Truss) 형식이나 신축식으로 접을 수 있는(Collapsible) 방식의 제품이 대세를 이루고 있습니다.

<트러스 구조와 추적이 가능한 Goto(고투) 장치가 결합된 최신식 돕소니안>

(출처 : https://www.telescope.com)

간편한 이동을 위한 조립식 트러스 구조와 대구경 미러박스 부 및 사경부 그리고 이를 받쳐줄 가대의 세 부분으로 나눠서 이동이 가능하기 때문에 돕소니안 망원경은 딥스카이 안시관측자에게 적격인 망원경입니다. F수도 4~6정도로 쉽게 저배율을 얻을 수 있어  아이피스에 가득한 성운성단을 관측하기에는 최상의 조건을 제공합니다.

단점이라고 하면 굴절과 달리 돕소니안의 경우 분해 조립 및 차량이동시 사경과 주경의 위치가 고정되어 있지 않은 관계로 정렬(Align)-광축을 맞추는 작업이 선행되어야만 합니다. 사경의 오프셋 정렬까지 하고 나면 바로 관측이 가능한 것도 아닌 것이 커다란 주경(미러)의 냉각을 위한 시간도 필요하죠.

<돈까스 접시보다 크고 두꺼운 거울을 밤공기 수준의 온도로 빨리 떨어뜨리기 위한 냉각장치와 시간이 필요합니다.>

(출처 : https://www.astroshop.eu/)

팬을 돌려 미러를 냉각했다고 해도 상이 굴절만큼 날카롭거나 샤프하지 못한 느낌이 들 수 있습니다. 반사망원경의 특성상 렌즈와 거울의 근본적인 차이도 존재하지만 굴절식과 달리 반사식은 전면부가 개방되어 있고 입사광이 망원경 경통 벽면을 타고 주경에 모아지기 때문에 생기는 특유의 해상력 저하도 피할 수 없습니다.

(출처: 월간하늘 92년 11월호)

더구나 사경에 의한 중앙차폐의 경우 거울의 정밀도를 떨어뜨리는 효과를 야기시킵니다. 대구경 광시야를 얻는 대신 치뤄야 할 숙명과도 같은 단점들입니다.

개방된 경통구조는 또한 관리가 필요합니다. 미세먼지로 인한 공기오염이 일상화된 한국의 경우 특히 경통내부에 먼지가 쌓이기 쉬운 조건입니다. 봄철 꽃가루와 여름철 장마기간동안 반사망원경을 그대로 방치했다면 거울 곳곳에 곰팡이가 피어 있는 광경을 쉽게 확인할 수 있습니다. 

<반사망원경은 관리가 필요한 망원경입니다.>

(출처 : https://www.astroshop.eu/)

이러한 단점을 줄이기 위해서 반사망원경은 높은 정밀도를 갖는 주경과 정교한 광축조정 그리고 주기적인 관리가 필요합니다.

미러의 정밀도를 나타내는 람다 λ 수치는 1/4 λ 보다는 1/8이, 1/8보다는 1/16이 좋습니다. 물론 여기에 따라붙는 wavefront나 surface, RMS 와 P-V 값 등 따져야 할 것들이 몇 가지 있지만 굴절수준의 콘트라스트를 위해서는 낮은 람다값의(높은 정밀도) 미러 및 사경이 필요합니다. 아울러 정밀한 광축조정을 위해서는 별도의 광축조정도구도 필수로 구비하여야 합니다. 또한 조립과 분해를 반복해야 하는 트러스형 돕소니안의 경우 구성품의 기계적 강도 또한 무시할 수 없는 요소입니다. 

아울러 먼지가 유입되지 않게 접안부를 포함한 공기유통을 최소화 하여야 하며 미러표면의 습도가 높아지지 않도록 보관에도 각별히 유의해야 합니다. 세워서 보관하기보다는 눕혀서 보관하고 습기가 높아지지 않도록 제습제 등의 조치가 있어야 하죠.  이렇게 관리를 해도 진공포장을 하지 않는 이상 쌓이는 먼지는 피할 수 없어 통상 1년에 한번씩은 미러셀 분해 및 세척이 필요합니다.

생활필수품이 아닌 망원경을 주기적으로 관리하고 확인하는 작업은 생각만큼 쉽지 않습니다. 처음 몇 십에서 몇 백만원을 투자할때는 매일 들여다보고 먼지도 불어주고 경통외부도 닦아주고 하겠지만 한 두달이 지나면 새 망원경 3대 중 2대는 거실의 빨래걸이나 베란다 구석에 처박혀 있는게 우리의 현실입니다. 그러다 이내 중고장터에 올라오고는 하죠. '올해 X월 구입한 신품으로 제가 처음사용자 입니다.' 라는 문구를 달고 말이죠.

굴절의 경우 대부분 알루미늄이나 천재질의 케이스가 따라오기 때문에 실리카겔만 꾹꾹 채워서 보관하면 곰팡이나 먼지가 쌓일 염려는 거의 없습니다. 반사의 경우 굴절과는 비교가 안될 만큼 대구경을 얻을 수 있지만 태생적인 콘트라스트 저하와 관측시 광축조정 및 미러냉각과 보관시 주기적인 관리가 필요합니다. 완벽한 망원경이 없다는 이야기가 여기서 나오는 것입니다. 큰 구경으로 갈것이냐 고콘트라스트를 추구할 것이냐는 전적으로 구입자의 몫이지만 주로 보고자 하는 대상에 따른 구분은 반드시 알고 선택해야 한다고 생각합니다.

안정적인 가대(받침대)는 어느대상을 바라보건 중요합니다. 관측시 미세한 진동이나 약한 바람에도 상이 흔들려 안정적인 관측이 힘들게 되면 취미가 짜증으로 바뀌는건 그리 오랜 시간이 걸리지 않습니다.

성운성단 관측자에게 필요한 망원경 은  대구경 및 단초점 반사(돕소니안) 망원경과 광시야 아이피스 및 이를 안정적으로 받치고 미세한 움직임에도 진동이 없거나 최소화 할 수 있는 가대입니다. 

행성을 관측할 목적으로 F4~5의 단초점 반사망원경을 구입해서는 안되며 성운성단을 바라볼 목적으로 F8~10의 장초점 굴절망원경을 구입해서는 안 된다는 말이지요.