복합광학계 - 슈미트 카세그레인 식 망원경(SCT)

<필자가 운영하고 있는 슈미트 카세그레인 망원경>

망원경의 종류에 대한 세 번째로 복합광학계에 대해 알아보겠습니다. 복합광학계는 기본 틀은 반사망원경이나 부경쪽에 보정판을 붙임으로써 반사 망원경에서 발생할 수 있는 여러가지 수차를 제어하는 망원경입니다. 종류는 슈미트-카세그레인식, 막스토프식, 슈미트 뉴토니안식 등 다양한데, 대중적으로 가장 많이 사용하는것은 슈미트-카세그레인 식입니다. 저 또한 슈미트-카세그레인식 망원경을 사용하고 있는데, 막스토프식이나 슈미트 뉴토니안식 같은건 사실 본 적도 없습니다.ㅎㅎㅎㅎㅎ 이에 여기서는 슈미트 카세그레인 식 망원경에 대해 서만 알아보고자 합니다. 

  1. 개요

버나드 슈미트라는 사람이 개발한 망원경으로, 기본적으로는 반사망원경의 형태를 취하며, 부경이 있는 곳에 슈미트 보정판이 자리하고 있습니다. 보정판과 부경이 단단히 고정되어 있어야 광학적 오류가 발생하지 않기 때문에, 이들을 단단히 고정시켜주기 위해 굴절 망원경처럼 완전히 차폐되어 있습니다. 

<슈미트 카세그레인 망원경의 구조>

  그러다보니 보정판이 있고, 이에 의해 광학적으로 유리하다는 점을 제외하고는 카세그레인식 반사망원경과 거의 동일한 특징을 보입니다.

  2. 장점과 단점

<아이들과 달을 관측하는 중(셀레스트론 슈미트-카세그레인식 망원경, 9.25in)>

  우선 망원경이 완전히 차폐되어있어 상대적으로 외부 공기의 영향을 덜 받습니다. 그래서 상이 안정적입니다. 하지만 굴절만큼 완벽하진 않습니다. 급격한 온도변화, 예를들어 망원경이 갑자기 더운곳에서 추운곳으로 가버리면 내부 공기의 교란으로 상이 굉장히 흐려집니다. 실제 저도 이런 경험을 많이 했는데, 추운날 망원경을 집안에 둔 채로 창밖으로 관측을 하면 상이 굉장히 흔들리곤 했습니다.  반사나 굴절에서도 이런 증상이 나타나는지는 실제 겪어보지 못해 잘 모르겠으나, 최소한 슈미트 카세그레인식 망원경을 운영하시는 분들은 그래서 미리 망원경을 냉각시키는 작업을 거치십니다.

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  보정판을 통과하며 반사망원경에서 발생하는 많은 수차들을 제어할 수 있습니다. 이건 정말 훌륭한 장점인 것 같습니다. 하지만 보정판을 통과하는 빛이 다소 약해질 수 있는 문제는 있습니다.

 

  경통이 짧습니다. 그래서 보관과 휴대가 정말 편리합니다. 그런데 카세그레인식의 고질적인 문제가 있습니다. 초점거리가 길어집니다. 슈미트-카세그레인식도 마찬가지로 초점거리가 엄청 길고, f/수가 매우 큽니다. 제가 운영하는 셀레스트론 망원경만해도 구경이 9.25in인테 f/수가 약 f/10정도 됩니다. 그러다보니 배율은 높아지고 상은 어두워집니다.

  물론 이게 장점으로 작용할 수도 있습니다. 행성 관측에 매우 유리합니다. 그래서 슈미트-카세그레인식 망원경으로 행성 촬영이나 행성 관측에 많이 사용하시는 아마추어 분들이 있습니다. 딥 스카이 천체 관측에도 유리하다고 하는데, 실제 촬영을 해 보니 시야가 너무 좁고, 어두워 촬영 자체는 정말 어려웠습니다. 그냥 안시관측은 나쁘지 않습니다.

 

  주경이 무거워 오래 관측하다보면 조금씩 아래로 흘러내리는 것은 또 다른 단점 중 하나입니다. 이것 역시 이 망원경의 고질적 문제 중 하나입니다. 하지만 이 역시도 해결 가능합니다. 망원경이 흐르지 못하게 미러락이라는 것을 달아버리면 되거든요.

<아이들과 달과 목성을 관측하는 중(셀레스트론 슈미트 카세그레인 망원경 9.25in)>

  3. 부경을 때어버린 하이퍼스타(hyper star)

슈미트-카세그레인식이 초점거리가 길어 사진 촬영에 매우 불리하다는건 너무나 잘 알려진 사실입니다. 그런데, 이런 단점을 보완할 수 있는 방법이 있습니다. hyper star라는 이름으로 판매되고 있는 제품인데, 망원경의 부경을 아예 때 버리고 거기다가 카메라를 달아버리는 겁니다. 아래 그림처럼요.

 

이렇게 하면 f/수를 2~5 수준으로 파격적으로 낮추어 버릴 수 있습니다. 빛이 진행하는 경로가 반토막 나기 때문입니다. f/수가 낮아지니 사진촬영에도 더이상 불리함은 없습니다. 다만 이 방법도 나름 문제점은 있습니다. 보정판에 하중이 실리다 보니 보정판에 다소 무리가 가고, 보정판에 가해지는 힘에 의해 보정판이 틀어져 다른 광학적 문제가 발생할 수 있다 합니다. 그런데 또 이 하중을 제어하는 다른 기술을 개발하신 분이 계십니다. 잘 아시는 분인데 정말 훌륭하세요.

 

하이퍼스타는 저도 과학고 근무시절 사용해 봤는데, 단 한시간의 촬영 만으로 나쁘지 않은 사진을 촬영할 수 있었습니다. 아래 사진은 달랑 1시간 촬영으로 얻은 기록 차원의 결과물입니다.

이 사진은 결코 잘찍은 사진이 아닙니다. 진짜 못찍은 거에요(올리기도 창피...). 주변 빛공해가 너무 심했고, 달랑 한시간 밖에 촬영하지 않았으며, 후보정도 잘 못했으니까요. 인터넷 찾아보면 정말 잘찍으시는 전문가들이 많아요. 그냥 참고하시라고 올려 둡니다.

  4. 학교 현장에서 사용한다면

  학교 현장에서 사용한다면, 저는 개인적으로 추천하고 싶은 망원경입니다. 반사 망원경처럼 주경이 틀어질 일도 잘 없어 관리가 편리합니다. 망원경 뚜껑 잃어버리지만 않으면 보정판 잘 더러워지지도 않고, 보정판 더러워지면 클리너로 잘 닦으면 됩니다. 어찌보면 주경을 보호하는 역할도 하네요. f/수가 높아 촬영에는 불리하나, 주로 행성 위주로 관측하는 학교현장에서는 훌륭한 선택지가 될 수 있습니다. 딥스카이 천체 관측에도 뛰어난 성능을 보여주기 때문에 관측 부분에 있어서 소형 굴절망원경에 비해 훨씬 유리합니다. 슈미트 카세그레인 망원경은 셀레스트론이 비교적 잘 만드는 것으로 유명합니다. 참고 바랄게요.

  학교 현장에서 망원경을 사면, 잘 모르시는 분들은 눈에 익숙하신 굴절망원경과 가대를 구매하십니다. 하지만, 이 보다 더 좋은 대안은 슈미트 카세그레인식 망원경이나 반사망원경도 될 수 있습니다. 천만원 수준의 예산이라면 구경 큰 굴절도 좋지만, 애매한 예산이라면 차라리 굴절 망원경 보다는 반사 망원경이나 슈미트-카세그레인식 망원경도 좋은 대안이 됩니다.