천체사진술
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1. 개요
천체사진술은 천체의 사진을 촬영하는 기술로, 19세기 중반에 아마추어 천문학자들에 의해 개척되었다. 초기에는 은판 사진술과 콜로디온 공정의 한계로 인해 어려움이 있었지만, 건판 사진술의 도입과 CCD 기술의 발달로 획기적인 발전을 이루었다. 현재는 필름에서 디지털 카메라로 전환되어, 다양한 촬영 방법과 이미지 처리 기술을 통해 천문학 연구 및 아마추어 취미 활동에 널리 활용되고 있다.
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| 천체사진술 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 분야 | 사진술 |
| 관련 대상 | 천체 |
| 방법 | 사진 디지털 카메라 망원경 필름 |
| 역사 | |
| 초기 시도 | 1840년: 달 사진 촬영 시도 |
| 최초 성공 | 1850년: 베가 사진 촬영 |
| 촬영 기법 | |
| 주요 기법 | 접안 렌즈 투영 피기백 |
| 보조 장비 | 가이드 망원경 오토 가이드 |
| 주요 대상 | |
| 태양계 | 달 행성 혜성 소행성 |
| 심원 천체 | 성운 성단 은하 |
| 이미지 처리 | |
| 주요 과정 | 캘리브레이션 스태킹 샤프닝 색 보정 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 광해 별 추적 장치 다크 프레임 플랫 프레임 바이어 매트릭스 |
2. 역사
천체 사진술은 19세기 중반 아마추어 천문학자들과 "신사 과학자"들에 의해 발전하기 시작했다. 이들은 희미한 천체를 찍기 위해 긴 노출 시간이 필요했기 때문에, 망원경을 튼튼하게 만들고, 일정한 속도로 돌아가는 시계 구동 장치를 만들고, 오랫동안 정확하게 한 지점을 조준하는 방법을 개발해야 했다. 초기 사진 기술은 은판 사진술이 너무 느리고, 습판 콜로디온 공정은 노출 시간이 짧다는 문제가 있었다.[3]
1839년 루이 자크 망데 다게르가 달 사진을 찍으려 했지만 실패했고, 1840년 3월 23일 존 윌리엄 드레이퍼가 약 12.70cm 반사 망원경으로 20분 동안 노출하여 최초로 달 사진을 찍는 데 성공했다.[4] 1845년에는 프랑스 물리학자 레옹 푸코와 이폴리트 피조가 태양을 은판 사진으로 촬영했다.[34] 1851년 7월 28일 일식 때는 요한 율리우스 프리드리히 베르코프스키가 약 6.10cm 구경, 약 81.28cm 초점 거리의 망원경으로 태양 코로나를 촬영했다.[6] 1861년부터 워렌 드 라 루는 태양 사진 연구를 더 자세히 진행했다.[7]
1850년 7월 16일과 17일, 윌리엄 크랜치 본드와 존 아담스 휘플은 하버드 대학교 천문대의 15인치 대구경 굴절 망원경으로 베가의 은판 사진을 찍었다.[8] 1863년 윌리엄 앨런 밀러와 윌리엄 허긴스는 시리우스와 카펠라의 사진 스펙트럼을 얻었다.[9] 1872년 헨리 드레이퍼는 흡수선이 나타나는 베가의 첫 스펙트럼을 기록했다.[9]
건판 사진술이 도입되었지만, 19세기 후반까지 천체 사진은 주요 연구 도구가 되지 못했다.[10] 1880년 헨리 드레이퍼가 오리온 성운을 51분 동안 노출하여 최초로 성운 사진을 촬영했고, 1883년 앤드루 에인슬리 커먼은 약 91.44cm 반사 망원경으로 최대 60분 동안 노출하여 육안으로 볼 수 없는 희미한 별들을 기록했다.[12]
1887년에는 최초의 전천구 사진 천체측량 프로젝트인 별의 지도 및 별의 지도가 시작되었지만 완료되지 못했다. 20세기 초에는 사진을 위해 특별히 설계된 굴절 망원경과 정교한 대형 반사 망원경이 만들어졌다. 20세기 중반, 약 508.00cm 헤일 망원경과 약 121.92cm 새뮤얼 오신 망원경과 같은 거대한 망원경은 팔로마 천문대에서 필름 사진의 한계를 넘었다.
1970년대 CCD가 발명된 후 사진 판은 점차 전자 영상으로 대체되었다. CCD는 빛에 더 민감하고, 장시간 노출에도 감도가 떨어지지 않으며, 더 넓은 스펙트럼 범위에서 기록할 수 있고, 정보 저장도 쉽다.
20세기 후반에는 거대한 다중 거울 및 세분 거울 망원경, 허블 우주 망원경과 같은 우주 기반 망원경이 등장했다. 허블 우주 망원경은 30등급까지의 별을 기록할 수 있다.
1980년대부터 관측 천문학에서 빛 검출기는 사진 건판이나 필름에서 CCD로 바뀌었다.[36] 1990년대에는 냉각 CCD 카메라가 천문대에서 일반화되었다.[33]
2. 1. 초기 천체 사진
천체 사진술의 발전은 19세기 중반에 주로 실험가들과 아마추어 천문학자, 이른바 "신사 과학자"들에 의해 개척되었다(다른 과학 분야와 마찬가지로, 이들이 항상 남성은 아니었다).[2] 비교적 희미한 천문학적 물체를 포착하는 데 매우 긴 노출 시간이 필요했기 때문에 많은 기술적 문제들을 해결해야 했다. 여기에는 노출 중에 초점에서 벗어나지 않도록 망원경을 충분히 견고하게 만드는 것, 망원경 마운트를 일정한 속도로 회전시킬 수 있는 시계 구동 장치를 구축하는 것, 그리고 장기간 동안 고정된 지점을 정확하게 조준할 수 있는 방법을 개발하는 것이 포함되었다. 초기 사진 기술에도 제약이 있었다. 은판 사진술은 밝은 물체 외에는 아무것도 기록하기에는 너무 느렸고, 습판 콜로디온 공정은 노출 시간을 판이 젖어 있을 수 있는 시간으로 제한했다.[3]천문 사진의 첫 번째 시도는 은판 사진술의 발명자인 루이 자크 망데 다게르에 의해 이루어졌으며, 그는 1839년에 달을 사진으로 찍으려고 시도했다.[34] 긴 노출 시간 동안 망원경을 유도하는 과정에서 발생하는 추적 오류로 인해 사진은 흐릿한 얼룩으로 나타났다. 뉴욕 대학교 화학, 의사이자 과학 실험가인 존 윌리엄 드레이퍼는 1년 후인 1840년 3월 23일에 최초로 달의 사진을 성공적으로 촬영했다. 그는 약 12.70cm 반사 망원경을 사용하여 20분 동안의 은판 사진 이미지를 촬영했다.[35]
태양은 1845년에 프랑스 물리학자 레옹 푸코와 이폴리트 피조가 은판 사진으로 처음 촬영했을 가능성이 있다.[34] 프랑스 물리학자 지안 알레산드로 마조키는 1842년 7월 8일 고향인 밀라노에서 일어난 일식 동안 태양 사진을 찍으려 했으나 실패했다.
태양의 태양 코로나가 1851년 7월 28일 일식 동안 처음으로 성공적으로 촬영되었다. 쾨니히스베르크 천문대의 책임자인 아우구스트 루드비히 부쉬 박사는 지역 은판 사진사인 요한 율리우스 프리드리히 베르코프스키에게 일식 사진을 찍으라고 지시했다. 부쉬 자신은 쾨니히스베르크(현재 칼리닌그라드, 러시아)에 없었지만, 근처 릭스호프트에서 일식을 관측하는 것을 선호했다. 베르코프스키가 사용한 망원경은 쾨니히스베르크 헬리오미터에 부착되었으며, 구경은 약 6.10cm였고 초점 거리는 약 81.28cm였다. 베르코프스키는 전체 일식이 시작된 직후 망원경의 초점에서 84초 동안 은판 사진을 노출시켜 코로나의 이미지를 얻었다. 그는 또한 약 40~45초 동안 두 번째 판을 노출했지만, 태양이 달 뒤에서 벗어나면서 망쳐졌다.[6] 1861년부터 영국의 천문학자 워렌 드 라 루가 태양에 대한 보다 상세한 사진 연구를 시작했다.[7]
태양 이외의 별의 첫 번째 사진은 1850년 7월 16일과 17일에 윌리엄 크랜치 본드 천문학자와 은판 사진사이자 실험가인 존 아담스 휘플이 하버드 대학교 천문대의 15인치 대구경 굴절 망원경으로 찍은 베가의 은판 사진이었다.[8] 1863년 영국의 화학자 윌리엄 앨런 밀러와 영국의 아마추어 천문학자 윌리엄 허긴스 경은 습판 콜로디온 공정을 사용하여 최초로 별, 시리우스와 카펠라의 사진 스펙트럼을 얻었다.[9] 1872년 미국의 의사 헨리 드레이퍼, 존 윌리엄 드레이퍼의 아들은 흡수선을 보여주는 별(베가)의 첫 번째 스펙트럼을 기록했다.[9]
천체 사진은 건판 사진술이 도입되면서 19세기 후반까지는 심각한 연구 도구가 되지 못했다.[10] 1876년 윌리엄 허긴스 경과 그의 아내 마가렛 린지 허긴스는 천문학적 물체의 스펙트럼을 기록하는 작업에 처음 사용했다. 1880년 헨리 드레이퍼는 사진으로 보정된 약 27.94cm 굴절 망원경을 사용하여 오리온 성운을 51분 동안 노출했다. 이 망원경은 앨번 클라크가 제작한 것이며, 이것은 최초로 촬영된 성운 사진이었다. 천체 사진술의 획기적인 발전은 1883년에 아마추어 천문학자 앤드루 에인슬리 커먼이 건판 공정을 사용하여 런던 외곽 이앨링에 있는 자신의 집 뒷마당에 건설한 약 91.44cm 반사 망원경으로 최대 60분 동안 동일한 성운의 여러 이미지를 기록했을 때였다. 이 이미지들은 처음으로 육안으로는 볼 수 없는 희미한 별들을 보여주었다.[12]
최초의 전천구 사진 천체측량 프로젝트인 별의 지도 및 별의 지도는 1887년에 시작되었다. 이 프로젝트는 20개의 천문대에서 수행했으며, 모두 "표준 아스트로그래프"라고 불리는 균일한 디자인의 특수 사진 망원경을 사용했다. 이 망원경들은 모두 구경이 약 약 33.02cm이고 초점 거리가 약 3.35m였으며, 약 60 아크 분/mm의 균일한 축척으로 사진 판에 이미지를 생성하도록 설계되었으며, 시야는 2° × 2°였다. 이 시도는 14 등급까지 하늘을 정확하게 매핑하는 것이었지만 완료되지 않았다.
2. 2. 건판 사진술과 천체 사진의 발전
천체 사진술의 발전은 19세기 중반, 주로 실험가들과 아마추어 천문학자들에 의해 이루어졌다. 이들은 희미한 천체를 포착하기 위해 장시간 노출이 필요했기에, 망원경의 견고성, 일정한 속도로 회전하는 시계 구동 장치, 장기간 고정된 지점을 정확하게 조준하는 방법 등 여러 기술적 문제를 해결해야 했다.[3] 초기 사진 기술 또한 한계가 있었는데, 은판 사진술은 너무 느렸고, 습판 콜로디온 공정은 노출 시간이 제한적이었다.[3]최초로 천문 사진을 시도한 사람은 은판 사진술의 발명자인 루이 자크 망데 다게르였다. 그는 1839년에 달을 촬영하려 했으나, 추적 오류로 인해 흐릿한 사진을 얻는 데 그쳤다.[34] 1년 후, 존 윌리엄 드레이퍼가 약 12.70cm 반사 망원경을 사용하여 20분 동안 노출한 은판 사진으로 달 사진을 최초로 성공적으로 촬영했다.[4]
1845년에는 프랑스 물리학자 레옹 푸코와 이폴리트 피조가 은판 사진으로 태양을 촬영했다.[34] 1851년 7월 28일 일식 때는 쾨니히스베르크 천문대의 아우구스트 루드비히 부쉬 박사의 지시로 요한 율리우스 프리드리히 베르코프스키가 구경 약 6.10cm, 초점 거리 약 81.28cm의 망원경으로 태양 코로나를 촬영하는 데 성공했다.[6] 1861년부터는 영국의 천문학자 워렌 드 라 루가 태양에 대한 더 자세한 사진 연구를 시작했다.[7]
별 사진은 1850년 윌리엄 크랜치 본드와 존 아담스 휘플이 하버드 대학교 천문대의 15인치 대구경 굴절 망원경으로 베가의 은판 사진을 찍으면서 시작되었다.[8] 1863년에는 윌리엄 앨런 밀러와 윌리엄 허긴스가 습판 콜로디온 공정으로 시리우스와 카펠라의 사진 스펙트럼을 얻었다.[9] 1872년 헨리 드레이퍼는 흡수선을 보여주는 베가의 스펙트럼을 최초로 기록했다.[9]
건판 사진술은 19세기 후반에 들어서야 천체 사진술의 중요한 연구 도구가 되었다.[10] 1880년 헨리 드레이퍼는 약 27.94cm 굴절 망원경으로 오리온 성운을 51분 동안 노출하여 최초로 성운 사진을 촬영했다.[12] 1883년 앤드루 에인슬리 커먼은 약 91.44cm 반사 망원경으로 최대 60분 동안 오리온 성운을 촬영하여 육안으로 볼 수 없는 희미한 별들을 최초로 기록했다.[12]
1887년에는 최초의 전천구 사진 천체측량 프로젝트인 별의 지도 및 별의 지도가 시작되었다. 20개의 천문대가 참여하여 구경 약 33.02cm, 초점 거리 약 3.35m인 "표준 아스트로그래프"를 사용, 14 등급까지 하늘을 매핑하려 했으나 완료되지는 못했다.
20세기 초, 사진 이미지를 위해 특별히 설계된 굴절 망원경과 대형 반사 망원경이 건설되었다. 약 508.00cm 헤일 망원경과 약 121.92cm 새뮤얼 오신 망원경과 같은 거대한 망원경은 필름 사진의 한계를 넘어섰다.
1970년대 CCD가 발명되면서 사진 판은 전자 영상으로 대체되기 시작했다. CCD는 빛에 더 민감하고, 장시간 노출에도 감도가 떨어지지 않으며, 더 넓은 스펙트럼 범위에서 기록이 가능하고, 정보 저장이 단순하다는 장점이 있다.
20세기 후반에는 거대한 다중 거울 및 세분 거울 망원경, 허블 우주 망원경과 같은 우주 기반 망원경이 등장하면서 천문 영상 분야는 더욱 발전했다.
2. 3. 20세기 이후의 천체 사진
천체 사진술은 19세기 중반 아마추어 천문학자들과 "신사 과학자"들에 의해 개척되었다. 이들은 희미한 천체를 포착하기 위해 장시간 노출이 필요했기에, 망원경을 견고하게 만들고, 일정한 속도로 회전하는 시계 구동 장치를 구축하며, 장기간 정확하게 조준하는 방법을 개발해야 했다. 초기 사진 기술은 은판 사진술의 느린 속도와 습판 콜로디온 공정의 짧은 노출 시간이라는 한계가 있었다.[3]1839년 루이 자크 망데 다게르는 달 사진을 찍으려 했으나 실패했다. 1840년 3월 23일, 존 윌리엄 드레이퍼는 약 12.70cm 반사 망원경을 사용하여 20분 동안 노출하여 최초로 달 사진을 성공적으로 촬영했다.[4] 1845년 프랑스 물리학자 레옹 푸코와 이폴리트 피조는 태양을 은판 사진으로 촬영했다.[34] 1851년 7월 28일 일식 동안 요한 율리우스 프리드리히 베르코프스키는 쾨니히스베르크 헬리오미터에 부착된 약 6.10cm 구경, 약 81.28cm 초점 거리의 망원경으로 태양 코로나를 촬영했다.[6] 1861년부터 워렌 드 라 루는 태양에 대한 상세한 사진 연구를 시작했다.[7]
1850년 7월 16일과 17일에 윌리엄 크랜치 본드와 존 아담스 휘플은 하버드 대학교 천문대의 15인치 대구경 굴절 망원경으로 베가의 은판 사진을 찍었다.[8] 1863년 윌리엄 앨런 밀러와 윌리엄 허긴스는 습판 콜로디온 공정을 사용하여 시리우스와 카펠라의 사진 스펙트럼을 얻었다.[9] 1872년 헨리 드레이퍼는 흡수선을 보여주는 베가의 첫 번째 스펙트럼을 기록했다.[9]
건판 사진술이 도입되었으나, 19세기 후반까지 천체 사진은 심각한 연구 도구가 되지 못했다.[10] 1880년 헨리 드레이퍼는 오리온 성운을 51분 동안 노출하여 최초로 성운 사진을 촬영했다. 1883년 앤드루 에인슬리 커먼은 약 91.44cm 반사 망원경으로 최대 60분 동안 노출하여 육안으로 볼 수 없는 희미한 별들을 기록했다.[12]
1887년, 최초의 전천구 사진 천체측량 프로젝트인 별의 지도 및 별의 지도가 시작되었지만 완료되지 않았다. 이 프로젝트는 20개의 천문대에서 "표준 아스트로그래프"를 사용하여 수행되었다.
20세기 초에는 사진 이미지를 위해 특별히 설계된 굴절 망원경과 정교한 대형 반사 망원경이 건설되었다. 20세기 중반, 약 508.00cm 헤일 망원경과 약 121.92cm 새뮤얼 오신 망원경과 같은 거대한 망원경은 팔로마 천문대에서 필름 사진의 한계를 넘어섰다.
1970년대 CCD 발명 이후 사진 판은 전자 영상으로 점차 대체되었다. CCD는 빛에 더 민감하고, 장시간 노출에 대해 감도가 떨어지지 않으며, 넓은 스펙트럼 범위에서 기록할 수 있고, 정보 저장도 단순화된다.
20세기 후반에는 거대한 다중 거울 및 세분 거울 망원경과 허블 우주 망원경과 같은 우주 기반 망원경이 도입되었다. 허블 우주 망원경은 30등급까지의 별을 기록할 수 있다.
20세기 초, 천체 사진 관측 보급은 육안 관측 중심이던 관측 천문학에 큰 변혁을 가져왔다.[36] 1980년대에 관측 천문학에서 광 검출기의 주류는 사진 건판이나 필름에서 CCD로 바뀌었다.[36] 1990년대에는 냉각 CCD 카메라가 천문대에서 일반화되었다.[33]
2. 4. 현대 천체 사진
1980년대가 되면서 관측 천문학에서 빛을 검출하는 주요 장비는 기존의 사진 건판이나 필름에서 CCD(전하 결합 소자)로 바뀌어 갔다.[36] 빛을 포착하는 효율은 기존 사진 건판이나 필름에서는 1% 정도에 불과했지만, 광전 효과를 이용한 CCD는 입사 광자의 최대 약 80%를 잡아 전자(광전자)로 변환하는 것이 가능했다.[36] 사진 유제 입자의 얼룩은 재현성이 없지만, CCD의 화소 감도 얼룩은 작고 재현성이 좋다는 장점이 있다.[36]초기 CCD는 촬상 면적이 작은 것이 단점이었지만, 대형화 및 인접 배치가 가능한 CCD가 개발되는 등 개선이 이루어졌다.[36] 1990년대에는 수광 센서를 액체 질소나 펠티어 소자로 냉각하여 열 잡음의 영향을 억제하는 냉각 CCD 카메라가 천문대에서 일반화되었다.[33]
검출기의 반도체화는 가시광선 영역에만 국한되지 않고, 근적외선용 2차원 촬상 소자 등이 실용화되어, 망원경을 흔들어서 측정하던 적외선 강도 분포의 적외선 관측도 영상 관측이 가능하게 되었다.[36]
천체 사진은 피사체가 어둡기 때문에 은염 필름을 사용하던 시대에는 고감도 필름을 사용해도 카메라의 노출 시간을 길게 해야 했고, 별하늘 촬영은 쉽게 시작할 수 없는 장르였다.[33] 1990년대에는 냉각 CCD 카메라가 천문대에서는 일반화되었지만, 상당히 번거로운 절차가 필요했기 때문에 아마추어에서는 일부만 이용하는 정도였다.[33]
그러나 냉각 CCD 카메라나 디지털 카메라의 발달로 은염 필름으로는 촬영할 수 없었던 것들도 촬영이 가능하게 되었다.[38] 21세기에 들어서면서 카메라의 수광 센서 주변 회로가 개선되어 열 잡음의 영향도 줄었다.[33] 또한 디지털 카메라의 고성능화로 인해 야경과 별하늘을 함께 담는 "별 사진"이나 야경을 전경으로 별하늘이 움직이는 "타임랩스 동영상"과 같은 새로운 장르도 생겨났다.[33]
3. 촬영 방법 및 기술
천체 사진은 필름이나 디지털 장치가 빛의 광자를 장기간 축적할 수 있기 때문에 장시간 노출을 이용한다.[1] 대물렌즈(Objective (optics))의 직경을 늘려 필름이나 검출기에 도달하는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 광공해를 피하기 위해 장비와 관측소는 종종 외딴 지역에 위치한다.[1]
지구의 자전 때문에 망원경과 장비는 별들의 겉보기 운동(일주 운동)을 따라 반대 방향으로 회전해야 한다. 이는 적도식 마운트나 컴퓨터 제어식 고도 방위각 마운트 망원경 마운트를 사용하여 수행된다. 그러나 모든 망원경 마운트 시스템은 추적 오류를 겪기 때문에, 노출 시간 동안 선택된 조준점(''가이드 스타'')을 중심에 유지하여 보정한다. 혜성처럼 이미징할 물체가 이동하는 경우, 망원경을 해당 물체에 지속적으로 중심을 맞춰야 한다. 이러한 가이딩은 ''가이드 스코프''나 ''오프 축 가이더''를 통해 수행된다. 과거에는 수동으로 가이딩을 수행했지만, 현재는 자동화된 시스템으로 이를 수행한다.
천체 사진은 최초의 과학 사진 유형 중 하나였으며,[1] 초기부터 별 지도 제작, 천체 측정, 항성 분류 등 특정 목표를 가진 하위 분야로 분화되었다.[1] 소행성, 유성, 혜성 등의 천체 발견에도 사용된다. 이러한 작업에는 정밀 이미징을 위해 설계된 망원경이나 특수 장비가 필요하다. 천문학용 CCD 카메라는 열 잡음을 줄이고 다른 스펙트럼에서 이미지를 기록할 수 있도록 센서를 냉각할 수 있다. 또한 특수 필터를 사용하여 특정 파장에서 이미지를 기록한다.
일반 필름은 오랫동안 천체 사진에 사용되었지만, 장시간 노출 시 상호성 실패의 영향을 받는다. 필름은 디지털 센서보다 느리기 때문에 추적 오류가 최종 이미지에 큰 영향을 주지 않는다. 필름 천체 사진은 디지털 사진의 편리성 때문에 인기가 줄어들고 있다.
1990년대 후반부터 아마추어들은 필름에서 디지털 CCD로 전환하고 있다. CCD는 필름보다 민감하고 빛에 선형적으로 반응한다. 이미지는 여러 짧은 노출로 캡처하여 합성할 수 있다. 디지털 카메라는 움직이는 부품이 적고 원격으로 작동할 수 있어 진동이 제한된다. 웹캠과 같은 간단한 디지털 장치는 초점면에 접근하도록 개조할 수 있으며, 노출 (사진) 사진술도 가능하다. DSLR 카메라와 기본 자동 카메라를 망원경에 부착하기 위한 많은 기술과 장비가 있다. 소비자 수준의 디지털 카메라는 장시간 노출 시 이미지 노이즈로 고통받으므로, 카메라를 냉각하는 기술이 있다. 천문 장비 회사들은 다양한 목적의 천문 CCD 카메라를 제공한다. 많은 DSLR 카메라는 장시간 노출을 촬영하여 밤하늘의 동영상을 만들 수 있다. CMOS 카메라는 아마추어 부문에서 CCD 카메라를 대체하고 있다.[15] 최신 CMOS 센서는 더 높은 양자 효율, 더 낮은 열 및 판독 노이즈, 더 빠른 판독 속도를 제공한다.[16]
대부분의 사람들이 도시 지역에 살기 때문에 장비는 광해를 피해 멀리 떨어진 곳으로 가져갈 수 있어야 한다. 도시 천체 사진작가는 특수 광해 또는 협대역 필터와 고급 컴퓨터 처리 기술을 사용하여 주변 도시 빛을 줄일 수 있다. 또한 태양, 달, 행성과 같이 밝은 대상을 촬영하는 데 집중할 수도 있다. 아마추어가 광해를 피하기 위해 사용하는 또 다른 방법은 어두운 하늘 위치에 원격으로 작동하는 망원경을 설치하거나 시간을 임대하는 것이다. 다른 과제로는 정확한 추적을 위한 휴대용 망원경 설치 및 정렬, "기성품" 장비의 제약 내에서 작업, 모니터링 장비의 내구성, 때로는 다양한 기상 조건에서 장시간 노출로 천문 객체를 수동으로 추적하는 것이 있다.
일부 카메라 제조업체는 천체사진술 카메라로 사용하도록 제품을 수정한다. (Canon EOS 60Da[23])
상업적으로 이용 가능한 이미징 센서를 기반으로 아마추어 천체사진술을 위해 특별히 설계된 카메라도 있다. 또한 장시간 노출에서 열 잡음을 줄이기 위해 센서를 냉각하고, 원시 이미지를 읽어내며, 자동 이미징을 위해 컴퓨터에서 제어할 수 있도록 한다.
웹캠은 태양, 달 및 행성 이미징에 널리 사용된다. 대부분은 CCD 센서가 포함된 수동 초점 카메라이다. 이 카메라의 렌즈를 제거한 다음 망원경에 부착하여 이미지나 비디오를 기록한다. 새로운 기술에서는 매우 희미한 객체의 비디오를 촬영하고 가장 선명한 프레임을 함께 '스택'하여 정지 이미지를 얻는다. Philips PCVC 740K 및 SPC 900은 천체 사진 작가가 선호하는 웹캠 중 하나이다. 장시간 노출을 허용하는 스마트폰을 사용할 수 있지만, 일부 휴대폰에는 천체사진술용 특정 모드가 있다.
; 고정 또는 삼각대
가장 기본적인 천체 사진은 고정된 위치나 삼각대에 장착된 표준 카메라와 사진 렌즈로 촬영된다. 촬영되는 대상은 별자리, 행성 구성, 유성, 밝은 혜성 등이다. 지구의 자전으로 인해 별의 점상이 늘어지는 것을 방지하려면 노출 시간을 짧게(1분 미만) 해야 한다. 카메라 렌즈의 초점 거리는 일반적으로 짧은데, 초점 거리가 긴 렌즈는 몇 초 만에 이미지 트레일링이 나타나기 때문이다. 별을 점상으로 유지하기 위해, "500 규칙"이라고 하는 경험 법칙이 있다.
:최대 노출 시간 (초) = 500 / (초점 거리 (mm) × 크롭 팩터)
조리개 또는 ISO 설정에 관계없이 적용된다.[24] 예를 들어, APS-C 센서에 35mm 렌즈를 사용하면 최대 시간은 ≈ 9.5 초이다. 더 정확한 계산은 픽셀 피치와 적위를 고려한다.[25]
의도적으로 별이 몇 분 또는 몇 시간 동안 지속되는 노출에서 길게 늘어지는 것을 허용하는 것을 "별 궤적"이라고 하며, 예술적인 기술로 사용된다.
; 추적 마운트
지구의 자전을 보상하는 망원경 마운트는 물체의 번짐 없이 더 긴 노출을 위해 사용된다. 여기에는 상업용 적도 마운트와 바른 도어 트래커 및 적도 플랫폼과 같은 수제 적도 장치가 포함된다. 마운트는 기어의 백래시, 바람 및 불완전한 균형으로 인해 부정확성이 발생할 수 있으므로, 이러한 부정확성을 수정하기 위해 폐쇄형 피드백 시스템으로 자동 가이드라는 기술이 사용된다.[26]
추적 마운트는 단일 축과 이중 축의 두 가지 형태로 제공될 수 있다. 단일 축 마운트는 종종 스타 트래커라고 알려져 있다. 스타 트래커는 적경 축을 구동하는 단일 모터를 가지고 있다. 이를 통해 마운트는 지구의 자전을 보상할 수 있다. 스타 트래커는 마운트가 높은 정확도로 극축 정렬이 되었는지 사용자가 확인해야 한다. 보조 적위 축에서 보정이 불가능하여 노출 시간을 제한하기 때문이다.
이중 축 마운트는 두 개의 모터를 사용하여 적경 축과 적위 축을 함께 구동한다. 이 마운트는 스타 트래커와 유사하게 적경 축을 구동하여 지구의 자전을 보상한다. 그러나 자동 가이드 시스템을 사용하면 보조 적위 축도 구동하여 극축 정렬의 오류를 보상하여 노출 시간을 상당히 늘릴 수 있다.[27]
; "피기백" 사진
피기백 천체 사진은 카메라/렌즈를 적도 마운트된 천체 망원경에 장착하는 방법이다. 망원경은 노출 중에 시야를 중앙에 유지하기 위한 가이드 스코프로 사용된다. 이를 통해 카메라는 더 긴 노출 및/또는 더 긴 초점 거리 렌즈를 사용할 수 있으며, 심지어 주 망원경과 동축인 일부 형태의 사진 망원경에 부착될 수도 있다.
; 망원경 초점면 사진
이 유형의 사진에서 망원경 자체는 카메라의 필름 또는 CCD에 빛을 수집하는 "렌즈"로 사용된다. 이를 통해 망원경의 확대 및 집광 능력을 사용할 수 있지만, 가장 어려운 천체 사진 방법 중 하나이다.[28] 이는 매우 어두운 물체를 좁은 시야 내에서 중앙에 맞추고 초점을 맞추는 어려움, 확대된 진동 및 추적 오류에 대처하는 어려움, 장비 추가 비용 때문이다.[28] 카메라(렌즈 분리 가능)를 아마추어 천체 망원경에 부착하는 방법에는 다음과 같은 여러 가지가 있다.[29][30]
- '''주 초점''' – 망원경으로 생성된 이미지는 다른 광학 장치나 망원경 접안렌즈 없이 필름 또는 CCD에 직접 떨어진다.
- '''양의 투영''' – 망원경 접안렌즈 (''접안렌즈 투영'') 또는 양의 렌즈를 사용하여 훨씬 더 확대된 이미지를 필름 또는 CCD에 직접 투영하는 방법이다. 이미지가 좁은 시야로 확대되므로 이 방법은 일반적으로 달과 행성 사진에 사용된다.
- '''음의 투영''' – 이 방법은 양의 투영과 마찬가지로 확대된 이미지를 생성한다. 음의 렌즈, 일반적으로 바로우 또는 사진용 텔레컨버터가 망원경 대물 렌즈의 초점면 앞에 있는 광선 원뿔에 배치된다.
- '''압축''' – 압축은 망원경 대물 렌즈의 초점면 전에 있는 수렴하는 빛의 원뿔에 배치된 양의 렌즈(''초점 리듀서''라고도 함)를 사용하여 전체 이미지 확대율을 줄인다. Maksutov 및 Schmidt–Cassegrain과 같은 매우 긴 초점 거리 망원경에서 더 넓은 시야를 얻거나 설정의 초점비를 줄여 시스템의 속도를 높이는 데 사용된다.[31]
카메라 렌즈를 제거할 수 없거나 제거할 수 없는 경우, 일반적으로 사용되는 방법은 무초점 사진이며, ''무초점 투영''이라고도 한다. 이 방법에서는 카메라 렌즈와 망원경 접안렌즈가 모두 부착된다. 둘 다 무한대로 초점이 맞춰지면 그 사이의 광선 경로는 평행이 되므로(무초점), 카메라가 기본적으로 관찰자가 볼 수 있는 모든 것을 사진으로 찍을 수 있다. 이 방법은 달과 더 밝은 행성, 별과 성운의 좁은 시야 이미지를 캡처하는 데 적합하다. 무초점 사진은 20세기 초 소비자용 카메라에서 흔히 사용되었는데, 많은 모델이 렌즈를 분리할 수 없었기 때문이다. 대부분의 모델도 렌즈를 분리할 수 없는 자동 카메라가 도입되면서 인기를 얻었다.
; 필터
필터는 광대역과 협대역의 두 가지로 분류할 수 있다. 광대역 필터는 넓은 범위의 파장을 통과시켜 적은 양의 광공해를 제거한다. 협대역 필터는 매우 특정한 파장의 빛만 통과시키고, 스펙트럼의 대부분을 차단한다.
천체 사진술 필터는 보통 세트로 제공되며, 서로 다른 관측소에서 동일한 기준으로 관측할 수 있도록 특정 표준에 맞춰 제작된다. 천문학계에서 흔히 사용되는 필터 표준은 존슨-모건 UVB로, CCD의 색상 응답을 사진 필름의 색상 응답과 일치시키도록 설계되었다. 그러나 200개 이상의 표준이 존재한다.[32]
; 원격 망원경
20세기 후반의 빠른 인터넷 접근과 컴퓨터 제어 망원경 마운트 및 CCD 카메라의 발전으로 인해, 주요 망원경 시설과 연결되지 않은 아마추어 천문학자들이 연구 및 심원천체 이미징에 참여하기 위해 '원격 망원경'을 사용할 수 있게 되었다. 이를 통해 이미징 사용자는 어두운 곳에 있는 멀리 떨어진 망원경을 제어할 수 있다. 관측자들은 CCD 카메라를 사용하여 망원경을 통해 이미지를 얻을 수 있다.
이미징은 사용자의 위치나 사용하려는 망원경에 관계없이 수행할 수 있다. 망원경에서 수집된 디지털 데이터는 인터넷을 통해 사용자에게 전송되어 표시된다. 인터넷을 통해 일반 대중이 사용할 수 있는 디지털 원격 망원경 운영의 예로는 바레케트 천문대(Bareket Observatory)가 있다.
육안과 촬영에서는 빛을 느끼는 색(파장)의 폭과 빛을 모아둘 수 있는 시간이 다르다.
일반적으로 천체 사진은 피사체가 어둡기 때문에 셔터 속도를 느리게, 즉 노출 시간을 길게 하여 촬영하는 경우가 많다. 별빛은 육안으로는 순간적으로 다가오는 점으로 지각될 뿐이지만, 사진에서는 노출 시간을 길게 함으로써 장시간의 정보를 기록할 수 있다. 또한, 여러 개의 촬영 영상을 비교 명 합성이나 평균 합성하는 등의 방법을 통해 육안으로는 식별할 수 없을 정도로 어두운 대상을 촬영하거나, 시간의 흐름을 느끼게 하는 영상 등을 촬영하는 것도 가능하다.
또한, 육안으로는 식별할 수 없는 적외선 방향인, 우주에 많은 Hα선에 대해서는 희미하게밖에 포착할 수 없지만, 필름이나 CCD・CMOS 등에서는 비교적 평탄한 감도를 갖는다. 따라서 정보량이 늘어난 만큼, 천체 사진과 실제로 눈으로 본 별이나 성운과는 색이나 형태가 다른 것이 된다.
카메라를 고정하여 촬영하는 경우, 장시간 노출 시 지구의 자전이나 천체의 움직임이 선으로 축적되어 나타난다. 이 때문에 별을 점상으로 촬영하려면 지구의 자전에 따른 천체의 움직임을 추적해야 한다. 반면, 이 경우 지상의 풍경은 당연히 고정되어 있으므로 지상 풍경은 어긋나게 된다. 이처럼 카메라의 움직임을 별의 움직임에 맞추거나, 지상의 고정을 고려한 움직임으로 할지에 따라 영상에 차이가 나타난다.
별의 움직임에 맞춰 촬영 장비를 움직이는 촬영 방식을 '''가이드 촬영(추적 촬영)'''이라고 한다. 일반적으로 촬영 장비를 적도의식 가대라는 전용 가대에 설치하고, 원주 방향의 중심축을 북극 또는 남극에 맞춰 촬영한다. 천구는 지상에 대해 1시간에 15도 정도 이동하므로, 이 움직임에 맞춰 움직여야 한다. 최근에는 모터 드라이브가 장착된 적도의식 가대를 통해 자동 추적이 일반적이다. 또한, 일부 예외로 펜탁스의 아스트로 트레이서처럼 촬영 센서를 작동시켜 짧은 시간이지만 카메라만으로 자동 추적하는 기종도 있다. 가이드 촬영 시에는 기록하는 영상의 배율이 커질수록 광량이 감소하고 움직임의 오차가 확대되므로, 적도의식 가대는 배율에 맞는 견고함과 정밀도가 요구된다.
촬영 기기를 지상이나 적도의식 가대 등에 고정하여 촬영하는 방법을 고정 촬영이라고 한다. 적도의 등 개별 기재가 필요하지 않아 간편하게 촬영할 수 있는 기법이다. 고정 촬영 시에는 천체가 지구의 자전 운동에 의해 겉보기로 움직이기( 일주 운동 ) 때문에 장시간 노출을 하면 동심원상의 광적(光跡)으로 찍힌다. 지상의 풍경을 고려하여 효과적으로 촬영하면 훌륭한 천체 사진이 된다. 또한 달이나 움직임이 빠른 혜성의 움직임에 맞춰 망원경을 장시간 추적하며 촬영하면 대상이 아닌 천체는 고정 촬영처럼 궤적이 찍힌다.
; 이미지 처리
디지털 카메라 이미지와 스캔한 필름 이미지는 일반적으로 이미지를 개선하기 위해 이미지 처리 소프트웨어에서 조정된다. 컴퓨터에서 이미지의 밝기를 조절하고 조작하여 색상을 조정하고 대비를 높일 수 있다. 더 정교한 기술은 여러 장의 이미지(때로는 수천 장)를 캡처하여 합성을 통해 이미지를 선명하게 하고 대기 시상을 극복하며, 추적 문제를 무효화하고, 신호 대 잡음비가 좋지 않은 희미한 물체를 드러내고, 광공해를 필터링하는 가산 프로세스에 포함된다.[17]
디지털 카메라 이미지는 “다크 프레임”을 빼는 것과 ''이미지 스태킹'' 또는 "''Shift-and-add''" 처리를 포함하여 장시간 노출로 인한 이미지 노이즈를 줄이기 위해 추가 처리가 필요할 수 있다. 천체 사진 이미지 조작을 위해 특별히 제작된 상업용, 프리웨어 및 오픈 소스 소프트웨어 패키지가 존재한다.[17]
"럭키 이미징"은 표준 장시간 노출 사진 대신 물체의 비디오를 촬영하는 보조 기술이다. 이후 소프트웨어가 최고 품질의 이미지를 선택하여 스태킹할 수 있다. [18]
1980년대에는 증감 처리나 사바티에 효과 등, 사진적 수법에 의한 이미지 처리가 이루어졌지만, 1990년대에 들어서 컴퓨터가 보급되면서 필름 스캐너로 가져온 이미지를 포토샵 등의 디지털 이미지 처리 소프트웨어로 이미지 처리하는 수법이 보급되기 시작했다. 이윽고, 전자적인 수법으로 촬영한 이미지를 그대로 전자 매체를 거쳐 이미지 처리하는 수법이 정착되었다.
3. 1. 장비
천체 사진은 몇 가지 예외를 제외하면 필름과 디지털 이미징 장치가 장기간에 걸쳐 빛 광자를 축적할 수 있기 때문에 장시간 노출을 사용한다. 필름이나 검출기에 도달하는 빛의 양은 사용되는 기본 광학 장치(대물렌즈)의 직경을 늘려 증가시키기도 한다. 도시 지역은 광공해를 발생시키므로, 천체 이미징을 수행하는 장비와 관측소는 종종 필름이나 검출기가 부유광에 압도되지 않도록 장시간 노출을 허용하기 위해 외딴 지역에 위치한다.
지구는 끊임없이 자전하고 있기 때문에, 망원경과 장비는 머리 위 별들의 겉보기 운동(일주 운동)을 따라 반대 방향으로 회전한다. 이것은 지구가 회전하는 동안 천체를 중심에 유지하기 위해 적도식 마운트 또는 컴퓨터 제어식 고도 방위각 마운트 망원경 마운트를 사용하여 수행된다. 모든 망원경 마운트 시스템은 불완전한 모터 구동, 망원경의 기계적 처짐 및 대기 굴절로 인해 유도된 추적 오류를 겪는다. 추적 오류는 전체 노출 시간 동안 선택된 조준점, 일반적으로 ''가이드 스타''를 중심에 유지함으로써 보정된다. 때로는 (혜성의 경우처럼) 이미징할 물체가 이동하고 있으므로 망원경을 해당 물체에 지속적으로 중심을 맞춰야 한다. 이러한 가이딩은 "''가이드 스코프''"라고 하는 두 번째 공동 장착된 망원경을 통하거나, 관찰자가 사진을 찍고 있는 망원경에서 동일한 이미지를 볼 수 있도록 하는 프리즘 또는 광학 빔 분할기가 있는 장치인 "''오프 축 가이더''"를 통해 수행된다. 가이딩은 이전에는 관찰자가 망원경 안에 서서(또는 탑승하여) 가이드 스타에 십자선을 유지하기 위해 보정을 수행하면서 노출 시간 동안 수동으로 수행되었다. 컴퓨터 제어 시스템이 등장한 이후, 전문 장비와 심지어 아마추어 장비에서도 자동화된 시스템으로 이를 수행한다.
천체 사진은 최초의 과학 사진 유형 중 하나였으며[1], 초기부터 별 지도 제작, 천체 측정, 항성 분류, 측광, 분광법, 편광 측정법과 같은 특정 목표를 가진 하위 분야로 분화되었으며, 소행성, 유성, 혜성, 변광성, 신성 및 알려지지 않은 행성과 같은 천체 발견을 포함한다. 이러한 작업에는 정밀 이미징을 위해 설계된 망원경, 넓은 시야( 슈미트 카메라와 같은) 또는 특정 파장의 빛으로 작업하기 위한 특수 장비가 필요하다. 천문학용 CCD 카메라는 열 잡음을 줄이고 적외선 천문학과 같은 다른 스펙트럼에서 검출기가 이미지를 기록할 수 있도록 센서를 냉각할 수 있다. 또한 특정 파장에서 이미지를 기록하기 위해 특수 필터를 사용한다.
이미지는 일안 반사식 카메라, 35mm 필름, 120 필름, 디지털 일안 반사식 카메라, 단순한 아마추어 수준, 그리고 상업적으로 제조된 전문 천문 CCD 및 CMOS 카메라, 비디오 카메라, 심지어 럭키 이미징에 사용되는 기성품 웹캠을 포함한 다양한 유형의 미디어 및 이미징 장치에 기록된다.
일반적인 기성품 필름은 오랫동안 천체 사진에 사용되어 왔다. 필름 노출 시간은 수 초에서 한 시간 이상까지 다양하다. 상업적으로 이용 가능한 컬러 필름은 장시간 노출 시 상호성 실패의 영향을 받으며, 노출 시간이 증가함에 따라 다른 파장의 빛에 대한 감도가 다른 속도로 감소하여 이미지의 색상 변화와 전체적인 감도 감소가 시간의 함수로 나타난다. 이는 필름을 냉각함으로써 보상되거나 최소한 감소될 수 있다 (냉각 카메라 사진술 참조). 이는 또한 전문 천문학에서 사용하는 동일한 기술을 사용하여 다양한 파장에서 사진을 찍은 다음 결합하여 올바른 색상 이미지를 만드는 것으로 보상할 수 있다. 필름은 디지털 센서보다 훨씬 느리기 때문에 추적의 작은 오류는 최종 이미지에 크게 눈에 띄는 영향 없이 수정할 수 있다. 필름 천체 사진은 지속적인 비용이 적고, 감도가 높으며, 디지털 사진의 편리성 때문에 인기가 줄어들고 있다.
1990년대 후반부터 아마추어들은 천문 이미징을 위해 필름에서 디지털 CCD로 전환하는 데 있어 전문 관측소를 따르고 있다. CCD는 필름보다 더 민감하여 훨씬 짧은 노출 시간을 허용하며 빛에 선형적으로 반응한다. 이미지는 여러 짧은 노출로 캡처하여 합성 장시간 노출을 만들 수 있다. 디지털 카메라는 또한 움직이는 부품이 최소화되거나 없으며, 적외선 리모컨 또는 컴퓨터 테더링을 통해 원격으로 작동할 수 있어 진동이 제한된다. 웹캠과 같은 간단한 디지털 장치는 초점면에 접근할 수 있도록 개조할 수 있으며, 심지어 (몇 개의 전선을 자른 후) 노출 (사진) 사진술을 할 수도 있다. 디지털 비디오 카메라도 사용된다. DSLR 카메라와 기본 자동 카메라를 망원경에 부착하기 위한 많은 기술과 상업적으로 제조된 장비가 있다. 소비자 수준의 디지털 카메라는 장시간 노출 시 이미지 노이즈로 고통받으므로, 극저온 냉각을 포함하여 카메라를 냉각하는 많은 기술이 있다. 천문 장비 회사들도 이제 하드웨어 및 처리 소프트웨어가 완비된 다양한 목적의 천문 CCD 카메라를 제공한다. 상업적으로 이용 가능한 많은 DSLR 카메라는 사진작가가 밤하늘의 동영상을 만들 수 있도록 연속적인 (타임 랩스 사진) 이미지와 결합된 장시간 노출을 촬영할 수 있는 기능을 가지고 있다. CMOS 카메라는 아마추어 부문에서 CCD 카메라를 점점 더 대체하고 있다.[15] 최신 CMOS 센서는 상업적으로 이용 가능한 CCD 센서보다 더 높은 양자 효율, 더 낮은 열 및 판독 노이즈, 더 빠른 판독 속도를 제공한다.[16]
천체사진술 장비는 일반 사진작가부터 미적 이미지를 촬영하는 사진작가, 과학 연구를 위해 데이터를 수집하는 매우 진지한 아마추어 천문학자에 이르기까지 사진작가에 따라 크게 다르다. 취미로서 천체사진술은 일반 사진술과 전문 천문학에서 일반적으로 겪는 것과는 다른 많은 어려움을 극복해야 한다.
대부분의 사람들이 도시 지역에 살고 있기 때문에 장비는 주요 도시나 마을의 빛에서 멀리 떨어진 곳으로 가져갈 수 있도록 휴대성이 좋아야 광해를 피할 수 있다. 도시 천체 사진작가는 특수한 광해 또는 협대역 필터와 고급 컴퓨터 처리 기술을 사용하여 이미지 배경의 주변 도시 빛을 줄일 수 있다. 또한 태양, 달, 행성과 같이 밝은 대상을 촬영하는 데 집중할 수도 있다. 아마추어가 광해를 피하기 위해 사용하는 또 다른 방법은 어두운 하늘 위치에 원격으로 작동하는 망원경을 설치하거나 시간을 임대하는 것이다. 다른 과제로는 정확한 추적을 위한 휴대용 망원경 설치 및 정렬, "기성품" 장비의 제약 내에서 작업, 모니터링 장비의 내구성, 때로는 다양한 기상 조건에서 장시간 노출로 천문 객체를 수동으로 추적하는 것이 있다.
일부 카메라 제조업체는 EOS 60D를 기반으로 하지만 수정된 적외선 필터와 붉은 수소 방출 성운의 향상된 캡처를 위한 향상된 수소-알파 감도를 가진 저잡음 센서를 갖춘 Canon의 EOS 60Da와 같이 천체사진술 카메라로 사용하도록 제품을 수정한다.[23]
상업적으로 이용 가능한 이미징 센서를 기반으로 아마추어 천체사진술을 위해 특별히 설계된 카메라도 있다. 또한 장시간 노출에서 열 잡음을 줄이기 위해 센서를 냉각하고, 원시 이미지를 읽어내며, 자동 이미징을 위해 컴퓨터에서 제어할 수 있도록 한다. 원시 이미지 판독은 스태킹과 함께 희미한 심원 천체 이미징을 지원하는 모든 원본 이미지 데이터를 유지하여 나중에 더 나은 이미지 처리를 가능하게 한다.
매우 낮은 조명 기능으로 인해 몇 가지 특정 모델의 웹캠이 태양, 달 및 행성 이미징에 널리 사용된다. 대부분은 더 흔한 CMOS 대신 CCD 센서가 포함된 수동으로 초점을 맞춘 카메라이다. 이 카메라의 렌즈를 제거한 다음 망원경에 부착하여 이미지, 비디오 또는 둘 다를 기록한다. 새로운 기술에서는 매우 희미한 객체의 비디오를 촬영하고 비디오에서 가장 선명한 프레임을 함께 '스택'하여 훌륭한 대비의 정지 이미지를 얻는다. Philips PCVC 740K 및 SPC 900은 천체 사진 작가가 선호하는 몇 안 되는 웹캠 중 하나이다. 장시간 노출을 허용하는 모든 스마트폰을 이 목적으로 사용할 수 있지만, 일부 휴대폰에는 여러 노출을 함께 꿰매는 천체사진술용 특정 모드가 있다.
; 고정 또는 삼각대
가장 기본적인 형태의 천체 사진은 고정된 위치나 삼각대에 장착된 표준 카메라와 사진 렌즈로 촬영된다. 때로는 배경의 사물이나 풍경을 샷에 담기도 한다. 촬영되는 대상은 별자리, 흥미로운 행성 구성, 유성, 밝은 혜성 등이다. 지구의 자전으로 인해 별의 점상이 늘어지는 것을 방지하려면 노출 시간을 짧게(1분 미만) 해야 한다. 카메라 렌즈의 초점 거리는 일반적으로 짧은데, 초점 거리가 긴 렌즈는 몇 초 만에 이미지 트레일링이 나타나기 때문이다. 별을 점상으로 유지하기 위해, "500 규칙"이라고 하는 경험 법칙이 있다.
: 최대 노출 시간 (초) = 500 / (초점 거리 (mm) × 크롭 팩터)
조리개 또는 ISO 설정에 관계없이 적용된다.[24] 예를 들어, APS-C 센서에 35mm 렌즈를 사용하면 최대 시간은 500 / (35 × 1.5) ≈ 9.5 s이다. 더 정확한 계산은 픽셀 피치와 적위를 고려한다.[25]
의도적으로 별이 몇 분 또는 몇 시간 동안 지속되는 노출에서 길게 늘어지는 것을 허용하는 것을 "별 궤적"이라고 하며, 때로는 예술적인 기술로 사용된다.
; 추적 마운트
지구의 자전을 보상하는 망원경 마운트는 물체의 번짐 없이 더 긴 노출을 위해 사용된다. 여기에는 상업용 적도 마운트와 바른 도어 트래커 및 적도 플랫폼과 같은 수제 적도 장치가 포함된다. 마운트는 기어의 백래시, 바람 및 불완전한 균형으로 인해 부정확성이 발생할 수 있으므로 이러한 부정확성을 수정하기 위해 폐쇄형 피드백 시스템으로 자동 가이드라고 하는 기술이 사용된다.[26]
추적 마운트는 단일 축과 이중 축의 두 가지 형태로 제공될 수 있다. 단일 축 마운트는 종종 스타 트래커라고 알려져 있다. 스타 트래커는 적경 축을 구동하는 단일 모터를 가지고 있다. 이를 통해 마운트는 지구의 자전을 보상할 수 있다. 스타 트래커는 마운트가 높은 정확도로 극축 정렬이 되었는지 사용자가 확인해야 한다. 보조 적위 축에서 보정이 불가능하여 노출 시간을 제한하기 때문이다.
이중 축 마운트는 두 개의 모터를 사용하여 적경 축과 적위 축을 함께 구동한다. 이 마운트는 스타 트래커와 유사하게 적경 축을 구동하여 지구의 자전을 보상한다. 그러나 자동 가이드 시스템을 사용하면 보조 적위 축도 구동하여 극축 정렬의 오류를 보상하여 노출 시간을 상당히 늘릴 수 있다.[27]
; "피기백" 사진
피기백 천체 사진은 카메라/렌즈를 적도 마운트된 천체 망원경에 장착하는 방법이다. 망원경은 노출 중에 시야를 중앙에 유지하기 위한 가이드 스코프로 사용된다. 이를 통해 카메라는 더 긴 노출 및/또는 더 긴 초점 거리 렌즈를 사용할 수 있으며, 심지어 주 망원경과 동축인 일부 형태의 사진 망원경에 부착될 수도 있다.
; 망원경 초점면 사진
이 유형의 사진에서 망원경 자체는 카메라의 필름 또는 CCD에 빛을 수집하는 "렌즈"로 사용된다. 이를 통해 망원경의 확대 및 집광 능력을 사용할 수 있지만, 가장 어려운 천체 사진 방법 중 하나이다.[28] 이는 매우 어두운 물체를 좁은 시야 내에서 중앙에 맞추고 초점을 맞추는 어려움, 확대된 진동 및 추적 오류에 대처하는 어려움, 장비 추가 비용(예: 충분히 튼튼한 망원경 마운트, 카메라 마운트, 카메라 커플러, 축외 가이드, 가이드 스코프, 조명된 십자선 또는 주 망원경 또는 가이드 스코프에 장착된 자동 가이더) 때문이다. 카메라(렌즈 분리 가능)를 아마추어 천체 망원경에 부착하는 방법에는 다음과 같은 여러 가지가 있다.[29][30]
- '''주 초점''' – 이 방법에서 망원경으로 생성된 이미지는 다른 광학 장치나 망원경 접안렌즈 없이 필름 또는 CCD에 직접 떨어진다.
- '''양의 투영''' – 망원경 접안렌즈 (''접안렌즈 투영'') 또는 양의 렌즈(망원경 대물 렌즈의 초점면 뒤에 배치)를 사용하여 훨씬 더 확대된 이미지를 필름 또는 CCD에 직접 투영하는 방법이다. 이미지가 좁은 시야로 확대되므로 이 방법은 일반적으로 달과 행성 사진에 사용된다.
- '''음의 투영''' – 이 방법은 양의 투영과 마찬가지로 확대된 이미지를 생성한다. 음의 렌즈, 일반적으로 바로우 또는 사진용 텔레컨버터가 망원경 대물 렌즈의 초점면 앞에 있는 광선 원뿔에 배치된다.
- '''압축''' – 압축은 망원경 대물 렌즈의 초점면 전에 있는 수렴하는 빛의 원뿔에 배치된 양의 렌즈(''초점 리듀서''라고도 함)를 사용하여 전체 이미지 확대율을 줄인다. Maksutov 및 Schmidt–Cassegrain과 같은 매우 긴 초점 거리 망원경에서 더 넓은 시야를 얻거나 설정의 초점비를 줄여 시스템의 속도를 높이는 데 사용된다.[31]
카메라 렌즈를 제거할 수 없거나 제거할 수 없는 경우, 일반적으로 사용되는 방법은 무초점 사진이며, ''무초점 투영''이라고도 한다. 이 방법에서는 카메라 렌즈와 망원경 접안렌즈가 모두 부착된다. 둘 다 무한대로 초점이 맞춰지면 그 사이의 광선 경로는 평행이 되므로(무초점), 카메라가 기본적으로 관찰자가 볼 수 있는 모든 것을 사진으로 찍을 수 있다. 이 방법은 달과 더 밝은 행성, 별과 성운의 좁은 시야 이미지를 캡처하는 데 적합하다. 무초점 사진은 20세기 초 소비자용 카메라에서 흔히 사용되었는데, 많은 모델이 렌즈를 분리할 수 없었기 때문이다. 대부분의 모델도 렌즈를 분리할 수 없는 자동 카메라가 도입되면서 인기를 얻었다.
; 필터
: 필터는 광대역과 협대역의 두 가지로 분류할 수 있다. 광대역 필터는 넓은 범위의 파장을 통과시켜 적은 양의 광공해를 제거한다. 협대역 필터는 매우 특정한 파장의 빛만 통과시키고, 스펙트럼의 대부분을 차단한다.
: 천체 사진술 필터는 보통 세트로 제공되며, 서로 다른 관측소에서 동일한 기준으로 관측할 수 있도록 특정 표준에 맞춰 제작된다. 천문학계에서 흔히 사용되는 필터 표준은 존슨-모건 UVB로, CCD의 색상 응답을 사진 필름의 색상 응답과 일치시키도록 설계되었다. 그러나 200개 이상의 표준이 존재한다.[32]
; 원격 망원경
20세기 후반의 빠른 인터넷 접근과 컴퓨터 제어 망원경 마운트 및 CCD 카메라의 발전으로 인해, 주요 망원경 시설과 연결되지 않은 아마추어 천문학자들이 연구 및 심원천체 이미징에 참여하기 위해 '원격 망원경'을 사용할 수 있게 되었다. 이를 통해 이미징 사용자는 어두운 곳에 있는 멀리 떨어진 망원경을 제어할 수 있다. 관측자들은 CCD 카메라를 사용하여 망원경을 통해 이미지를 얻을 수 있다.
이미징은 사용자의 위치나 사용하려는 망원경에 관계없이 수행할 수 있다. 망원경에서 수집된 디지털 데이터는 인터넷을 통해 사용자에게 전송되어 표시된다. 인터넷을 통해 일반 대중이 사용할 수 있는 디지털 원격 망원경 운영의 예로는 바레케트 천문대가 있다.
천체 사진은 피사체가 어둡기 때문에 은염 필름이 사용되던 시대에는 고감도 필름을 사용해도 카메라의 노출 시간을 길게 해야 했고, 별하늘 촬영은 쉽게 시작할 수 없는 장르였다.[33] 1990년대에는 냉각 CCD 카메라가 천문대에서는 일반화되었지만, 상당히 번거로운 절차가 필요했기 때문에 아마추어에서는 일부 하이 아마추어만 이용하는 정도였다.[33]
그러나, 냉각 CCD 카메라나 디지털 카메라의 진화로 인해 은염 필름으로는 촬영할 수 없었던 것들도 촬영이 가능하게 되었다.[38] 21세기에 들어서면서 카메라의 수광 센서 주변 회로의 개선이 이루어져 열 잡음의 영향도 줄었다.[33] 또한 디지털 카메라의 고성능화로 인해 야경과 별하늘을 함께 담는 "별 사진"이나 야경을 전경으로 별하늘이 움직이는 "타임랩스 동영상"과 같은 새로운 장르도 생겨났다.[33]
천체 사진은 카메라 단독으로 촬영하는 경우와, 집광력이나 분해능을 높일 목적으로 망원경 등의 기기를 사용하여 확대하여 촬영하는 경우가 있다. 카메라용 렌즈 대신 망원경 등의 대물렌즈를 사용한 촬영 방법을 '''직초점 촬영법''', 대물렌즈와 감광부의 중간에 접안렌즈를 넣는 촬영 방법을 '''확대 촬영법'''이라고 한다. 카메라의 표준 렌즈를 떼어낼 수 없는 콤팩트 카메라, 콤팩트 디지털 카메라, 휴대 전화 등 이동 통신 이동 통신 단말의 경우에는, 망원경의 접안렌즈 또는 멀티 모노큘러에 비친 상을 그대로 촬영하는 간이 촬영법 ('''콜리메이트법''')이 채택된다.
3. 2. 촬영 기법
천체 사진은 필름이나 디지털 장치가 빛의 광자를 장기간 축적할 수 있기 때문에 장시간 노출을 이용한다.[1] 필름이나 검출기에 도달하는 빛의 양은 대물렌즈(Objective (optics))의 직경을 늘려 증가시킬 수 있다. 도시 지역은 광공해를 발생시키므로, 장비와 관측소는 종종 외딴 지역에 위치하여 장시간 노출을 가능하게 한다.[1]지구의 자전 때문에 망원경과 장비는 별들의 겉보기 운동(일주 운동)을 따라 반대 방향으로 회전해야 한다. 이는 적도식 마운트나 컴퓨터 제어식 고도 방위각 마운트 망원경 마운트를 사용하여 수행된다. 그러나 모든 망원경 마운트 시스템은 추적 오류를 겪기 때문에, 노출 시간 동안 선택된 조준점(''가이드 스타'')을 중심에 유지하여 보정한다. 혜성처럼 이미징할 물체가 이동하는 경우, 망원경을 해당 물체에 지속적으로 중심을 맞춰야 한다. 이러한 가이딩은 ''가이드 스코프''나 ''오프 축 가이더''를 통해 수행된다. 과거에는 수동으로 가이딩을 수행했지만, 현재는 자동화된 시스템으로 전문 장비와 아마추어 장비 모두에서 이를 수행한다.
천체 사진은 최초의 과학 사진 유형 중 하나였으며,[1] 초기부터 별 지도 제작, 천체 측정, 항성 분류 등 특정 목표를 가진 하위 분야로 분화되었다.[1] 소행성, 유성, 혜성 등의 천체 발견에도 사용된다. 이러한 작업에는 정밀 이미징을 위해 설계된 망원경이나 특수 장비가 필요하다. 천문학용 CCD 카메라는 열 잡음을 줄이고 다른 스펙트럼에서 이미지를 기록할 수 있도록 센서를 냉각할 수 있다. 또한 특수 필터를 사용하여 특정 파장에서 이미지를 기록한다.
이미지는 일안 반사식 카메라, 35mm 필름, 디지털 일안 반사식 카메라, 비디오 카메라, 웹캠 등 다양한 미디어 및 이미징 장치에 기록된다.
일반 필름은 오랫동안 천체 사진에 사용되었지만, 장시간 노출 시 상호성 실패의 영향을 받는다. 이는 필름을 냉각하거나, 다양한 파장에서 사진을 찍은 후 결합하여 보상할 수 있다. 필름은 디지털 센서보다 느리기 때문에 추적 오류가 최종 이미지에 큰 영향을 주지 않는다. 필름 천체 사진은 지속적인 비용이 적고, 감도가 높지만, 디지털 사진의 편리성 때문에 인기가 줄어들고 있다.
1990년대 후반부터 아마추어들은 필름에서 디지털 CCD로 전환하고 있다. CCD는 필름보다 민감하고 빛에 선형적으로 반응한다. 이미지는 여러 짧은 노출로 캡처하여 합성할 수 있다. 디지털 카메라는 움직이는 부품이 적고 원격으로 작동할 수 있어 진동이 제한된다. 웹캠과 같은 간단한 디지털 장치는 초점면에 접근하도록 개조할 수 있으며, 노출 (사진) 사진술도 가능하다. DSLR 카메라와 기본 자동 카메라를 망원경에 부착하기 위한 많은 기술과 장비가 있다. 소비자 수준의 디지털 카메라는 장시간 노출 시 이미지 노이즈로 고통받으므로, 카메라를 냉각하는 기술이 있다. 천문 장비 회사들은 다양한 목적의 천문 CCD 카메라를 제공한다. 많은 DSLR 카메라는 장시간 노출을 촬영하여 밤하늘의 동영상을 만들 수 있다. CMOS 카메라는 아마추어 부문에서 CCD 카메라를 대체하고 있다.[15] 최신 CMOS 센서는 더 높은 양자 효율, 더 낮은 열 및 판독 노이즈, 더 빠른 판독 속도를 제공한다.[16]
천체사진술 장비는 사진작가에 따라 크게 다르다. 취미로서 천체사진술은 일반 사진술과 전문 천문학에서 겪는 어려움과는 다른 어려움을 극복해야 한다.
대부분의 사람들이 도시 지역에 살기 때문에 장비는 광해를 피해 멀리 떨어진 곳으로 가져갈 수 있어야 한다. 도시 천체 사진작가는 특수 광해 또는 협대역 필터와 고급 컴퓨터 처리 기술을 사용하여 주변 도시 빛을 줄일 수 있다. 또한 태양, 달, 행성과 같이 밝은 대상을 촬영하는 데 집중할 수도 있다. 아마추어가 광해를 피하기 위해 사용하는 또 다른 방법은 어두운 하늘 위치에 원격으로 작동하는 망원경을 설치하거나 시간을 임대하는 것이다. 다른 과제로는 정확한 추적을 위한 휴대용 망원경 설치 및 정렬, "기성품" 장비의 제약 내에서 작업, 모니터링 장비의 내구성, 때로는 다양한 기상 조건에서 장시간 노출로 천문 객체를 수동으로 추적하는 것이 있다.
일부 카메라 제조업체는 천체사진술 카메라로 사용하도록 제품을 수정한다. (Canon EOS 60Da[23])
상업적으로 이용 가능한 이미징 센서를 기반으로 아마추어 천체사진술을 위해 특별히 설계된 카메라도 있다. 또한 장시간 노출에서 열 잡음을 줄이기 위해 센서를 냉각하고, 원시 이미지를 읽어내며, 자동 이미징을 위해 컴퓨터에서 제어할 수 있도록 한다.
웹캠은 태양, 달 및 행성 이미징에 널리 사용된다. 대부분은 CCD 센서가 포함된 수동 초점 카메라이다. 이 카메라의 렌즈를 제거한 다음 망원경에 부착하여 이미지나 비디오를 기록한다. 새로운 기술에서는 매우 희미한 객체의 비디오를 촬영하고 가장 선명한 프레임을 함께 '스택'하여 정지 이미지를 얻는다. Philips PCVC 740K 및 SPC 900은 천체 사진 작가가 선호하는 웹캠 중 하나이다. 장시간 노출을 허용하는 스마트폰을 사용할 수 있지만, 일부 휴대폰에는 천체사진술용 특정 모드가 있다.
; 고정 또는 삼각대
가장 기본적인 천체 사진은 고정된 위치나 삼각대에 장착된 표준 카메라와 사진 렌즈로 촬영된다. 촬영되는 대상은 별자리, 행성 구성, 유성, 밝은 혜성 등이다. 지구의 자전으로 인해 별의 점상이 늘어지는 것을 방지하려면 노출 시간을 짧게(1분 미만) 해야 한다. 카메라 렌즈의 초점 거리는 일반적으로 짧은데, 초점 거리가 긴 렌즈는 몇 초 만에 이미지 트레일링이 나타나기 때문이다. 별을 점상으로 유지하기 위해, "500 규칙"이라고 하는 경험 법칙이 있다.
:최대 노출 시간 (초) = 500 / (초점 거리 (mm) × 크롭 팩터)
조리개 또는 ISO 설정에 관계없이 적용된다.[24] 예를 들어, APS-C 센서에 35mm 렌즈를 사용하면 최대 시간은 9.5 초이다. 더 정확한 계산은 픽셀 피치와 적위를 고려한다.[25]
의도적으로 별이 몇 분 또는 몇 시간 동안 지속되는 노출에서 길게 늘어지는 것을 허용하는 것을 "별 궤적"이라고 하며, 예술적인 기술로 사용된다.
; 추적 마운트
지구의 자전을 보상하는 망원경 마운트는 물체의 번짐 없이 더 긴 노출을 위해 사용된다. 여기에는 상업용 적도 마운트와 바른 도어 트래커 및 적도 플랫폼과 같은 수제 적도 장치가 포함된다. 마운트는 기어의 백래시, 바람 및 불완전한 균형으로 인해 부정확성이 발생할 수 있으므로, 이러한 부정확성을 수정하기 위해 폐쇄형 피드백 시스템으로 자동 가이드라는 기술이 사용된다.[26]
추적 마운트는 단일 축과 이중 축의 두 가지 형태로 제공될 수 있다. 단일 축 마운트는 종종 스타 트래커라고 알려져 있다. 스타 트래커는 적경 축을 구동하는 단일 모터를 가지고 있다. 이를 통해 마운트는 지구의 자전을 보상할 수 있다. 스타 트래커는 마운트가 높은 정확도로 극축 정렬이 되었는지 사용자가 확인해야 한다. 보조 적위 축에서 보정이 불가능하여 노출 시간을 제한하기 때문이다.
이중 축 마운트는 두 개의 모터를 사용하여 적경 축과 적위 축을 함께 구동한다. 이 마운트는 스타 트래커와 유사하게 적경 축을 구동하여 지구의 자전을 보상한다. 그러나 자동 가이드 시스템을 사용하면 보조 적위 축도 구동하여 극축 정렬의 오류를 보상하여 노출 시간을 상당히 늘릴 수 있다.[27]
; "피기백" 사진
피기백 천체 사진은 카메라/렌즈를 적도 마운트된 천체 망원경에 장착하는 방법이다. 망원경은 노출 중에 시야를 중앙에 유지하기 위한 가이드 스코프로 사용된다. 이를 통해 카메라는 더 긴 노출 및/또는 더 긴 초점 거리 렌즈를 사용할 수 있으며, 심지어 주 망원경과 동축인 일부 형태의 사진 망원경에 부착될 수도 있다.
; 망원경 초점면 사진
이 유형의 사진에서 망원경 자체는 카메라의 필름 또는 CCD에 빛을 수집하는 "렌즈"로 사용된다. 이를 통해 망원경의 확대 및 집광 능력을 사용할 수 있지만, 가장 어려운 천체 사진 방법 중 하나이다.[28] 이는 매우 어두운 물체를 좁은 시야 내에서 중앙에 맞추고 초점을 맞추는 어려움, 확대된 진동 및 추적 오류에 대처하는 어려움, 장비 추가 비용 때문이다.[28] 카메라(렌즈 분리 가능)를 아마추어 천체 망원경에 부착하는 방법에는 다음과 같은 여러 가지가 있다.[29][30]
- '''주 초점''' – 망원경으로 생성된 이미지는 다른 광학 장치나 망원경 접안렌즈 없이 필름 또는 CCD에 직접 떨어진다.
- '''양의 투영''' – 망원경 접안렌즈 (''접안렌즈 투영'') 또는 양의 렌즈를 사용하여 훨씬 더 확대된 이미지를 필름 또는 CCD에 직접 투영하는 방법이다. 이미지가 좁은 시야로 확대되므로 이 방법은 일반적으로 달과 행성 사진에 사용된다.
- '''음의 투영''' – 이 방법은 양의 투영과 마찬가지로 확대된 이미지를 생성한다. 음의 렌즈, 일반적으로 바로우 또는 사진용 텔레컨버터가 망원경 대물 렌즈의 초점면 앞에 있는 광선 원뿔에 배치된다.
- '''압축''' – 압축은 망원경 대물 렌즈의 초점면 전에 있는 수렴하는 빛의 원뿔에 배치된 양의 렌즈(''초점 리듀서''라고도 함)를 사용하여 전체 이미지 확대율을 줄인다. Maksutov 및 Schmidt–Cassegrain과 같은 매우 긴 초점 거리 망원경에서 더 넓은 시야를 얻거나 설정의 초점비를 줄여 시스템의 속도를 높이는 데 사용된다.[31]
카메라 렌즈를 제거할 수 없거나 제거할 수 없는 경우, 일반적으로 사용되는 방법은 무초점 사진이며, ''무초점 투영''이라고도 한다. 이 방법에서는 카메라 렌즈와 망원경 접안렌즈가 모두 부착된다. 둘 다 무한대로 초점이 맞춰지면 그 사이의 광선 경로는 평행이 되므로(무초점), 카메라가 기본적으로 관찰자가 볼 수 있는 모든 것을 사진으로 찍을 수 있다. 이 방법은 달과 더 밝은 행성, 별과 성운의 좁은 시야 이미지를 캡처하는 데 적합하다. 무초점 사진은 20세기 초 소비자용 카메라에서 흔히 사용되었는데, 많은 모델이 렌즈를 분리할 수 없었기 때문이다. 대부분의 모델도 렌즈를 분리할 수 없는 자동 카메라가 도입되면서 인기를 얻었다.
; 필터
: 필터는 광대역과 협대역의 두 가지로 분류할 수 있다. 광대역 필터는 넓은 범위의 파장을 통과시켜 적은 양의 광공해를 제거한다. 협대역 필터는 매우 특정한 파장의 빛만 통과시키고, 스펙트럼의 대부분을 차단한다.
: 천체 사진술 필터는 보통 세트로 제공되며, 서로 다른 관측소에서 동일한 기준으로 관측할 수 있도록 특정 표준에 맞춰 제작된다. 천문학계에서 흔히 사용되는 필터 표준은 존슨-모건 UVB로, CCD의 색상 응답을 사진 필름의 색상 응답과 일치시키도록 설계되었다. 그러나 200개 이상의 표준이 존재한다.[32]
; 원격 망원경
20세기 후반의 빠른 인터넷 접근과 컴퓨터 제어 망원경 마운트 및 CCD 카메라의 발전으로 인해, 주요 망원경 시설과 연결되지 않은 아마추어 천문학자들이 연구 및 심원천체 이미징에 참여하기 위해 '원격 망원경'을 사용할 수 있게 되었다. 이를 통해 이미징 사용자는 어두운 곳에 있는 멀리 떨어진 망원경을 제어할 수 있다. 관측자들은 CCD 카메라를 사용하여 망원경을 통해 이미지를 얻을 수 있다.
이미징은 사용자의 위치나 사용하려는 망원경에 관계없이 수행할 수 있다. 망원경에서 수집된 디지털 데이터는 인터넷을 통해 사용자에게 전송되어 표시된다. 인터넷을 통해 일반 대중이 사용할 수 있는 디지털 원격 망원경 운영의 예로는 바레케트 천문대(Bareket Observatory)가 있다.
천체 사진은 피사체가 어둡기 때문에 은염 필름이 사용되던 시대에는 고감도 필름을 사용해도 카메라의 노출 시간을 길게 해야 했고, 별하늘 촬영은 쉽게 시작할 수 없는 장르였다.[33] 1990년대에는 냉각 CCD 카메라가 천문대에서는 일반화되었지만, 상당히 번거로운 절차가 필요했기 때문에 아마추어에서는 일부 하이 아마추어만 이용하는 정도였다.[33]
그러나, 냉각 CCD 카메라나 디지털 카메라의 진화로 인해 은염 필름으로는 촬영할 수 없었던 것들도 촬영이 가능하게 되었다.[38] 21세기에 들어서면서 카메라의 수광 센서 주변 회로의 개선이 이루어져 열 잡음의 영향도 줄었다.[33] 또한 디지털 카메라의 고성능화로 인해 야경과 별하늘을 함께 담는 "별 사진"이나 야경을 전경으로 별하늘이 움직이는 "타임랩스 동영상"과 같은 새로운 장르도 생겨났다.[33]
육안과 촬영에서는 빛을 느끼는 색(파장)의 폭과 빛을 모아둘 수 있는 시간이 다르다.
일반적으로 천체 사진은 피사체가 어둡기 때문에 셔터 속도를 느리게, 즉 노출 시간을 길게 하여 촬영하는 경우가 많다. 별빛은 육안으로는 순간적으로 다가오는 점으로 지각될 뿐이지만, 사진에서는 노출 시간을 길게 함으로써 장시간의 정보를 기록할 수 있다. 또한, 여러 개의 촬영 영상을 비교 명 합성이나 평균 합성하는 등의 방법을 통해 육안으로는 식별할 수 없을 정도로 어두운 대상을 촬영하거나, 시간의 흐름을 느끼게 하는 영상 등을 촬영하는 것도 가능하다.
또한, 육안으로는 식별할 수 없는 적외선 방향인, 우주에 많은 Hα선에 대해서는 희미하게밖에 포착할 수 없지만, 필름이나 CCD・CMOS 등에서는 비교적 평탄한 감도를 갖는다. 따라서 정보량이 늘어난 만큼, 천체 사진과 실제로 눈으로 본 별이나 성운과는 색이나 형태가 다른 것이 된다.
카메라를 고정하여 촬영하는 경우, 장시간 노출 시 지구의 자전이나 천체의 움직임이 선으로 축적되어 나타난다. 이 때문에 별을 점상으로 촬영하려면 지구의 자전에 따른 천체의 움직임을 추적해야 한다. 반면, 이 경우 지상의 풍경은 당연히 고정되어 있으므로 지상 풍경은 어긋나게 된다. 이처럼 카메라의 움직임을 별의 움직임에 맞추거나, 지상의 고정을 고려한 움직임으로 할지에 따라 영상에 차이가 나타난다.
별의 움직임에 맞춰 촬영 장비를 움직이는 촬영 방식을 '''가이드 촬영(추적 촬영)'''이라고 한다. 일반적으로 촬영 장비를 적도의식 가대라는 전용 가대에 설치하고, 원주 방향의 중심축을 북극 또는 남극에 맞춰 촬영한다. 천구는 지상에 대해 1시간에 15도 정도 이동하므로, 이 움직임에 맞춰 움직여야 한다. 최근에는 모터 드라이브가 장착된 적도의식 가대를 통해 자동 추적이 일반적이다. 또한, 일부 예외로 펜탁스의 아스트로 트레이서처럼 촬영 센서를 작동시켜 짧은 시간이지만 카메라만으로 자동 추적하는 기종도 있다. 가이드 촬영 시에는 기록하는 영상의 배율이 커질수록 광량이 감소하고 움직임의 오차가 확대되므로, 적도의식 가대는 배율에 맞는 견고함과 정밀도가 요구된다.
촬영 기기를 지상이나 적도의식 가대 등에 고정하여 촬영하는 방법을 고정 촬영이라고 한다. 적도의 등 개별 기재가 필요하지 않아 간편하게 촬영할 수 있는 기법이다. 고정 촬영 시에는 천체가 지구의 자전 운동에 의해 겉보기로 움직이기( 일주 운동 ) 때문에 장시간 노출을 하면 동심원상의 광적(光跡)으로 찍힌다. 지상의 풍경을 고려하여 효과적으로 촬영하면 훌륭한 천체 사진이 된다. 또한 달이나 움직임이 빠른 혜성의 움직임에 맞춰 망원경을 장시간 추적하며 촬영하면 대상이 아닌 천체는 고정 촬영처럼 궤적이 찍힌다.
천체 사진은 카메라 단독으로 촬영하는 경우와, 집광력이나 분해능을 높일 목적으로 망원경 등의 기기를 사용하여 확대하여 촬영하는 경우가 있다. 카메라용 렌즈 대신 망원경 등의 대물렌즈를 사용한 촬영 방법을 '''직초점 촬영법''', 대물렌즈와 감광부의 중간에 접안렌즈를 넣는 촬영 방법을 '''확대 촬영법'''이라고 한다. 카메라의 표준 렌즈를 떼어낼 수 없는 콤팩트 카메라, 콤팩트 디지털 카메라, 휴대 전화 등 이동 통신 이동 통신 단말의 경우에는, 망원경의 접안렌즈 또는 멀티 모노큘러에 비친 상을 그대로 촬영하는 간이 촬영법 ('''콜리메이트법''')이 채택된다.
3. 3. 이미지 처리
디지털 카메라 이미지와 스캔한 필름 이미지는 일반적으로 이미지를 개선하기 위해 이미지 처리 소프트웨어에서 조정된다. 컴퓨터에서 이미지의 밝기를 조절하고 조작하여 색상을 조정하고 대비를 높일 수 있다. 더 정교한 기술은 여러 장의 이미지(때로는 수천 장)를 캡처하여 합성을 통해 이미지를 선명하게 하고 대기 시상을 극복하며, 추적 문제를 무효화하고, 신호 대 잡음비가 좋지 않은 희미한 물체를 드러내고, 광공해를 필터링하는 가산 프로세스에 포함된다.[17]디지털 카메라 이미지는 “다크 프레임”을 빼는 것과 ''이미지 스태킹'' 또는 "''Shift-and-add''" 처리를 포함하여 장시간 노출로 인한 이미지 노이즈를 줄이기 위해 추가 처리가 필요할 수 있다. 천체 사진 이미지 조작을 위해 특별히 제작된 상업용, 프리웨어 및 오픈 소스 소프트웨어 패키지가 존재한다.[17]
"럭키 이미징"은 표준 장시간 노출 사진 대신 물체의 비디오를 촬영하는 보조 기술이다. 이후 소프트웨어가 최고 품질의 이미지를 선택하여 스태킹할 수 있다. [18]
1980년대에는 증감 처리나 사바티에 효과 등, 사진적 수법에 의한 이미지 처리가 이루어졌지만, 1990년대에 들어서 컴퓨터가 보급되면서 필름 스캐너로 가져온 이미지를 포토샵 등의 디지털 이미지 처리 소프트웨어로 이미지 처리하는 수법이 보급되기 시작했다. 이윽고, 전자적인 수법으로 촬영한 이미지를 그대로 전자 매체를 거쳐 이미지 처리하는 수법이 정착되었다.
4. 아마추어 천체 사진
천체사진술은 사진작가와 아마추어 천문학자들 사이에서 인기 있는 취미이다. 사용되는 기술은 삼각대에 장착된 기본 필름 및 디지털 카메라에서부터 고급 이미징을 위한 방법 및 장비에 이르기까지 다양하다. 아마추어 천문학자와 아마추어 망원경 제작자들은 또한 직접 제작한 장비와 개조된 장치를 사용한다.
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Springer Nature Switzerland AG
[33]
학술지
天体写真の最近の動向 －第1回天体写真技術セミナーのまとめ－
https://doi.org/10.1[...]
日本写真学会
2016
[34]
웹사이트
星の都の物語 パリに天文学の足跡を訪ねて
https://www.astroart[...]
AstroArts
2023-09-25
[35]
웹사이트
宇宙now No.82
http://www.nhao.jp/p[...]
西はりま天文台
2023-09-25
[36]
논문
宇宙観測技術の歴史と展望
https://doi.org/10.1[...]
公益社団法人 計測自動制御学会
1998
[37]
웹사이트
京大天文台の天体写真儀 京都大学の天文学100年と発展の礎
http://hdl.handle.ne[...]
京都大学
2023-09-25
[38]
논문
写真技術の変革と写真表現（銀塩とディジタルの損益分岐）写真作品の表現と評価
https://doi.org/10.1[...]
社団法人 日本写真学会
2005
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