중앙 차폐와 천체사진: 실제로 당신에게 어떤 비용이 드는가

소개

천체사진을 위해 굴절 망원경을 사용하지 않는다면, 뉴턴식, 슈미트-카세그레인식, 또는 마크소토프-카세그레인식과 같은 반사식 설계를 사용하고 있을 가능성이 높습니다. 이들 모두는 조리개 위에 위치한 보조 거울이 중앙 차폐라고 알려진 것을 만든다는 공통점을 가지고 있습니다.

일반적인 뉴턴식 망원경에서 보조 거울 홀더와 거울 자체는 주경에 대해 약 45도 각도로 위치하여, 이미지를 아래에 있는 카메라로 반사합니다. 그 보조 거울은 주경에 그림자를 드리우며, 그 그림자가 바로 중앙 차폐입니다. 이는 망원경의 주요 집광 면적에서 특정 직경과 표면적을 차지합니다.

일반적인 통념은 중앙 차폐가 시각 관측에서만 문제가 되어 대비 손실을 일으키며, 이미징을 하는 사람들은 걱정할 필요가 없다는 것입니다. 실제로 중앙 차폐는 대비 이상의 세 가지 주요 영향을 미치며, 딥스카이 이미징을 위해 반사식 망원경을 선택하기 전에 이를 이해하는 것이 좋습니다.

중앙 차폐란 무엇인가?

중앙 차폐는 반사 망원경의 주경에 보조 거울 홀더가 드리우는 그림자입니다. 망원경을 정면으로 들여다보면, 뒤쪽에 주경이 보이고 중앙 차폐가 조리개의 일부를 차지하고 있는 것을 볼 수 있습니다.

그 차폐의 크기는 설계에 따라 크게 다릅니다. 일부 망원경은 매우 큰 중앙 차폐를 가지고 있습니다. 예를 들어, Sharpstar SCA 310은 조리개가 310 mm이고 중앙 차폐 직경이 184 mm입니다. 이 차폐는 많은 소형 뉴턴식 망원경의 전체 조리개보다 큽니다. 또 다른 인기 있는 이미징 망원경인 RASA 8은 203 mm 조리개와 93 mm 중앙 차폐를 가지고 있습니다.

중앙 차폐의 첫 번째 영향은 망원경의 최대 이론 해상도에 미치는 영향입니다. 정확한 효과는 간단한 공식으로 정량화하기 어렵고, Dawes 한계에 미치는 영향은 완전히 명확하지 않습니다. 실질적으로, 해상도 손실은 대부분의 천체사진가에게 걱정할 만한 수준은 아닐 것입니다. 특히 적당한 뉴턴식 망원경조차도 시중의 대부분의 굴절 망원경을 조리개 측면에서 능가하기 때문입니다.

두 번째 영향은 협대역 필터 성능에 대한 것으로, 더 중요하고 정량화하기 쉽습니다. 세 번째 영향은 집광 효율에 대한 것으로, 망원경의 실질적인 속도에 영향을 미칩니다.

협대역 필터에 미치는 영향

협대역 필터는 입사광선의 각도에 매우 민감합니다. 필터 표면에 정확히 90도 각도로 빛이 도달할 때 가장 좋은 성능을 발휘하며, 이는 광학계의 중심에서 오는 빛을 의미합니다. 중앙 차폐는 이러한 중심 광선을 완전히 차단하므로, 나머지 모든 빛은 직각이 아닌 각도로 도달합니다.

이는 목표 파장에서의 투과율에 측정 가능한 영향을 미칩니다. 협대역 필터 계산기를 사용하면 그 영향을 명확히 볼 수 있습니다. Sharpstar SCA 310에 3 nm 황-2 필터와 90%의 최대 투과율을 사용하는 경우, 계산에 따르면 중앙 차폐가 없더라도 빠른 광학계는 이미 전체 조리개에 걸쳐 총 투과율을 약 75%로 감소시킵니다. 184 mm 중앙 차폐를 추가하면 투과율이 즉시 거의 10% 감소합니다.

이 효과는 더 넓은 대역폭 필터를 사용할 때 훨씬 덜 두드러집니다. 7 nm 필터를 사용하면 중앙 차폐가 있는 SCA 310은 약 90% 투과율을 보여 실질적으로 문제가 없습니다. 실용적인 결론은 중앙 차폐가 큰 망원경은 협대역 필터 선택을 제한한다는 것입니다. 3 nm 대역폭 필터는 이 망원경에 적합하지 않을 가능성이 높으며, 특히 저품질 필터의 경우 더욱 그렇습니다.

굴절률과 최대 투과율이 더 좋은 고품질 필터는 훨씬 더 좋은 성능을 보입니다. 프리미엄 필터를 사용하면 중앙 차폐가 있느냐 없느냐의 차이가 작습니다. 그럼에도 중앙 차폐가 필터 옵션을 제한한다는 점은 여전히 유효합니다.

RASA 8은 훨씬 더 극적인 효과를 보여줍니다. 7 nm 필터와 중앙 차폐가 없는 경우, 광학계가 매우 빠르고 광선이 가파른 각도로 도달하기 때문에 전체 조리개에 걸친 투과율은 52%에 불과합니다. 93 mm 중앙 차폐를 추가하면 42%로 떨어져 10%의 손실이 발생합니다.

망원경의 실제 속도

중앙 차폐의 세 번째 영향은 집광 효율입니다. 차폐가 드리우는 그림자는 주경의 일부가 사용되지 않게 하여, 초당 픽셀당 수집되는 광자 수를 줄입니다. 이는 매우 빠른 초점비를 가진 망원경이라도 큰 중앙 차폐가 실질적인 속도를 낮춘다는 것을 의미합니다.

이를 정량화하려면 반사식 망원경의 유용한 표면적을 동등한 굴절 망원경 조리개와 비교할 수 있습니다. Sharpstar SCA 310의 경우 주경 직경이 310 mm이므로 표면적은 파이 곱하기 155 제곱입니다. 반지름 92 mm인 중앙 차폐 표면적을 빼면, 직경 약 250 mm인 굴절 망원경에 해당하는 유용한 표면적이 남습니다.

이는 SCA 310이 명목상 F3.8의 초점비를 가지지만, 집광 측면에서 F4.7의 굴절 망원경과 동등하다는 것을 의미합니다. 사진 용어로는 F-스톱과 T-스톱의 차이이며, T는 투과율을 의미하며 모든 표면에서의 광 손실을 고려합니다.

현실적인 거울 반사율 손실(약 95%)을 추가하면 T-스톱은 약 5.2가 됩니다. 여기에 66% 투과율의 저품질 협대역 필터를 추가하면 T-스톱은 약 7.9로 증가합니다. 부적절한 필터를 사용하지 않더라도 망원경은 명목상 수치만큼 빠르지 않습니다.

RASA 8은 더 나은 편입니다. 203 mm 조리개에 93 mm 중앙 차폐는 약 180 mm 조리개의 굴절 망원경과 동등합니다. 그 가상의 굴절 망원경은 RASA 8의 명목상 F2와 비교하여 F2.2의 초점비를 가질 것입니다. 영향은 SCA 310보다 덜 극적이지만 여전히 측정 가능합니다.

다음 망원경 선택에 주는 의미

천체사진용 망원경을 비교할 때, 초점비만으로는 중앙 차폐가 있는 망원경의 속도를 신뢰성 있게 나타낼 수 없습니다. 실질적인 집광 능력은 차폐로 인해 감소하며, 실제 속도는 T-스톱으로 더 잘 설명됩니다.

협대역 이미징의 경우, 큰 중앙 차폐는 필터 선택을 제한합니다. 7 nm와 같은 넓은 대역폭 필터가 더 안전하며, 3 nm 필터는 특히 저품질 필터에서 상당한 투과율 손실을 초래할 수 있습니다. 굴절률이 더 좋은 프리미엄 필터는 문제를 완화하지만 제거하지는 않습니다.

중앙 차폐는 초점이 맞지 않기 때문에 최종 이미지에 나타나지 않습니다. 그림자는 전체 센서에 퍼져 이미지가 눈에 띄는 어두운 형태를 보여주기보다는 약간 덜 밝아지게 만듭니다. 그 미묘한 밝기 감소가 바로 차폐로 인한 초당 픽셀당 광자 손실입니다.

결론

중앙 차폐는 시각 관측자의 대비 문제 이상입니다. 협대역 필터 성능에 영향을 미치고, 실질적인 집광을 감소시키며, 망원경의 실제 속도를 변화시킵니다. 이러한 영향을 이해하면 이미징 목표에 맞는 올바른 망원경과 필터를 선택하는 데 도움이 됩니다.

Sharpstar SCA 310의 경우, 거대한 184 mm 중앙 차폐는 집광 측면에서 사실상 250 mm 굴절 망원경과 동등하며, 필터를 고려하기 전 T-스톱은 약 5.2입니다. RASA 8은 명목상 속도에 더 가까우며, F2.2의 180 mm 굴절 망원경과 동등합니다.

협대역 촬영을 계획하고 있다면 중앙 차폐 크기에 주의를 기울이고 그에 따라 필터를 선택하십시오. 가능한 가장 빠른 시스템을 원한다면 중앙 차폐가 없는 굴절 망원경이 투과 효율에서 항상 이점을 가질 것입니다.