13부 - 천체 사진 촬영에 적합한 망원경은 무엇인가요?

다양한 망원경 중에서 필요와 예산에 맞는 망원경을 찾는 것은 쉬운 일이 아닙니다.

13부: 천체 사진 촬영에 적합한 망원경은 무엇인가요?

일반적으로 천문학, 특히 천체 사진에 관심이 있는 사람이라면 누구나 조만간 망원경의 필요성을 느낄 것입니다. 육안이나 쌍안경으로도 관측할 수 있고 망원경 없이도 인상적인 천체 사진을 찍을 수 있지만(이 튜토리얼 시리즈의 1~4부 참조), 무수히 작거나 희미한 천체에 접근할 수 있는 것은 망원경뿐입니다.

제공되는 망원경의 범위는 방대하고 처음에는 거의 관리가 불가능할 정도로 광고에서 약속하는 내용이 가득합니다. 따라서 이 튜토리얼에서는 어떤 망원경이 천체 사진 촬영에 적합하고 추천할 수 있는지에 대한 질문을 다룹니다. 이를 예상하기 위해: 모든 목적에 '최고의' 망원경은 없습니다. 제공되는 디자인과 광학 시스템에는 각각 특정한 장단점이 있으며, 일부는 다양한 용도에 합리적으로 사용할 수 있고 다른 일부는 전문가용이며 특정 물체를 관측할 때만 장점을 발휘합니다. 또한 크고 강력한 망원경이라도 크기와 무게 때문에 취급과 운반이 너무 힘들고 번거로워 거의 사용하지 않는다면 잘못된 선택일 수 있습니다.

천체 사진 촬영용 망원경은 하늘을 육안으로 관측하는 장치보다 훨씬 더 높은 요구 사항을 충족해야 한다는 점에 유의해야 합니다. 저렴한 가격대의 망원경도 순수하게 관찰하는 데 적합 할 수 있지만 사진 촬영을위한 유일한 선택은 더 좋지만 더 비싼 모델도 있습니다.

다음은 중요한 몇 가지 사항입니다:

- 이미지 품질

광학 축에서 정밀한 광학 장치를 갖춘 모든 망원경은 허용 가능한 이미지 품질을 제공합니다. 이 정도면 시각적인 용도로는 충분하지만 사진 촬영의 경우 별이 광축에서 선명하게, 가급적이면 이미지의 모서리까지 선명하게 이미지화되는 것이 중요합니다. 사용하는 카메라의 이미지 센서가 클수록 이 조건을 충족하기가 더 어려워집니다.

- 조명 필드

대부분의 망원경은 비네팅 없이 24x36mm의 "풀 포맷 센서"를 비출 수 없기 때문에 모든 이미지에서 어두운 모서리가 생깁니다. "APS-C 포맷" 센서(1.6배 크롭, 15x22mm)를 사용하더라도 일부 망원경은 여전히 이 분야에서 약점을 보입니다.

- 포커서

디지털 일안 반사식 카메라(DSLR)를 사용할 때는 최소 직경 2인치의 포커서를 사용할 수 있어야 합니다. 그러나 포커서의 기계적 설계도 중요합니다. 무거운 DSLR을 연결한 후에도 기울어지지 않을 만큼 안정적이어야 합니다(아이피스에 비해). 초점 메커니즘을 줄이면 정밀하고 민감한 초점을 맞추는 데 유리합니다.

초점 메커니즘이 축소된 안정적인 2인치 포커서: 큰 검은색 휠은 거친 초점을 맞추는 데 사용되며, 금색 휠은 10배 축소되어 섬세한 조정이 가능합니다.

Meade의 이 포커서는 초점을 맞출 때 기어 감소 기능도 제공합니다. 파란색 링 영역에서는 최적의 이미지 섹션을 설정하기 위해 광축을 중심으로 회전할 수도 있습니다.

이 1.25인치 포커서는 디지털 SLR 카메라를 연결하기에는 너무 작습니다. 크롬 마감 처리로 인해 전체가 플라스틱으로 제작되어 안정성 측면에서 사진 촬영 요구 사항을 충족할 수 없습니다.





- 온도 안정성

밤에는 보통 온도가 지속적으로 떨어집니다. 튜브와 포커서에 사용된 소재에 따라 초점이 이동하여 자주 초점을 다시 맞춰야 할 수 있습니다. 온도가 떨어지더라도 반복적으로 초점을 다시 맞출 필요가 없거나 드물게만 초점을 맞출 수 있는 장치가 더 좋습니다.

- 이미지 필드 레벨링

아마추어 망원경의 대부분의 광학 시스템은 초점면이 평면이 아니라 반구인 필드 곡률로 인해 어려움을 겪습니다. 이로 인해 초점이 맞춰지는 지점에 따라 사진에 부분적인 흐림 현상이 발생할 수밖에 없습니다. 이미지 센서가 클수록 이 문제는 더욱 심각해집니다. 광학 시스템을 위해 특별히 "계산된" 이미지 필드 평탄화 렌즈로 이 문제를 해결할 수 있지만 모든 망원경에 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

- 초점 비율

초점 비율은 초점 거리를 전면 렌즈 또는 1차 미러의 자유 조리개로 나누어 계산합니다. 결과는 사진 렌즈의 조리개와 동일한 숫자가 됩니다. 숫자가 작을수록 망원경이 빠릅니다. 빛의 강도가 높다는 것은 노출 시간이 짧다는 것을 의미하며, 이는 저조도의 깊은 하늘 물체를 촬영할 때 큰 장점입니다. 노출 시간이 짧기 때문에 빠른 광학 렌즈를 "빠른"이라고도 하고, 광도가 낮은 렌즈를 "느린"이라고도 합니다.

- 이미지 오류(수차)

수차가 너무 작아서 사진에서 인식할 수 없거나 어렵게만 인식할 수 있는 망원경만 사진 촬영에 사용할 수 있습니다.

해상력과 가능한 한 많은 빛을 모으는 능력은 전적으로 망원경 대물렌즈(렌즈 또는 거울)의 자유 직경에 달려 있으며, 천문학자들은 이를 조리개라고 부르며 인치(1인치 = 2.54센티미터) 단위로 표시합니다. 그러나 사진의 경우 초점 비율, 즉 Blender가 더 중요한데, 이는 결과물인 노출 시간이 이에 따라 달라지기 때문입니다. 물론 "빠른" 초점 비율로 더 긴 초점 거리를 원한다면 자동으로 조리개가 커집니다.

어쨌든 이 시점에서 망원경의 가격, 무게 및 크기는 조리개가 증가함에 따라 매우 빠르게 증가한다는 점에 유의해야 합니다.





망원경 조리개에 따른 무게와 가격의 변화. 이 그래프는 Meade의 ACF 시리즈를 기반으로 하지만 이 추세는 거의 모든 망원경에 적용될 수 있습니다. 절대 가격과 가중치는 이 그림에서 중요한 역할을 하지 않으므로 생략했습니다.

이러한 요구 사항 외에도 망원경을 선택할 때 개인의 희망과 선호도도 물론 중요합니다. 특히 센서 형식과 함께 초점 거리에 따라 유효 화각이 결정됩니다. 안드로메다 은하나 오리온 성운과 같은 확장된 천체는 500mm의 초점 거리로 촬영할 수 있지만, 고리 성운이나 행성과 같은 작은 천체는 훨씬 더 긴 초점 거리가 필요합니다.

렌즈 또는 거울?

망원경의 근본적인 구분은 이미지를 생성하는 광학 부품을 살펴보면 알 수 있습니다. 대물렌즈로만 구성된 망원경은 굴절 망원경 또는 굴절 망원경이라고 합니다. 대물렌즈로 거울만 사용하는 경우 반사망원경 또는 반사경이라고 합니다. 거울과 렌즈가 모두 이미지를 생성하는 경우 카타디옵틱 시스템이라고 합니다.

1. 굴절 망원경(반사경)

굴절망원경은 일반인이 상상하는 망원경의 모습에 가장 가까운 것입니다: 튜브의 앞쪽 끝에는 적어도 두 개의 렌즈로 구성된 대물렌즈가 있고, 뒤쪽 끝에는 다른 광학 요소 없이 카메라가 연결되어 있습니다. 따라서 굴절 망원경은 초점 거리가 고정된 망원 렌즈의 매우 단순화된 형태입니다. 그러나 망원 렌즈는 설계가 더 복잡하여 전체 길이가 유효 초점 거리보다 짧습니다. 굴절 렌즈는 그렇지 않으므로 전체 길이가 실제 초점 거리와 거의 일치합니다.

굴절기의 도식적 표현. 왼쪽에서 들어온 별빛은 유리 렌즈로 만든 대물렌즈에 부딪혀 카메라 센서의 초점 부분에 집중됩니다.





굴절렌즈는 파장에 따라 빛이 렌즈에서 다르게 굴절되기 때문에 발생하는 종방향 색수차 문제인 색수차 문제가 있습니다.



세로 색수차(색수차)의 도식적 표현: 렌즈는 프리즘 역할도 하며 빛을 구성 요소로 분할합니다. 각 파장(=색상)에 대해 다른 초점이 만들어집니다.



따라서 렌즈는 프리즘 역할을 하면서 동시에 빛을 스펙트럼 구성 요소로 분할합니다. 그 결과 단초점 렌즈에는 실제 초점이 없지만 파란색, 녹색, 빨간색의 색상이 서로 다른 위치에 있는 초점에 결합되어 전체 결과는 "초점선"이 됩니다. 적색광의 유효 초점 거리는 청색광의 유효 초점 거리보다 길다. 크로마트라고 하는 이러한 렌즈는 별 주위의 뚜렷한 색상의 후광으로 인해 화질이 좋지 않아 육안 관측과 사진 촬영 모두에 사용할 수 없습니다. 이러한 이유로 크로마틱 렌즈는 '장난감 망원경'에서만 볼 수 있습니다.

이를 개선하기 위해 서로 다른 안경에서 잘라낸 두 개의 렌즈로 구성된 대물렌즈를 사용합니다. 이를 통해 세 가지 주요 파장 중 적어도 두 가지 파장을 하나의 초점에 결합할 수 있습니다. 그러나 세 번째(실제로는 보통 청색광)의 초점 위치는 여전히 다르므로 최상의 초점에도 불구하고 밝은 별의 사진에 파란색 후광이 불안하게 나타납니다. 이 유형의 망원경은 아크로매트 또는 프라운호퍼 망원경으로 알려져 있으며 상대적으로 저렴합니다. 색 오차가 남아 있기 때문에 사진 촬영용으로 적합하지 않거나 매우 제한적인 범위에서만 사용할 수 있습니다. 굴절 렌즈가 빠를수록 색수차의 영향이 커집니다.



무색 렌즈의 도식적 표현: 서로 다른 유형의 유리로 만들어진 두 개의 렌즈가 결합되어 적어도 두 개의 주 파장(여기서는 빨간색과 녹색)이 공통 초점에서 결합되는 반면 청색광은 계속해서 다른 초점 위치를 갖도록 합니다.

5인치 조리개와 통합 필드 평탄화 렌즈가 장착된 Bresser의 무색 굴절기는 이미 강력한 기기입니다. 나머지 색상 오류는 밝은 별 주위에 푸른 후광의 형태로 눈에 띄게 나타납니다. 비용: 480유로.

이슬 캡을 제거한 후 이 굴절기의 대물렌즈에는 세 쌍의 조절 나사(장력 나사 1개와 압축 나사 1개)가 보입니다. 이를 통해 광축이 튜브의 중심 세로선과 일치하도록 대물렌즈를 배치할 수 있습니다. 그러나 실제로 이러한 유형의 조정은 매우 드물게 필요합니다. 렌즈의 녹색 반짝임 코팅은 반사로 인한 큰 빛 손실을 방지합니다.

가장 완벽한 형태의 굴절기는 대부분 3 렌즈 대물렌즈가 색수차를 완전히 제거하거나 적어도 실제로 더 이상 역할을하지 않을 정도로 감소시키는 아포 크로 매트입니다. 렌즈 중 하나는 이국적이고 값비싼 유리로 만들어져 세 가지 파장을 하나의 초점에 결합할 수 있습니다. 그 결과 밝은 물체의 가장자리에서 방해가 되는 색상 프린지 없이 완전히 색이 순수한 이미지를 얻을 수 있습니다. 안타깝게도 아포크로맷과 해당 형용사 아포크로마틱이라는 용어는 산업 표준의 적용을 받지 않기 때문에 시중에는 아포크로맷이라고 표시되어 있지만 실제로는 잔류 색수차가 있는 장치가 분명히 존재합니다.



아포크로맷의 개략도: (일반적으로) 3렌즈 대물렌즈는 거의 모든 파장을 공통 초점에 묶을 수 있어 눈에 띄는 색수차가 없는 사진을 얻을 수 있습니다. 렌즈 중 하나는 값비싼 특수 유리로 만들어야 합니다.

이 아포크로맷은 90밀리미터이며 대부분 순수한 색상을 이미지화합니다. 제조업체는 William Optics이며 가격은 800유로 이상입니다.

렌즈를 보면 렌즈가 거의 눈에 띄지 않을 정도로 고품질 코팅이 되어 있음을 알 수 있습니다. 초점 거리는 621mm, 초점 비율은 1:6.9입니다.

제조업체 LZOS의 아포크로매트는 세계 최고의 보정 굴절 렌즈 중 하나입니다. 사진은 조리개 115mm(4.5인치), 초점 거리 805mm(f/7 블렌더)의 렌즈입니다. 튜브와 포커서를 포함하여 3000유로가 넘는 가격입니다.

Astro-Physics의 두 개의 아포크로맷: 흰색 망원경은 6.1인치 굴절망원경(155mm 조리개)으로 초점비가 1:7이고, 더 작은 망원경은 4.1인치 조리개와 1:6(초점거리 630mm)의 아포크로맷으로 초점이 맞춰져 있습니다. 크기와 무게 측면에서 조리개 2인치의 차이가 어떤 차이를 만드는지 분명히 알 수 있습니다.

조리개가 7인치가 넘는 굴절렌즈는 휴대가 거의 불가능합니다. 다음 사진의 큰 장치는 조리개가 1:14인 10인치 아포크로맷이고, 위에 있는 작은 장치는 조리개가 1:8인 5.1인치 아포크로맷으로, 웰츠하임 천문대의 돔에 영구적으로 장착되어 있습니다.

아크로맷과 아포크로맷 사이에는 ED, 세미 아포크로맷 또는 세미 아포크로맷이 있으며, 아크로맷보다 대부분 2렌즈 대물렌즈로 눈에 띄게 더 나은 색상 보정을 달성하지만 진정한 아포크로맷의 완벽함을 달성하지는 못합니다.

이는 두 렌즈 중 하나에 특수 유리를 사용함으로써 가능합니다. 이러한 장치는 가격 측면에서 매우 흥미롭고 일부 모델의 사진 성능도 인상적입니다.

세미 아포크로맷에는 종종 "ED"라는 추가 명칭이 붙습니다. 색수차 보정은 아크로맷보다 훨씬 우수하지만 진정한 아포크로맷의 완벽함을 달성하지는 못합니다. 가격 대비 성능 비율은 균형 잡히고 매력적이라고 설명해야합니다. 조리개 80mm, 초점 거리 600mm의 이 장치는 최저 350유로에 구입할 수 있습니다:

이 ED 굴절렌즈는 조리개가 100mm(4인치), 초점 거리가 900mm(초점 비율 1:9)입니다. 가격은 약 700유로입니다.

위에 표시된 ED-60/800 굴절렌즈의 (비조절식) 대물렌즈 보기:

왼쪽은 아크로맷을 사용한 오리온 성운의 이미지입니다. 색수차의 결과로 밝은 별 주위의 푸른 후광을 선명하게 볼 수 있습니다. 세미 아포크로맷(ED, 오른쪽 이미지)은 이 수차를 상당히 줄여줍니다:

굴절기의 장단점은 다음과 같은 영역에 있습니다:

• 쉬운 취급
• 광학장치의 조정이 거의 또는 전혀 필요하지 않음
• 긴 냉각 시간 없이 빠르게 사용 가능
• 태양 촬영에 가장 적합한 선택(튜토리얼 6번 참조)
• 측면으로 입사되는 미광에 민감하지 않음
• 보조 미러로 인해 빔 경로에 장애물이 없음(반사망원경 참조)
• 산란 및 반사로 인한 빛 손실이 크지 않고 투과율이 높음
• "광선"이 없는 별 이미징
• 주어진 조리개(아포크로맷)에 대해 (이론적으로) 가능한 최상의 이미징 성능
  
  
• 늦어도 6인치 조리개에서 나오는 크기와 무게로 인해 취급이 어려움
• 아크로맷의 색수차
• 아포크로맷의 높은 가격
• 천문대 장치로만 실용적인 7인치 조리개
  
  

2. 미러 망원경(반사망원경)

반사망원경의 대물렌즈는 오목한 거울로 구성되며, 첫 번째 근사치는 속이 빈 구 모양의 유리 또는 유리-세라믹 재료로 연마한 다음 반사 표면을 제공하는 것입니다. 자세히 살펴보면 구조 유형에 따라 표면이 구형의 오목한 구와 약간 다르다는 것을 알 수 있습니다.

오목 거울의 초점은 빔 경로에 있기 때문에 카메라(적어도 아마추어급 망원경에서는)는 입사광을 너무 많이 차단하기 때문에 직접 장착할 수 없습니다. 이러한 이유로 반사경에는 소위 보조 거울이라고 하는 두 번째 거울이 있습니다. 이 거울은 초점 앞에 장착되어 1차 거울의 번들 빛을 튜브 밖으로 향하게 한 다음 초점부에 결합하여 카메라를 장착할 수 있습니다.

보조 미러는 광학 경로의 중앙에 위치하므로 튜브의 내벽에 부착된 "보조 미러 스파이더"라는 스트럿으로 제자리에 고정해야 합니다. 따라서 광 경로의 "스파이더"와 함께 보조 미러는 필요악이며, 그 결과는 아래에서 설명합니다.

첫째, 보조 거울은 사진에서 선명하거나 흐릿한 실루엣으로 인식할 수 없다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 그러나 직경에 따라 입사광선의 일부를 그늘지게 하여 밝기가 손실될 수 있습니다. 그러나 이는 제한적입니다. 선형 직경이 1차 거울 직경의 30%인 2차 거울도 입사광의 9%만 표면으로 그늘을 만들 수 있습니다.

보조 미러의 두 번째 효과는 일반적인 이미지 콘트라스트의 감소이며, 이는 보조 미러의 직경이 클수록 더욱 커집니다. 사진적으로 이 효과는 무시할 수 있는 수준이며 이미 대비가 낮은 행성을 육안으로 관찰할 때만 관련이 있습니다. 반면에 보조 미러 스트럿은 밝은 별 주위에 "광선" 형태로 사진에 눈에 보이는 흔적을 남깁니다.

스트럿의 모양은 두 번 표시되며, 두 번째 이미지는 첫 번째 이미지에서 180도 오프셋됩니다. 따라서 팔이 4개인 거미는 밝은 별에서 4개의 광선을 생성하고, 3개의 광선을 가진 거미는 6개의 광선을 생성합니다.



굴절기는 "광선"이 없는 별을 이미지화합니다(왼쪽). 반면 뉴턴 반사경의 보조 거울 스트럿은 별빛의 회절에 의해 광선 이미지를 생성합니다(오른쪽).



반사 망원경은 빛의 반사가 파장에 독립적이기 때문에 일반적으로 색수차가 없습니다.

세 가지 일반적인 반사망원경 유형이 아래에 나와 있습니다.

2.1 뉴턴 반사경

이 유형의 소형 장치에는 저렴하고 구형으로 연마된 1차 거울이 있고, 약간 큰 장치에는 이미징 품질을 향상시키기 위해 모양이 구형에서 벗어난 포물선형 거울이 있습니다. 초점에 도달하기 전에 타원형이지만 평면과 평행한 보조 거울은 튜브 벽의 구멍을 통해 빛을 90도 굴절시킵니다. 이는 보는 위치 또는 카메라의 위치가 망원경 튜브의 측면 앞쪽 끝에 있다는 것을 의미하며, 처음에는 다소 특이한 구성입니다. 이러한 유형의 망원경에서는 단일 표면만 광학적으로 효과적이기 때문에 제조 비용이 상대적으로 저렴합니다.

사진 촬영의 경우 더 큰 이미지 센서를 이미지 모서리까지 비추기 위해서는 작은 보조 미러가 있는 모델보다 큰 보조 미러가 있는 모델이 더 적합합니다. 이를 사진에 최적화된 뉴턴 망원경 또는 단순히 "사진 뉴턴 망원경"이라고도 합니다. 뉴턴식 망원경은 큰 조리개와 "빠른" 초점 비율로 제작할 수 있지만, 이 시스템으로 인해 이미지 가장자리에서 혜성처럼 변형된 별처럼 눈에 띄는 광축에서 벗어난 이미지 오차 혼수 상태가 나타납니다. 소위 코마 보정기라고 불리는 포커서의 추가 렌즈 시스템이 이를 해결합니다.



뉴턴 반사경의 개략도: 왼쪽에서 들어오는 빛은 오목 거울에 먼저 부딪히고, 이 거울에 의해 묶인 후 45도 기울어진 평평한 표면을 가진 보조 거울에 의해 튜브 밖으로 굴절되어 초점에 도달합니다.

뉴턴 반사경의 조리개는 망원경의 앞쪽 끝에 있는 측면에 있습니다(빨간색 화살표).

뉴턴 반사경의 조리개를 들여다봅니다. 네 개의 얇은 스트럿에 매달려 있는 보조 거울을 볼 수 있습니다. 1차 거울은 멀리 뒤에 보입니다. 포커서가 오른쪽 상단으로 돌출되어 있습니다.

사진적으로 최적화된 빅센의 뉴턴 반사경입니다. 다시 말하지만, 카메라가 부착된 포커서는 빨간색 화살표로 표시되어 있습니다. 이 장치의 조리개는 8인치(200밀리미터)이고 초점 거리는 800밀리미터로, 초점 비율은 1:4의 "빠른" 1:4입니다. 이 망원경의 가격은 마운트 없이 약 1100유로입니다.

빅센 포토 뉴턴 반사경의 조리개를 살펴보면 더 큰 이미지 센서를 비추기 위해 보조 거울의 직경이 상대적으로 크다는 것을 알 수 있습니다. 보조 미러가 매달려 있는 스트럿은 상당히 두껍지만 그에 상응하는 안정성을 갖추고 있습니다.

매우 간단하게 장착된 뉴턴 반사경의 버전은 "돕소니언 망원경"으로 알려져 있습니다. 그러나 마운트 때문에 이러한 장치는 사진 촬영 목적으로는 적합하지 않습니다.



시각적인 목적으로는 소위 "돕소니언" 망원경이 매우 인기가 있습니다. 이는 매우 간단하게 장착된 뉴턴 반사경이지만 마운트 때문에 장노출 천체 사진 촬영에는 적합하지 않습니다.

2.2 카세그레인 반사경

이 유형의 1차 거울도 포물선 모양입니다. 그러나 보조 거울은 뉴턴 거울처럼 평평하지 않고 볼록 쌍곡선(즉, 광학적으로 효과적)이며 1차 거울을 향해 빔을 다시 반사하는 방식으로 배열되어 있습니다. 튜브의 후단에 아이피스나 카메라를 부착할 수 있도록 중앙에 구멍이 뚫려 있습니다. 따라서 보기 위치는 굴절기의 위치와 일치합니다.



카세그레인 반사경의 개략도: 1차 거울(오른쪽)은 입사광을 2차 거울(왼쪽)에 초점을 맞춥니다. 이 빛은 1차 거울의 중앙 구멍을 통해 반사되어 최종적으로 튜브 외부의 초점에서 결합됩니다.

카메라도 연결할 수 있는 카세그레인 반사경의 초점은 굴절기와 마찬가지로 망원경의 보기 방향(빨간색 화살표) 뒤쪽에 위치합니다:





카세그레인 리플렉터는 현재 가끔 판매되는 제품입니다. 이미지 필드가 구부러져 있고 코마를 포함한 광축에서 벗어난 수차를 보여줍니다. 이러한 오류는 일치하는 렌즈 시스템의 적절한 보정기를 사용해야만 디지털 SLR 카메라의 센서 포맷에 맞게 충분히 큰 시야를 가진 사진적으로 사용 가능한 망원경을 만들 수 있을 정도로 줄일 수 있습니다.

2.3 리체-크리티앙 리플렉터

카세그레인 리플렉터와 매우 유사하지만, 주 거울과 보조 거울에 각각 하나씩 두 개의 쌍곡선 거울 모양을 사용합니다. 이를 통해 카세그레인의 혼수 상태는 제거할 수 있지만 이미지 필드의 곡률은 제거할 수 없으며, 이는 여전히 렌즈로 만든 보정기로 해결해야 합니다. 그러나 이러한 유형의 구조는 더 큰 레코딩 센서의 모서리까지 좋은 이미지 품질을 제공합니다. 이것이 허블 우주 망원경을 비롯해 지구상에서 가장 큰 망원경 중 상당수가 리체-크리티앙 반사판으로 설계된 이유 중 하나일 수 있습니다.

사진 촬영을 위해 타협하지 않고 설계된 이러한 장비는 천체 사진기라고도 불립니다. 대부분의 리체-크레티앙 반사경은 비교적 큰 조리개로만 생산되며 가격이 상당히 비쌉니다. 따라서 야심 찬 아마추어를 위한 제품입니다.

리치-크레티앙 반사판의 개략도: 빔 경로는 카세그레인 반사판과 완전히 동일하며, 두 거울의 표면 모양만 약간 다르기 때문에 광축에서 벗어난 이미지 오차를 더 잘 보정할 수 있습니다:

20인치(50센티미터) 구경의 리체-크리티앙 반사경은 거의 전문가용 장치에 가깝습니다. 미국 RCOS의 망원경은 마운트 없이 46,000유로에 달합니다.

리플렉터의 장단점은 다음과 같이 요약할 수 있습니다:

• 비교적 저렴한 촬영 비용으로 큰 조리개(뉴턴식)
• 색수차 없음
• 일부 고속 버전 사용 가능(뉴턴식)
• 전면에 튜브가 개방되어 있어 냉각 시간이 중간 정도입니다.
• 대형 이미지 센서를 위한 매우 높은 이미지 품질(필드 평탄화 렌즈가 있는 리체-크리티앙)
• 유효 초점 거리보다 훨씬 짧은 구성 길이(카세그레인, 리체-크리티앙)
  
  
• 열린 튜브를 통해 먼지가 1차 미러에 묻을 수 있음
• 때때로 필요한 미러 조정(콜리메이션) 필요
• 빔 경로의 보조 미러로 인한 빛 손실 및 콘트라스트 손실
• 거울의 제한된 반사율로 인한 빛 손실
• 태양 관측에만 제한적으로 사용
• 낮 동안의 지상 관측(예: 조류)에만 제한적으로 사용 가능
• 보조 미러 스트럿으로 인한 밝은 별 주변의 복사 현상
  
  
  
  세 쌍의 나사(푸시 나사 1개와 풀 나사 1개)로 뉴턴 반사경이 있는 1차 미러를 미세하게 조정할 수 있습니다. 사진은 튜브의 뒷면을 보여줍니다.
  
  
  
  

뉴턴 반사경의 보조 미러는 3개의 나사를 추가로 사용하여 최적의 위치로 조정할 수 있습니다. 뉴턴 망원경의 광학 조정은 로켓 과학이 아니지만 먼저 배워야 합니다.

3. 카타디옵틱 시스템

카타디옵틱 망원경은 거울과 렌즈를 사용하여 이미지를 생성하지만, 위에서 반사경 망원경에서 설명한 뉴턴식 및 카세그레인 반사경을 기반으로 합니다. 앞쪽 끝, 즉 입구 동공 영역에 추가 렌즈 요소를 사용하는 아이디어는 광축에서 멀리 떨어진 이미지 품질을 개선하려는 욕구에 기반하며, 종종 생산하기 쉽고 따라서 더 저렴한 기본 거울의 표면 모양과 결합하여 사용됩니다. 그러나 사용된 렌즈 요소로 인해 세로 색수차가 발생하지만 무색 굴절 렌즈에 비해 매우 미미하며 실제로는 거의 눈에 띄지 않습니다. 추가로 삽입된 렌즈가 얇고 비구면 연마된 경우, 이를 "슈미트 플레이트"라고도 하며 망원경 명칭 앞에 "슈미트-"가 표시되어 있습니다. 렌즈가 비교적 두껍고 구형으로 제조된 메니스커스 요소인 경우 "막수토프 망원경"이라고 합니다.

이 렌즈는 보조 거울의 장착 옵션으로도 사용되어 보조 거울 마운트를 생략하고 밝은 별에서 광선이 생성되지 않도록 할 수 있습니다.

3.1 슈미트-카세그레인

이 디자인은 대략 카세그레인 반사판에 비구면 슈미트 플레이트가 추가된 것과 비슷합니다. 이를 통해 구형(구면) 형태의 1차 미러를 만들 수 있으므로 제조 비용이 저렴합니다. 동시에 코마 현상이 줄어들어 이론적으로 우수한 이미징 성능을 얻을 수 있습니다. 안타깝게도 비구면 슈미트 플레이트의 생산은 문제가 있습니다. 원하는 정확도를 항상 달성할 수 있는 것은 아니므로 일부 슈미트-카세그레인 망원경의 유효 성능이 기대에 미치지 못하는 경우가 있습니다. 그럼에도 불구하고 이 유형의 망원경은 적당한 망원경 크기로 비교적 큰 조리개와 초점 거리를 구현할 수 있기 때문에 오랫동안 아마추어들에게 매우 인기가 있었습니다. 많은 모델의 또 다른 문제는 디지털 SLR 카메라의 대형 센서를 비추는 데 성공하지 못한다는 것입니다. 어두운 이미지 모서리 형태의 강한 비네팅이 이미지를 망칠 수 있습니다.



슈미트-카세그레인 망원경의 개략도: 카세그레인 반사판과 달리 슈미트 플레이트라고 하는 전면 렌즈가 있습니다. 이 렌즈는 비구면 모양으로, 더 저렴한 미러와 광축에서 벗어난 이미지 오류를 보정할 수 있습니다.

셀레스트론은 슈미트-카세그레인 망원경의 가장 잘 알려진 제조업체입니다. 여기에 표시된 모델은 조리개가 8인치(200밀리미터), 초점 거리가 2000밀리미터, 즉 1:10의 조리개를 가지고 있습니다. 다소 큰 보조 거울이 슈미트 플레이트에 부착되어 있어 지지대가 필요 없습니다. 1차 미러는 코팅된 슈미트 플레이트를 통해 볼 수 있습니다. 마운트가 없는 튜브는 약 1150유로에 구입할 수 있습니다.

이 망원경에서는 보조 미러만 조정할 수 있습니다. 중앙 커버를 제거하면 해당 조정 나사가 나타납니다.

3.2 막수토프-카세그레인

슈미트 플레이트 대신 메니스커스 렌즈가 사용된다는 점을 제외하면 원칙적으로 슈미트-카세그레인에 해당합니다. 모든 표면이 구형이므로 저렴하고 높은 정밀도로 생산할 수 있습니다. 보조 미러는 메니스커스 렌즈 뒷면에 반사층으로 코팅된 표면으로 구성됩니다. 이 광학 원리는 높은 이미지 품질을 가능하게 하며 특히 초소형, 소형 망원경과 일부 사진 렌즈에 사용됩니다. 조리개가 커질수록 막수토프-카세그레인 망원경은 두꺼운 메니스커스 렌즈로 인해 상당히 무거워집니다.

일반적으로 "느린" 조리개 비율로 인해 희미한 깊은 하늘의 물체를 장시간 노출해야 합니다. 막수토프-카세그레인은 특히 달과 행성을 촬영할 때 그 장점을 발휘합니다.



막수토프-카세그레인 망원경의 개략도: 빔 경로는 슈미트 플레이트 대신 구형으로 연마된 메니스커스 렌즈가 사용되며 그 뒷면에 보조 거울이 증착된다는 점을 제외하면 슈미트-카세그레인 망원경의 빔 경로와 일치합니다.

Meade의 이 편리한 막수토프-카세그레인 망원경은 조리개가 5인치(정확히 127밀리미터)이고 초점 거리가 1800밀리미터로, 초점비가 1:15로 상당히 저조도인 것을 의미합니다. 달과 행성은 이러한 광학 시스템에 특히 적합한 대상입니다. 안타깝게도 이 망원경은 포크 마운트를 포함해서만 구입할 수 있으며 가격은 900유로입니다.

막수토프-카세그레인 망원경의 정면에서 본 모습은 코팅된 메니스커스 렌즈와 그 뒤에 증기 증착된 보조 거울이 반사되고 밝은 원반처럼 선명하게 보이는 것을 보여줍니다.

3.3 슈미트-뉴턴식

망원경의 입구 조리개 영역에 보정 렌즈가 장착되어 있다는 점을 제외하면 빔 경로는 기본적으로 뉴턴 반사경의 빔 경로와 일치합니다. 슈미트-카세그레인에 대해 언급된 많은 내용이 슈미트-뉴턴에도 적용됩니다. 보정 렌즈를 사용하면 구형 1차 거울을 사용할 수 있고 발생하는 코마 현상을 줄일 수 있습니다. 그러나 슈미트 플레이트의 문제가 없는 생산은 이 시스템의 전반적인 성능을 저하시킬 수 있습니다. 빠르고 밝은 광학 장치를 사용할 수 있습니다.



슈미트-뉴턴 망원경의 개략도: 뉴턴 반사경과 달리 이 망원경은 전면 렌즈에 슈미트 플레이트가 포함되어 있습니다. 이 플레이트는 보조 미러의 장착 옵션으로 사용되므로 지지대를 생략할 수 있습니다.

Meade의 이 슈미트-뉴턴 망원경은 구경이 8인치(200밀리미터), 초점 거리가 810밀리미터로 1:4의 "빠른" 초점 비율을 제공합니다. 중앙에 보조 거울이 부착된 슈미트 보정 렌즈가 선명하게 보입니다. 이러한 망원경의 가격은 약 715유로입니다.

3.4 막수토프 뉴토니안

다시 말하지만, 뉴턴 반사경은 구형 1차 거울의 이미지 오류를 보정하기 위해 입구 조리개에 메니스커스 렌즈로 보완된 출발점 역할을 합니다. 매우 작은 보조 미러가 있는 장치도 시중에 나와 있습니다. 이 장치는 달과 행성의 고해상도 이미지에만 적합하며, 보조 미러의 크기 때문에 디지털 SLR 카메라의 센서를 비네팅 없이 비출 수 없습니다.



막수토프-뉴턴 망원경의 개략도: 메니스커스 렌즈가 전면 렌즈 역할을 하며, 그 외에는 슈미트-뉴턴 망원경과 본질적으로 동일합니다.

Intes Micro의 막수토프-뉴턴 망원경은 7인치 구경(180밀리미터)과 1080밀리미터의 초점 거리(f/6 조리개)를 가지고 있습니다. 시야는 옆과 위쪽(빨간색 화살표)입니다. 최고급 광학 장치를 장착한 사진의 가격은 약 1800유로입니다.

아래에 제시된 막수토프 뉴토니언의 메니스커스 렌즈는 중앙에 매우 작은 보조 거울을 가지고 있으며, 이는 전체 직경의 18%만을 선형으로 차지합니다. 옵션으로 1:8의 조리개로 주문할 수도 있으며, 이 경우 보조 미러는 더 작아집니다(전체 Blender의 13퍼센트). 이 작은 보조 미러는 뛰어난 이미지 콘트라스트를 보장하지만, '크롭 팩터'가 있는 디지털 SLR 카메라의 센서를 비추지는 않습니다. 따라서 달과 행성의 세밀한 이미지를 촬영하는 데 특화되어 있습니다.

브레서의 막수토프 뉴토니언은 메니스커스 렌즈의 매우 효과적인 코팅이 거의 모든 빛 반사를 억제하기 때문에 보조 거울이 공중에 떠 있는 것처럼 보이는 일반 뉴턴 반사경과 거의 비슷하게 보입니다. 시야는 뉴턴 반사경의 일반적인 경우와 마찬가지로 측면입니다(빨간색 화살표). 이 장치의 조리개는 약 6인치(152밀리미터)이고 초점 거리는 740밀리미터로, 1:5의 초점 비율에 해당합니다. 가격은 약 1000유로입니다.

브레서 막수토프 뉴토니언의 보조 거울은 인테스 마이크로 모델보다 훨씬 큽니다. 그러나 APS-C 포맷(크롭 팩터가 1.6배인 디지털 SLR 카메라)의 센서를 비출 수 있습니다.

변형

설명한 디자인 외에도 이색적인 것으로 간주해야 하는 수많은 변형이 있습니다. 이들 중 다수는 1차 및/또는 2차 미러 및/또는 보정 렌즈의 표면 모양을 약간 수정하여 "오리지널"보다 훨씬 더 나은 이미징 성능을 약속합니다.

한 가지 예로 슈미트-카세그레인에 비해 이미징 성능이 향상된 Meade의 "고급 코마 프리" 망원경이 있습니다.

비교적 최근에 출시된 Meade의 망원경은 제조업체에서 "고급 코마 프리" 망원경이라고 부르는 망원경입니다. 이러한 추가 개발로 인해 Meade는 더 이상 프로그램에서 슈미트-카세그레인 망원경을 취급하지 않습니다. 사진은 8인치 구경(200밀리미터)의 모델입니다. 초점 거리는 2000밀리미터(Blender 1:10)입니다. 노출 시간이 긴 망원경을 정확하게 추적하는 것은 쉬운 일이 아니므로 더 짧은 초점 거리로 시작해야 합니다. 마운트가 없는 튜브의 경우 약 1380유로를 지불해야 합니다.

어드밴스드 코마 프리 망원경의 전면에서 바라본 모습. 전면 렌즈의 코팅은 거의 모든 반사를 제거하여 보조 거울이 공중에 떠 있는 것처럼 보이기 때문에 매우 높은 품질을 자랑합니다. 보조 미러와 1차 미러의 조정 나사는 튜브 뒤쪽에서도 볼 수 있습니다. 보조 미러의 선형 직경은 조리개의 38퍼센트에 달하는 인상적인 크기입니다. 입구 동공 면적의 14%를 가려주며, 둘 다 사진 촬영에 사용할 수 있습니다.

카타디옵틱 망원경의 장단점을 간단히 설명합니다:

• 폐쇄형 시스템으로 1차 거울의 오염 위험이 낮음
• 색수차가 거의 없음
• 유효 초점 거리보다 훨씬 짧은 구성 길이(슈미트-뉴턴 및 막수토프-뉴턴 제외)
• 보조 미러 스트럿이 없기 때문에 밝은 별 주변에 광선이 형성되지 않음
• 세심한 설계로 높은 이미지 품질
  
  
• 긴 냉각 시간(예: 가열된 플랫에서 외부로 운반한 후)
• 때때로 필요한 미러 조정(콜리메이션) 필요
• 빔 경로의 보조 미러로 인한 빛 및 콘트라스트 손실
• 거울의 제한된 반사율로 인한 빛 손실
• 태양 관측에만 제한적으로 사용
• 낮 동안의 지상 관측(예: 조류)에 제한적으로 사용 가능
• 이슬 안개에 취약한 대형 전면 렌즈
• 무거운 무게(특히 막수토프 장치)
  
  
  
  다음 표에는 천체 사진 촬영에 가장 중요한 시스템과 그 적합성, 굴절경 2개, 반사경 2개, 카타디옵틱 시스템 2개가 나열되어 있습니다. 모든 용도에 똑같이 적합한 망원경 유형은 없으므로, 표는 다양한 천체 주제에 따라 분류되어 있습니다.

추천

사실과 의견은 별개입니다. 따라서 제 주관적인 관점에서 구체적인 추천을 드리고자 합니다.

디지털 SLR 카메라를 장착하고 희미한 천체의 장노출 이미지를 촬영하려는 천체 사진 초보자에게는 초점 거리가 400~600mm인 소형 아포크로마틱 굴절렌즈를 추천하고 싶습니다. 이렇게 하면 노출 시간 동안 정확한 추적 문제를 제한 범위 내에서 해결할 수 있지만, 매력적인 피사체(성단, 가스 성운, 은하)는 여전히 손이 닿는 범위 내에 있습니다. 이러한 장치는 조리개가 최대 4인치인 경우 컴팩트하고 다루기가 절대적으로 쉽습니다. 필요한 마운트("천체 사진 및 하늘 사진" 시리즈의 튜토리얼 9번 참조)도 무게와 가격 측면에서 합리적인 한도 내에 있습니다. 예산 문제가 발생하면 세미 아포크로맷 또는 ED 굴절기가 대안이 될 수 있습니다. 어떤 경우든 구매하기 전에 원하는 모델에 제대로 작동하는 필드 플랫닝 렌즈를 사용할 수 있는지 확인해야 합니다.

Barlow 렌즈를 사용하면 이러한 굴절기의 유효 초점 거리를 연장하여 달의 세밀한 이미지를 얻을 수 있습니다. 이러한 망원경으로 백색광 또는 H-알파광으로 태양 사진을 찍을 수도 있습니다("천체 사진 및 하늘 사진" 시리즈의 튜토리얼 6번 참조).

나중에 더 긴 초점 거리(1000~1500mm)를 사용해야 하는 경우, 경험을 쌓은 후에 구체적인 권장 사항을 제시하기가 더 어렵습니다. 노출 시간이 긴 깊은 하늘의 물체를 촬영할 때는 코마 보정기가 있는 뉴턴식 반사경, 슈미트-뉴턴식 또는 막수토프-카세그레인 망원경, 주머니 사정이 여의치 않고 대형 아포크로마틱 굴절기(최대 6~7인치 구경) 또는 리체-크리티앙 반사경을 최종 솔루션으로 구입하고 싶은 경우라면 뉴턴식 반사경이 옵션이 될 수 있습니다.

주로 행성 사진과 달의 상세한 사진에 관심이 있다면 길고 매우 긴 초점 거리를 사용해야 하지만 디지털 SLR 카메라 대신 웹 또는 비디오 카메라("천체 사진 및 하늘 사진" 시리즈의 튜토리얼 14번 참조)로 작업하는 것을 선호할 수 있습니다. 그러면 크고 밝은 화각에 대한 요구 사항이 더 이상 적용되지 않고 옵션이 더 광범위해집니다. 그러면 각각 8~14인치의 조리개를 가진 슈미트-카세그레인, 막수토프-카세그레인, 막수토프-뉴턴 및 장초점 뉴턴 반사경을 고려할 수 있습니다.

감사의 말

Fernrohrland, Fellbach(www.fernrohrland.de)라는 회사에 감사의 말씀을 전합니다. 이 튜토리얼에 포함된 많은 망원경 이미지를 촬영하고 긴 대화를 통해 현재 시장 상황에 대해 논의할 수 있었으며, 이 튜토리얼이 완성되지 않았을 것입니다.

인용된 모든 가격은 2009년 4월 기준의 대략적인 가격입니다.