맨위로가기

시차 (천문학)

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

시차는 천문학, 측량, 사진 및 영상, 3차원 디스플레이 기술 등 다양한 분야에서 활용되는 개념으로, 관측 위치에 따른 대상의 겉보기 위치 변화를 의미한다. 천문학에서는 별까지의 거리를 측정하는 데 중요한 역할을 하며, 연주 시차, 일주 시차, 항성 시차, 양안 시차, 운동 시차 등 다양한 종류가 있다. 사진 및 영상 분야에서는 멀티플레인 촬영 기법, 시차 스크롤링, 3차원 디스플레이 기술 등에 활용되며, 카메라의 뷰파인더와 렌즈 간의 차이로 인한 시차 오류, 이미지 연결 시 문제점 등이 발생하기도 한다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 삼각법 - 사인파
    사인파는 고조파가 없는 단일 주파수 파형으로, 삼각함수로 표현되며 진폭, 각진동수, 위상 등의 매개변수로 특징지어지고, 푸리에 분석을 통해 복잡한 파형으로 분해 및 합성이 가능하며, 전자공학, 음악, 물리학 등 다양한 분야에서 활용된다.
  • 삼각법 - 편평률
    편평률은 회전타원체의 납작한 정도를 나타내는 척도로, 장반축과 단반축을 이용하여 계산되며, `f = (a - b) / a`, `f' = (a - b) / b`, `n = (a - b) / (a + b)` 세 가지 형태로 정의되고, 지구를 포함한 다른 천체들의 자전 속도와 구성 물질에 따라 다르게 나타난다.
  • 각 - 위도
    위도는 지구 표면의 남북 위치를 각도로 나타내며, 지구를 회전 타원체로 가정했을 때 법선과 적도면이 이루는 각으로 측정하여 적도를 0°로 북극과 남극까지 나타내고, 기후와 지리적 특징 등에 영향을 미치는 다양한 종류가 존재한다.
  • 각 - 등각 사상
    등각 사상은 각도를 보존하는 사상으로, 2차원에서는 도함수가 0이 아닌 정칙 함수인 복소 함수가 해당되며, 3차원 이상에서는 상사 변환, 등거리 변환, 특수 등각 변환 등으로 분류되어 지도 제작, 항공우주 공학 등 다양한 분야에 응용된다.
시차 (천문학)
개요
정의서로 다른 시점에서 동일한 물체를 보았을 때 나타나는 겉보기 위치의 차이 또는 변위
측정이 변위 또는 위치 차이를 각도로 측정하며, 관측점과 물체를 잇는 두 직선 사이의 각도
거리 측정시차는 천문학에서 별까지의 거리를 측정하는 데 사용됨
시차의 종류
연주 시차지구의 공전 궤도를 기준으로 6개월 간격으로 별의 위치를 관측하여 얻는 시차
항성 시차지구의 공전에 의해 생기는 가까운 별의 위치 변화
연간 시차1년 주기로 나타나는 시차
월별 시차달의 위치 변화로 인한 시차
일주 시차지구의 자전으로 인해 발생하는 시차 (현재는 더 정확한 기술로 대체됨)
응용
거리 측정천문학에서 별, 행성 등 천체의 거리를 측정하는 데 사용
항법항해 및 항공 분야에서 위치를 결정하는 데 사용
사진술스테레오 사진에서 3D 효과를 만드는 데 사용
생물학동물의 시각에서 거리 감각을 설명하는 데 사용
수학적 표현
공식거리 (d) = 1 / 시차 (p), 여기서 시차는 라디안 단위
기타
참고시차는 물체가 멀리 있을수록 작아짐
관련 용어삼각측량, 항성

2. 역사적 배경

시차 개념은 고대부터 알려져 왔으며, 특히 천문학에서 지구와 천체 사이의 거리를 측정하는 데 중요한 역할을 했다. 천문학에서 시차 문제가 중요하게 대두된 것은 지동설과 천동설의 대립이 있던 16세기 이후이다. 만약 지구가 실제로 태양 주위를 돌고 있다면 별의 시차를 측정할 수 있어야 했고, 천문학자들은 시차를 측정하려는 시도를 했다. 하지만, 당시에 가장 정확한 관측 장비를 가지고 있었던 튀코 브라헤도 시차 측정에 실패했다. 튀코는 시차 측정이 실패하려면 별들이 지구에서 7000AU 이상 떨어져 있어야 하고, 별들의 크기는 수AU에 달해야 한다고 결론지었고, 이를 받아들이지 못해 천동설을 주장했다.[22][23] 아이작 뉴턴에 의해 지구 자전의 이론적 설명이 뒷받침되었음에도 불구하고 시차 측정의 불가능은 당시 과학계의 큰 고민거리였다.

프리드리히 베셀


최초로 시차 측정을 발표한 사람은 독일의 프리드리히 베셀로, 1838년에 발표하였다. 그는 백조자리 61번 별의 시차를 0.3136초로 측정하였고, 별까지의 거리가 10.6광년이라는 것을 알아내었다. 이 측정은 현대의 측정치인 11.2광년과 매우 근사하다. 최초로 발표되지는 않았지만 최초의 시차 측정은 영국의 스콧 토머스 헨더슨에 의해 이루어졌다. 그는 현재 가장 가깝다고 알려진 별, 알파 센타우리의 시차를 측정하였다. 알파 센타우리의 시차가 1초라고 하였고, 현재 측정치가 0.76초임을 감안하면 베셀에 비해 정확하게 측정하지는 못하였다. 그러나 기술의 한계로 인해 1900년까지 61개의 별들의 시차만이 측정되었다.[24]

2. 1. 천문학에서의 시차

일반적으로 천체는 천구 상에서 위치가 거의 변하지 않는 항성과 비교적 빠른 운동을 하고 있는 행성이나 위성 등이 있다. 행성에 포함되는 지구와 같이 움직이는 천체에 있는 관측자가 항성을 관찰할 때, 관측자의 위치에 따라 항성이 천구 상의 서로 다른 위치에서 보이게 된다. 두 위치의 차이를 시차라고 하며, 이것이 천문학에서 사용하는 시차의 개념이다.[21] 하지만, 달과 같은 위성에도 시차의 개념을 적용하기도 한다.

연주 시차의 이해를 돕기 위한 그림. 지구 위치의 변화에 따른 별의 위치 이동을 보여준다. 상대적으로 멀리 있는 별들은 거의 움직이지 않는 것처럼 보이고, 가까이에 위치한 별만 배경에 대해 움직이는 것처럼 보인다.


연주시차 공식 유도에 관한 그림이다. 태양부터 별까지의 거리를 d, 측정되는 시차를 p라고 정의한다.


천문학에서 시차 문제가 중요하게 대두된 것은 지동설과 천동설의 대립이 있던 16세기 이후이다. 만약 지구가 실제로 태양의 주위를 돌고 있다면 별의 시차를 측정할 수 있어야 했고, 천문학자들은 시차를 측정하려는 시도를 했다. 하지만, 당시에 가장 정확한 관측 장비를 가지고 있었던 튀코 브라헤도 시차 측정에 실패하게 된다. 튀코는 시차 측정이 실패하려면 별들이 지구에서 7000AU 이상 떨어져 있어야 하고, 별들의 크기는 수AU에 달해야 한다고 결론지었다. 그는 이러한 사실을 받아들이지 못하였고, 천동설을 주장하게 된다.[22][23] 아이작 뉴턴에 의해 지구 자전의 이론적 설명이 뒷받침되었음에도 불구하고 시차 측정의 불가능은 당시 과학계의 큰 고민거리였다.

최초로 시차 측정을 발표한 사람은 독일의 프리드리히 베셀로, 1838년에 발표하였다. 그는 백조자리 61번 별의 시차를 0.3136초로 측정하였고, 별까지의 거리가 10.6광년이라는 것을 알아내었다. 이 측정은 현대의 측정치인 11.2광년과 매우 근사한 측정치이다. 최초로 발표되지는 않았지만 최초의 시차 측정은 영국의 스콧 토머스 헨더슨에 의해 이루어졌다. 그는 현재 가장 가깝다고 알려진 별, 알파 센타우리의 시차를 측정하였다. 알파 센타우리의 시차가 1초라고 하였고, 현재 측정치가 0.76초임을 감안하면 베셀에 비해 정확하게 측정하지는 못하였다. 그러나 기술의 한계로 인해 1900년까지 61개의 별들의 시차만이 측정되었다.[24]

현대에 와서는 인공위성을 이용하여 훨씬 더 정밀하게 시차를 측정한다. 시차를 측정하는 이유는 별들까지의 거리를 직접적으로 결정할 수 있는 유일한 방법이기 때문이다. 거리를 측정함으로써 별들의 밝기, 반지름 등 많은 정보를 얻을 수 있다.[23][25] 현재 가장 정확하고 정밀하게 시차를 측정하는 위성은 1989년 유럽우주기구(European Space Agency)에서 발사된 히파르코스(Hipparchos)이다. 최초로 별들의 위치를 표시한 그리스 천문학자 히파르코스의 이름을 따온 이 위성은 4년 동안 총 118,000개의 별의 시차를 측정하였다. 히파르코스는 최대 1600광년 떨어진 별의 시차를 측정할 수 있고, 1밀리각초(milliarcsecond)의 정확도를 가진다. 유럽우주기구는 더 정밀한 시차 측정을 위해 2013년에 인공위성 가이아(GAIA)를 발사할 예정이다.[26] 가이아는 지구 주위를 도는 히파르코스와 달리 태양과 지구의 중력이 평형을 이루는 지점에 위치할 예정이다. 가이아는 10마이크로각초(microarcseconds)의 정확도로 시차를 측정할 것이며, 이는 지구에서 10,000광년 떨어진 별들의 정확한 위치까지 결정할 것이다.[25]

2. 2. 측량 및 사진에서의 시차

삼각측량법을 이용한 거리 측정에는 시차가 활용된다.

시차 오차를 피하려면 정확한 시선을 사용해야 한다.


지시계의 위치를 측정 대상과 비교하여 측정할 때, 지시계와 측정 대상 사이에 거리가 있고, 정확한 위치에서 관찰하지 않으면 시차 오차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 자의 눈금과 실제 눈금 사이에 간격이 있는 경우, 정확히 수직이 아닌 위치에서 보면 눈금의 겉보기 위치가 이동하여 측정값이 부정확해진다.

아날로그 멀티미터와 같은 기기에서도 눈금과 지침 사이의 거리 때문에 시차 오차가 발생한다. 이를 방지하기 위해 눈금을 거울 조각 위에 인쇄하고, 사용자는 지침이 거울의 반사와 일치하도록 눈의 위치를 조정하여 시선을 수직으로 만든다. 자동차 계기판의 속도계 값이나 눈금판에서 값을 읽을 때도 시차 오차가 발생할 수 있다.

항공 사진을 입체경으로 보면 지형과 건물의 입체 효과가 나타나는데, 높은 건물은 사진 중심에서 멀어지는 방향으로 "넘어지는" 것처럼 보인다. 이러한 시차를 측정하고 비행 고도와 기선 거리를 알면 건물의 높이를 추론할 수 있으며, 이는 사진측량의 핵심 요소이다.

쌍안 반사식 카메라나 거리측정식 카메라와 같이 뷰파인더를 사용하는 카메라에서는 시차 오류가 발생할 수 있다. 뷰파인더와 촬영 렌즈의 광학 장치가 다르기 때문에, 뷰파인더는 주로 카메라 렌즈 위에 위치하여 촬영된 사진이 의도보다 약간 아래쪽에 위치하는 경우가 많다. 머리가 잘린 사람 이미지가 대표적인 예시이다. 일안 반사식 카메라는 움직이는 거울을 통해 뷰파인더가 촬영 렌즈와 같은 렌즈를 사용하므로 시차 오류가 발생하지 않는다.

이미지 연결(예: 파노라마)에서도 시차가 문제가 될 수 있다.

3. 시차의 종류 및 원리

시차는 삼각측량의 원리를 이용하여 목표 지점까지의 거리를 측정하는 방법이다. "시차로 거리를 측정한다"와 "삼각측량으로 거리를 측정한다"는 같은 원리이지만, 두 점 사이의 기선 길이가 목표 지점까지의 거리보다 매우 작고, 두 점에서 목표 지점까지의 거리 차이가 크지 않을 때 시차라는 용어를 주로 사용한다. 목표 지점까지의 거리는 기선 길이를 시차(단위 라디안)로 나누어 계산한다.

시차는 관측자의 움직임, 관측 대상의 움직임, 또는 이 둘 모두에 의해 발생하는 관점의 변화 때문에 나타난다. 중요한 것은 상대적인 움직임이며, 시차를 관측하고 측정된 각도와 기하학을 이용하면 거리를 결정할 수 있다.

천문학에서 각도가 작다고 가정하면, 별까지의 거리(단위: 파섹)는 시차(단위: 각초)의 역수이다. 예를 들어, 프록시마 켄타우리까지의 거리는 1/0.7687 = 1.3009pc이다.[6]

시차를 이용한 거리 측정은 삼각측량 원리의 특수한 경우이다. 삼각측량은 네트워크의 모든 각도와 적어도 한 변의 길이를 측정하면 삼각형 네트워크의 모든 변과 각을 계산할 수 있다는 원리이다. 따라서 기준선 길이를 정확하게 측정하면 전체 삼각측량 네트워크의 크기를 결정할 수 있다. 시차에서는 삼각형이 매우 길고 좁으며, 가장 짧은 변(관측자의 움직임)과 작은 꼭짓각(항상 1각초 미만,[5] 다른 두 각은 거의 90도에 가까움)을 측정하여 긴 변(실제로는 같다고 간주됨)의 길이를 결정한다.

시차의 종류는 다음과 같다.


  • 연주 시차: 지구가 태양을 공전하면서 발생하는 시차로, 태양계 바깥 천체까지의 거리를 측정하는 데 사용된다.
  • 일주 시차: 지구의 자전으로 인해 발생하는 시차로, 달이나 소행성처럼 가까운 천체의 거리를 측정하는 데 사용된다.
  • 항성 시차: 별(항성)까지의 거리를 측정하기 위해 사용되는 시차로, 일반적으로 연주 시차를 의미한다.
  • 양안 시차: 사람의 양쪽 눈 사이의 거리(6.5cm) 때문에 발생하는 시차로, 입체시를 통해 깊이감을 느끼게 해준다. 측거기는 양안 시차의 원리를 응용한 기계 장치이다.
  • 운동 시차: 관측자 또는 대상의 움직임으로 인해 발생하는 시차로, 단안으로도 입체감을 느낄 수 있게 한다. 가까운 물체는 시야 내에서 상대적으로 빠르게 움직이고 멀리 있는 물체는 상대적으로 느리게 움직이는 것처럼 보이는 현상이다.

3. 1. 연주 시차



지구에서 별을 관측할 때, 지구가 공전하기 때문에 시차가 생긴다. 연주 시차는 지구에서 보이는 가장 큰 시차의 절반이다. 다시 말해, 태양에서 본 별의 위치와 지구에서 본 별의 위치 차이가 바로 연주 시차이다. 실제로 측정할 때는 같은 곳에서 6개월 간격으로 각도를 두 번 재서 계산한다.[27]

태양에서 별까지의 거리를 d, 연주 시차를 p라고 하면, 아래와 같은 식이 나온다.



p가 아주 작기 때문에

\tan p \simeq p

로 근사할 수 있다.



여기서 p는 라디안 단위인데, 실제로는 초(") 단위를 쓰기 때문에 바꿔줘야 한다. 초 단위 시차를 p''라고 하면,

1rad =206264.806''

이므로,

p''={p \over 206264.806}

이다. 따라서,



이걸 이용해서 파섹(parsec, pc)이라는 새로운 거리 단위를 만드는데, 1파섹은 시차가 1초인 별까지의 거리다.

1pc=2.06264806 \cdot 10^5\, AU=3.2615638 ly

이고, 파섹을 써서 d를 나타내면, 아래처럼 간단하게 된다.[27]



연주 시차는 지구가 1년 동안 공전하면서 생기는 시차다. 서로 다른 계절에 두 번 관측해서 시차를 구할 수 있다.

하지만 실제로는 연주 시차가 너무 작아서 측정하기 어렵다. 그래서 1년에서 몇 년 동안 계속 관측해서 시차 운동이 그리는 타원 궤도의 장반축을 구한다. 이것이 바로 1천문 단위를 기준으로 한 시차가 된다. (연주 시차 오차는 지구의 궤도 이심률보다 훨씬 크기 때문에 지구 궤도는 원이라고 가정한다.)

연주 시차는 태양계 바깥에 있는 천체까지의 거리를 재는 데 사용된다.

3. 2. 일주 시차

지구가 자전하면서 지구 표면에 있는 관측자의 위치가 변하기 때문에 발생하는 시차가 일주 시차이다. 연주 시차와 비슷하게 지구 중심에서 관측되는 별의 위치와 지구 표면에서 관측했을 때의 별의 위치 차이를 일주 시차라고 한다. 일주 시차는 달이나 소행성처럼 가까운 천체가 아니면 값이 매우 작아 거의 의미가 없다.

지심 시차는 1일 주기로 변화하며, 이를 일주 시차라고 한다. 일주 시차는 천체가 지평선에 보일 때 최대가 되는데, 이를 지평 시차라고 한다.

지심 시차를 이용하여 태양계 내 천체의 거리를 측정할 수 있다.

3. 3. 항성 시차

별(항성)까지의 거리를 측정하기 위해 사용되는 시차로, 일반적으로 연주 시차를 의미한다.

연주 시차는 지구가 1년 동안 공전 운동함으로써 생기는 시차이다. 다른 계절에 두 번 관측함으로써 시차를 얻을 수 있다. 하지만 실제로는 연주 시차가 매우 작아 측정이 어렵기 때문에, 1년에서 수년에 걸쳐 관측을 계속하고, 그 시차 운동이 그리는 타원 궤적의 장반축을 구한다. 이것은 1천문 단위를 기선 거리로 하는 시차가 된다.(연주 시차의 오차율은 지구의 궤도 이심률보다 훨씬 크므로, 지구 궤도는 원으로 간주한다)

연주 시차는 태양계 외부 천체의 거리를 측정하는 데 사용된다.

지구에 있는 관측자가 어떤 별을 관측할 때, 지구의 공전에 의해서 시차가 발생한다. 연주 시차는 지구에서 관측되는 최대 시차의 절반으로 정의된다. 즉, 태양에서 관측했을 때의 별의 위치와 지구에서 관측했을 때의 별의 위치 차이가 연주 시차이다. 실제로 측정할 때에는 같은 지점에서 6개월 간격으로 각을 두 번 측정하여 계산한다.

태양에서 별까지의 거리를 d, 연주 시차를 p라고 하면, 다음과 같은 식이 성립한다.

: d={1AU \over \tan p}

p가 매우 작으므로

: \tan p \simeq p

로 근사하면,

: d \simeq {1 \over p}AU

여기서, p의 단위는 라디안이므로, 실제 시차 측정에서 사용하는 초(") 단위로 환산해주어야 한다. 초 단위의 시차를 p''이라 하면,

: 1rad =206264.806''

이므로,

: p''={p \over 206264.806}

이다. 따라서,

: d\simeq{206265 \over p''}AU

이것을 이용하여 새로운 거리 단위인 파섹(parsec, pc)을 정의하는데, 1파섹은 시차가 1초인 별의 태양으로부터의 거리다.

: 1pc=2.06264806 \cdot 10^5\, AU=3.2615638 ly

이며, 파섹을 사용하여 d를 표현하면, 다음과 같이 간단한 식을 얻는다.[27]

: d = {1 \over p''}pc

과거부터 측량학자들은 시차를 이용한 삼각측량법이라는 방법으로 어떤 지점까지의 거리를 측정하였다. 측정 대상이 별(항성)인 경우, 지구로부터 별까지의 거리를 결정할 수 있으며, 이때 측정되는 시차를 항성 시차라고 부른다. 항성 시차는 일반적으로 연주 시차를 이용하여 측정되며, 연주 시차와 거리의 관계로부터 별까지의 거리를 측정한다.

위의 유도 과정에서도 볼 수 있듯이, 연주 시차를 이용하기 위해서는 별과 태양을 잇는 직선에 지구의 두 위치를 잇는 직선이 수직이 되어야 한다. 이 위치를 실제 측정 전에는 결정할 수는 없지만, 공전 궤도상에서 정 반대에 있는 두 지점에서 측정한 별의 시차는 연주 시차와 항상 같아짐을 수학적으로 유도할 수 있다.[28]

시차는 관측자의 움직임, 관측 대상의 움직임 또는 둘 모두에 의해 발생하는 관점의 변화로 인해 발생한다. 중요한 것은 상대적인 움직임이다. 시차를 관측하고, 측정된 각도와 기하학을 사용하면 거리를 결정할 수 있다.

시차를 이용한 거리 측정은 삼각측량 원리의 특수한 경우이다. 삼각측량 원리는 네트워크의 모든 각도와 더불어 적어도 한 변의 길이가 측정된 경우 삼각형 네트워크의 모든 변과 각을 계산할 수 있다는 것이다. 따라서 한 기준선의 길이를 정확하게 측정하면 전체 삼각측량 네트워크의 척도를 정할 수 있다. 시차에서는 삼각형이 매우 길고 좁으며, 가장 짧은 변(관측자의 움직임)과 작은 꼭짓각(항상 1각초 미만,[5] 다른 두 각은 거의 90도에 가까움)을 측정함으로써 긴 변(실제로는 같다고 간주됨)의 길이를 결정할 수 있다.

천문학에서는 각도가 작다고 가정할 때, 별까지의 거리(단위: 파섹)는 시차(단위: 각초)의 역수이다. d (\mathrm{pc}) = 1 / p (\mathrm{arcsec}). 예를 들어, 프록시마 켄타우리까지의 거리는 1/0.7687 = 1.3009pc이다.[6]

3. 4. 양안 시차

사람의 오른쪽 눈과 왼쪽 눈은 약 6.5cm 떨어져 있다. 따라서 오른쪽 눈이 보는 상과 왼쪽 눈이 보는 상에는 시차가 생기게 된다. 이를 양안 시차라고 한다. 우리의 좌안과 우안은 각각의 망막에 맺힌 서로 다른 2차원 상을 보게 되는데, 이 두 상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이 상을 융합하여 인간이 3차원적인 깊이감을 느끼게 해 준다.[29]

이 사진에서 태양은 가로등 꼭대기 위에 보입니다. 물에 비친 태양은 다른 시점에서 형성된 허상 때문에 가로등과 일직선상에 있는 것처럼 보입니다.


인간과 다른 동물의 눈은 머리에 서로 다른 위치에 있기 때문에 동시에 다른 시각을 제공한다. 이것이 뇌가 눈의 다른 시점으로 인한 시차를 이용하여 심도 지각을 얻고 물체까지의 거리를 추정하는 과정인 입체시의 기초이다.[3] 측거기는 양안시차의 원리를 응용한 기계 장치이다.

3. 5. 운동 시차

운동 시차는 관측자 또는 대상의 움직임으로 인해 발생하는 시차로, 단안으로도 입체감을 느낄 수 있게 한다. 가까운 물체는 시야 내에서 상대적으로 빠르게 움직이고 멀리 있는 물체는 상대적으로 느리게 움직이는 것처럼 보이는 현상이다. 이는 입체시를 느끼는 요인 중 단안에 의한 입체감에 해당되며 경험적 요인으로 발생하는 입체감이다.[29]

인간과 다른 동물의 눈은 머리에 서로 다른 위치에 있기 때문에 동시에 다른 시각을 제공한다. 이것이 뇌가 눈의 다른 시점으로 인한 시차를 이용하여 심도 지각을 얻고 물체까지의 거리를 추정하는 과정인 입체시의 기초이다.[3]

동물들은 또한 동물(또는 머리만)이 움직여 다른 시점을 얻는다. 예를 들어, (눈의 시야가 겹치지 않아 입체시를 사용할 수 없는) 비둘기는 심도를 보기 위해 머리를 위아래로 움직인다.[4]

운동 시차는 위글 입체 영상에서도 활용되는데, 이는 양안시가 아닌 시점 이동 애니메이션을 통해 심도 큐를 제공하는 컴퓨터 그래픽이다.

운동 시차는 시점과 대상의 상대적 운동(이동)에 의해 발생하는 시차이다.[17] 운동 시차는 한 시점에서 여러 시간에 걸친 영상으로부터 발생하기 때문에, 사람의 눈의 경우에는 단안 시차에 해당한다.[18] 운동 시차의 크기는 시점과 대상의 거리에 반비례한다(가까울수록 크고, 멀수록 작다).[19]

4. 시차의 응용 분야

기선 거리에 대한 합의가 있다면, 거리는 시차에 반비례하여 결정된다. 따라서 거리로 환산하지 않고 시차를 나타내는 것만으로도 거리를 표현할 수 있다. 태양계 내 천체는 지구의 적도 반지름을, 태양계 외부 천체는 지구의 궤도 장반축(반지름)을 기선 거리로 사용한다.

시차로 거리를 나타내는 장점은 오차를 쉽게 파악할 수 있다는 것이다. 예를 들어 1000±10 밀리초, 100±10 밀리초의 연주 시차는 오차가 10 밀리초로 동일하지만, 거리로 나타내면 1±0.01 파섹, 10±1 파섹으로 오차가 크게 달라진다. 상대 오차가 큰 경우(예: 10±10 밀리초, 5±10 밀리초)에는 거리 오차를 a±b 형태로 표현하기 어렵다.

분광 시차법과 같이 시차 이외의 방법으로 얻은 거리도 시차로 환산하는 경우가 있다. 분광 시차법은 별의 스펙트럼형과 HR도에서 절대 등급을 구하고, 겉보기 등급과의 차이를 통해 거리를 추정하는 방법이지만, 그 결과를 시차로 표현하기도 한다.

4. 1. 천문학

연주 시차는 지구가 태양 주위를 공전하면서 발생하는 위치 변화 때문에 별의 위치가 다르게 보이는 현상이다. 이 시차를 이용하면 별까지의 거리를 직접적으로 계산할 수 있다.

프리드리히 베셀은 1838년 최초로 백조자리 61번 별의 연주 시차를 측정하여 별까지의 거리가 약 10.6광년임을 알아냈다. 이는 현대의 측정값인 11.2광년과 매우 가깝다.[24]

이후 히파르코스 위성이나 가이아 위성과 같이 정밀한 관측 장비를 갖춘 인공위성들이 발사되어 더 정확하게 별들의 시차를 측정하고 우주의 지도를 작성하는 데 기여하고 있다.[25] 유럽우주기구에서 발사한 히파르코스 위성은 히파르코스의 이름을 따왔으며 4년간 118,000개의 별의 시차를 측정하였다. 대한민국의 한국천문연구원도 우주 관측 기술 개발에 참여하고 있다.

4. 2. 측량

시차를 이용한 거리 측정은 삼각측량 원리의 특수한 경우이다. 삼각측량 원리는 네트워크의 모든 각도와 더불어 적어도 한 변의 길이가 측정된 경우 삼각형 네트워크의 모든 변과 각을 계산할 수 있다는 것이다. 따라서 한 기준선의 길이를 정확하게 측정하면 전체 삼각측량 네트워크의 척도를 정할 수 있다. 시차에서는 삼각형이 매우 길고 좁으며, 가장 짧은 변(관측자의 움직임)과 작은 꼭짓각(항상 1각초 미만,[5] 다른 두 각은 거의 90도에 가까움)을 측정함으로써 긴 변(실제로는 같다고 간주됨)의 길이를 결정할 수 있다.

측량에서 역산 문제는 알려진 기준선에서의 각도 측정을 통해 알 수 없는 점의 좌표를 결정하는 것을 탐구한다.

4. 3. 사진 및 영상

1937년도 월트 디즈니 컴퍼니의 백설공주와 일곱 난쟁이의 일부. 멀티플레인 촬영기법을 이용하여 제작되었다.


미국의 월트 디즈니 컴퍼니는 1937년 만화영화 백설공주와 일곱 난쟁이를 제작하면서 관객에게 원근감을 주기 위해 시차를 이용한 멀티플레인 촬영기법을 사용하였다.[30] 멀티플레인 촬영기법은 하나의 화면을 이루게 될 배경 소재들을 여러 평면에 담아 각각 거리를 두고 동일 수직선상에 일치하게 배치시킴으로써 카메라 촬영 시 입체감을 더해주는 애니메이션 촬영 기법이다. 피사체는 투명한 재질로 만들어진 패널에 그려지며 화면 속의 배경과 동시에 촬영된다. 이때 각 평면과 카메라 사이의 거리를 평면을 전진 및 후퇴시킴으로써 조절할 수 있으며, 이 운동에 의해 움직임 시차가 발생하여 원근감을 만들어 줄 수 있게 된다. 이 기법은 주로 피사체를 강조하고자 할 때 사용한다.[31]

시차 스크롤링의 예시. 가장 가까운 버스, 그 뒤의 나무와 배경인 산이 서로 다른 속도로 움직인다. 버스와 나무의 상대속력이 버스와 산의 상대속력보다 크게 설계하여 원근감을 조성하는 효과를 낸다.


주로 고전 비디오 게임과 같은 그래픽 활용 초기 단계에서, 그래픽을 보는 사용자로 하여금 입체감을 불어넣어 주기 위해 시차 스크롤링 기법을 사용하는 것을 볼 수 있다.[32] 이 기술은 앞서 언급된 여러 층으로 구분하여 시차를 내는 아이디어는 월트 디즈니사의 멀티플레인 촬영 기법에서 유래되었다.[33] 시차 스크롤링이란, 화면에 그려질 그래픽을 원근에 따라 몇 가지 층(layer)으로 구분하여 각 층에 해당하는 그래픽을 구현하고 가깝고 먼 정도에 따라 독립적인 이동속력을 가지게 하여 원근감을 주는 그래픽 기법이다. 이 경우, 층간의 움직임 시차가 발생하여 특정한 층의 그래픽이 같은 화면에서 더 깊이 존재하는 것 같은 느낌을 줌으로서 해당 그래픽이 더 멀리 있는 것 같은 느낌이 들게 된다. 최근에는 웹사이트의 디자인에도 자바스크립트 등의 방법을 통하여 시차 스크롤링을 구현시켜 적용되고 있으며, 웹사이트 내에서 스크롤 시 주요 대상과 배경 템플릿의 움직이는 속도를 달리하는 원리를 이용하여 시차 스크롤링 효과를 나타낸다.[34] 이외 안드로이드 운영체제의 기본 배경화면에서 시차 스크롤링을 찾아볼 수 있다.[35]

입체경을 통해 보면, 항공 사진 한 쌍은 지형과 건물의 뚜렷한 입체 효과를 제공한다. 높은 건물은 사진 중심에서 멀어지는 방향으로 "넘어지는" 것처럼 보인다. 이러한 시차를 측정하여 비행 고도와 기선 거리를 알고 있다면 건물의 높이를 추론하는 데 사용한다. 이것은 사진측량 과정의 핵심 구성 요소이다.

4. 4. 3차원 디스플레이 기술

양안 시차를 이용하여 입체 영상을 구현하는 다양한 방식의 3차원 디스플레이 기술이 개발되고 있다. 사람의 좌안과 우안은 각각의 망막에 맺힌 서로 다른 2차원 상을 보게 되는데, 이 두 상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이 상을 융합하여 3차원적인 깊이감을 느끼게 한다.[29] 이러한 기술은 크게 안경식 3차원 디스플레이, 무안경식 3차원 디스플레이로 분류된다.[36]

안경식 3차원 디스플레이는 특수한 안경을 사용하여 왼쪽 눈과 오른쪽 눈이 서로 다른 영상을 보게 하는 방식으로, 모두 양안 시차를 이용한다. 간단한 예로는 적청 안경을 통한 3차원 디스플레이가 있다.
적청 안경. 적색과 청색 필터를 안경 렌즈에 부착하여 제작한다.
왼쪽 눈을 통해서 보여지는 영상을 적색으로, 오른쪽 눈을 통해서 보여지는 영상을 청색으로 처리하여 이를 하나의 영상으로 합친 것을 왼쪽이 적색, 오른쪽이 청색으로 된 특수한 안경을 통해 보면 양안 시차에 의해 평면에 비쳐진 영상이 입체적으로 보여지게 된다. 적청 안경 방식 이후 편광 안경을 쓰는 방식이나 좌안과 우안을 순차적으로 개폐하는 액정 셔터 안경 등이 개발되었으나 근본적으로 안경을 써야 한다는 불편함이 있다. 하지만 기술적으로 비교적 단순하며 큰 입체감을 갖는 동영상을 재생하는데 용이하여, 3차원 영화에 적용되는 등 상업화가 상당히 이루어져 있는 편이다.[36]

무안경식 3차원 디스플레이의 경우 양안 시차를 이용하는 방법은 시차 장벽을 이용하는 방식이 있다.
시차 장벽을 이용한 무안경식 3차원 디스플레이. 렌티큘러 렌즈를 이용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 그림은 개념 설명을 위한 대략적인 모식도이다.
디스플레이 패널의 일정 거리 앞에 장벽 역할을 하는 주기적인 슬릿을 설치하여 관측자의 좌안과 우안이 서로 다른 픽셀에 해당하는 영역을 보이게 만든다. 이로 인해 좌안과 우안은 서로 다른 영상을 보게 되며 관측자는 양안 시차에 의해 입체감을 느끼게 된다. 시차 장벽 대신 원통형 렌즈를 배열하여 좌안과 우안이 서로 다른 픽셀을 보게 하는 렌티큘러 렌즈를 이용해도 같은 효과를 얻는다. 양안 시차를 이용한 무안경식 3차원 디스플레이 역시 기술의 실용성이 높고 상용화가 비교적 간단하여 닌텐도3DS와 같은 전자기기에 활용되고 있다.[37] 다만 관측자 위치가 고정되어 있을 때 3차원 효과가 가장 잘 나타나며 지정된 위치를 벗어나면 올바른 3차원 영상을 보기 힘들다는 단점이 있다.[36]

5. 시차로 인한 문제점 및 해결 방안

플라네타리움에서는 투영기와 객석 간의 시차로 인해, 투영기에서 먼 좌석에서는 영상이 왜곡된다.[1] 쌍안 카메라나 컴팩트 카메라에서는 뷰파인더와 대물렌즈 간 시차로 인해 보이는 영상과 찍히는 영상에 차이가 발생할 수 있다.[1] 이 문제는 일안 반사식 카메라에서는 해결되었는데, 일안 반사식 카메라에서는 (움직이는 거울의 도움으로) 뷰파인더가 사진을 찍는 것과 같은 렌즈를 통해 피사체를 보기 때문에 시차 오류를 방지한다.[1]

참조

[1] 사전 Parallax 1968
[2] 사전 Parallax http://dictionary.oe[...] 1989
[3] 서적 Foundations of Binocular Vision: A Clinical perspective McGraw-Hill Professional 2000
[4] 서적 2000
[5] 서적 1998
[6] 학술지 Interferometric Astrometry of Proxima Centauri and Barnard's Star Using Hubble Space Telescope Fine Guidance Sensor 3: Detection Limits for Substellar Companions 1999
[7] 웹사이트 Ballistic Explorer Help http://www.dexadine.[...]
[8] 웹사이트 Crossbows / Arrows & Bolts / Trajectory / Trajectories. http://www.crossbowm[...]
[9] 웹사이트 Setting Up An Air Rifle And Telescopic Sight For Field Target – An Instruction Manual For Beginners, page 16 https://docs.google.[...] 2019-10-28
[10] 웹사이트 Encyclopedia of Bullseye Pistol http://www.bullseyep[...]
[11] 서적 American Rifleman https://books.google[...] National Rifle Association
[12] 웹사이트 Aimpoint's parallax-free, double lens system... AFMO.com https://www.youtube.[...] 2008-07-24
[13] 웹사이트 How Aimpoints, EOTech, And Other Parallax-Free Optics Work – AR15.COM http://www.ar15.com/[...]
[14] 웹사이트 Gunsight – Patent 5901452 – general description of a mManginmirror system http://www.docstoc.c[...]
[15] PastScape 2020-01-04
[16] 서적 The Parallax View https://archive.org/[...] The MIT Press 2006
[17] 학술지 FYI（用語解説）運動視差 2014
[18] 학술지 FYI（用語解説）運動視差 2014
[19] 학술지 FYI（用語解説）運動視差 2014
[20] 서적 Shorter Oxford English Dictionary 1968
[21] 서적 https://archive.org/[...]
[22] 서적
[23] 서적
[24] 서적
[25] 서적 https://archive.org/[...]
[26] 웹인용 인공위성 가이아 http://www.astronomy[...] 2012-11-17
[27] 서적
[28] 서적
[29] 웹인용 3D 입체영상의 기초(원리) http://t-works.co.kr[...]
[30] 웹인용 백설공주와 일곱 난쟁이(네이버 지식백과) https://terms.naver.[...]
[31] 웹인용 2D 애니메이션에 있어서 3D CG 기술의 적용 방안 연구 : 쉐이딩 렌더링과 이미지 매핑을 중심으로(석사논문) http://dcollection.c[...]
[32] 웹인용 고전 게임의 시차 스크롤링 https://web.archive.[...] 2012-11-17
[33] 웹인용 The art of parallax scrolling https://web.archive.[...] 2009-07-06
[34] 웹인용 웹페이지의 시차 스크롤링 http://www.webdesign[...] 2012-11-17
[35] 웹인용 안드로이드 운영체제의 시차 스크롤링 https://web.archive.[...] 2012-11-17
[36] 서적 광학과 기술 13권 1호
[37] 웹사이트 닌텐도3DS의 사양(일본어) http://www.nintendo.[...]


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com