천문학에서 사용하는 카메라 : III. 천문학용 칼라필터

in #kr6 years ago (edited)

안녕하세요.

https://steemit.com/kr/@sunwatcher/i
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오늘은 아직 끝내지 못한 시리즈를 이어가겠습니다. 바로 천문학에서 사용하는 필터에 대해서 소개하고자 합니다.

필터란 기본적으로 광원의 빛을 일부만 선택해서 받아들이기 위한 목적으로 사용합니다. 그럼 천문학에서 왜 필터를 사용하느냐? 주로 광원에서 나오는 빛의 파장에 따른 변화를 읽어 광원에 대해 더 많은 물리적 정보를 얻어낼 수 있기 때문입니다. 가장 대표적인 것이 별의 온도 같은 것이 되겠고, 또는 천체에 존재하는 특정 원소의 함량 같은 정보도 얻어낼 수 있습니다.

이 필터 시스템이 야간 천체를 관측할 때와 태양관측에 있어서 큰 차이가 나는 부분이기도 한데, 가장 큰 이유는 야간 천체는 어두워서 노출을 오래 주어야 할 뿐만 아니라 필터의 파장 대역폭도 커야 하기 때문이고, 반대로 태양은 광원이 아주 밝아서 아주 좁은 파장 영역만 통과시키는 필터를 씁니다.

i. 칼라 필터

small_1219.jpg
http://slittlefair.staff.shef.ac.uk/teaching/phy217/lectures/principles/L04/index.html

보통 우리가 잘 아는, 특정한 파장 영역만 통과시키는 판형의 필터입니다. 천문학에서는 주로 UBV라고 해서 U (자외선, ultraviolet), B (청색, blue), 그리고 V (가시광, visible)의 3가지, 혹은 좀 더 세분화 해서 5가지 영역으로 빛을 분할해서 천체의 영상을 얻습니다.

ubv.gif
http://www.astro.bas.bg/~petrov/hawley99.html

천체의 색 (색은 온도와 밀접한 관련이 있습니다.) 정보를 얻기 위해서는 이렇게 여러 필터로 각각 얻은 영상 밝기의 차이를 이용합니다. 별의 경우, 온도가 낮은 별은 붉은색, 온도가 높은 별은 푸른색을 띄니까 온도가 높은 별은 푸른색 필터 (B) 에서의 밝기가 가시광 필터 (V) 의 밝기보다 더 높게 나올 것입니다.

태양 관측에서는 태양 전체 파장영역에서 나오는 빛이, 태양 광구 밖에 존재하는 원소들에 의해 재흡수 됩니다. 그래서 전체 파장 스펙트럼에서 중간중간 어둡게 보이는 흡수선들이 아주 많이 존재합니다. 태양은 파장에 따라 부드럽게 밝기가 변하는 광원이 아닌 것이죠.

sunx.jpg
https://www.noao.edu/image_gallery/html/im0600.html

이게 진짜 무지개 입니다. ㅎ 태양 스펙트럼을 아주 길게 늘여서 잘라 이어 붙인 그림입니다.

각 흡수선이 특정한 원소에 관련되어 있기 때문에 이 흡수선만 따로 분석하면 태양 대기(?)에 존재하는 원소들의 온도, 속도, 함량등을 아주 자세하게 알 수 있습니다.

자, 위의 무지개 사진에서 붉은 색 부분에서 가장 두껍게 보이는 검은 띠가 보이시나요? 이것은 수소원자의 흡수선 중 하나인데, 실제로 이 흡수선의 파장에 따른 밝기 분포를 확대해서 보면 이렇습니다.

halpha-neckel.jpg
http://www.staff.science.uu.nl/~rutte101/dot/DOT_specials.html

여러 분광선이 복잡하게 얽혀있는 가운데 한 분광선이 넓은 폭을 가지고 존재하지요? 태양관측에서는 이러한 흡수선보다 더 좁은 폭의 필터를 많이 사용합니다. 그리고 나서 이 좁은 태양의 흡수선을 여러가지 파장으로 분할 스캔합니다. 흡수선의 가장 어두운 중간부분은 상대적으로 높은 고도에 있는 수소 물질에 해당하고, 가장자리 날개 부분은 수소밀도가 낮아서 좀 더 낮은 고도에 있는 수소물질에 해당합니다. 따라서 이 흡수선 중심과 가장자리의 영상을 비교하면 태양의 고도에 따른 원소 함량의 분포도 알 수 있습니다.

kosovichev_fig1_2.jpg
http://www.bbso.njit.edu/AAS_SPD_2014/Press1.html

위 사진에서 왼쪽 위는 필터를 사용하지 않은 것으로 간주되는 태양 흑점의 모습이고, 아래쪽 네 개의 사진은 수소 필터를 사용한 이미지 입니다. 그리고 각 4개의 이미지는 수소 분광선의 양 가장자리 (왼쪽 두 개) 와 중심 (오른쪽 두 개) 에 해당하는 부분만 필터해서 이미지화 한 것입니다. 같은 수소 분광선 안에서도 분광선 내의 파장 위치에 따라 모양이 아주 다르게 나타나는 것을 아실 수 있습니다.

사실 태양관측에서 칼라필터 하나만으로 분광선을 분할할 수는 없습니다. 칼라필터만으로 구현할 수 있는 최소한의 파장 대역폭은 약 1 nm (나노미터) 인데, 분광선은 이것 보다 더 대역폭이 좁거든요. 그래서 칼라 필터 이외에 추가로 다른 필터 시스템을 사용하게 됩니다. 그 상세한 내용은 다음 글에서 이어가도록 하겠습니다.

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칼아필터를 사용하는군요
또 몰랐던 사실이네요
즐거운 하루되세요🍀

다른 종류의 필터도 많습니다. 그건 다음에...ㅎ

흥미진진합니다, 너무 재밌어요.
나중에 빅베어에 견학갈 수 있나요? ^^

언젠가 연락 주세요. 개인 투어 해 드리겠습니다. ㅎ

저희 회사도 투어 가능해요 ㅎㅎ 아이랑 같이 오세요

오 좋습니다. 나중에 한번 연락드릴게요. ㅎ 그리고 빅베어 오실 일 있으면 연락 주세요. 전 빈말을 하지 않습니다. ㅎ

네! 저도 빈말 아닙니다 ㅎㅎ

짱짱맨 호출에 출동했습니다!!

감사합니다.

만나서 반갑습니다.
와~ 천문학자이시군요! 정말 반갑습니다. 저는 과학자는 아니지만 과학을 좋아하고 특별히 우주과학을 좋아합니다. 많이 배우고 싶습니다!

부족하지만 노력해 볼게요. 감사합니다.

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