아래 글은 안양광님이 번역하신 글입니다.
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이 글의 본문은 여기 입니다.
이 글은 오역을 감추기 위한 의역으로 점철되어 있습니다.
따라서 정확한 내용을 원하시면 위의 링크나 아래의 본문 사본을 참조하세요.
이 글은 저자의 허락을 받지 않았습니다.

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CCD를 이용한 극축 정렬

전 표류이탈법으로 극축을 조정하는 것이 답답했기 때문에, 좀 더 재미있고 실용적인 방법을 만들어내고자 노력해왔습니다.
옛날 제가 포모나 대학의 천문학과 학생이었을 때, 우리는 사진을 이용하여 극축을 조정했습니다.
기본적인 개념은 다음과 같았습니다.
우선 가대의 모터를 꺼서 추적을 하지 않은 상태로 노출을 주어 사진을 찍습니다.
그러면 별들은 NCP(천구의 북극, North Celestial Pole)를 중심으로 호를 그리게 됩니다.
그런 후 가대의 모터를 항성시의 두 배 속도로 가동시킵니다.
이렇게 하면 별들은 대략 가대의 극축(이후 극축이라 하면 가대의 극축을 지칭하는 것으로 하겠습니다.)을 중심으로 하는 호를 그리게 됩니다.
결국 사진을 현상해보면 두 개의 호를 볼 수 있습니다.
하나는 NCP를 중심으로 하는 호이고, 다른 하나는 잘못 정렬된 극축을 중심으로 하는 호가 되겠지요.
물론 엄밀히 말하면 극축을 중심으로 한 호가 그려지는 것은 아니지만, 대략적으로 그렇단 뜻입니다.
이제 필름의 크기를 이용하면 극축을 어느 방향으로 얼마나 조정해야 할는지를 계산할 수 있습니다.

아래 그림을 보면 극축이 서쪽 방향으로 잘못 정렬된 경우, 위의 작업이 어떤 결과를 보여주는 지를 알 수 있습니다.
더불어 아래 설명하게 될 CCD 사진이 어떻게 만들어지는 지도 보여줍니다.
이 그림을 이해하기 위해 필요한 이론은 추적이 되지 않을 때에는 NCP를 중심으로 별의 자취가 그려지고, 2배 항성속으로 추적하고 있을 때에는 극축을 중심으로 별의 자취가 그려진다는 것 뿐입니다.
만약 극축이 NCP와 정확히 일치한다면, 두개의 자취는 정확히 포개어질 것입니다.

각각의 자취에 수직인 선을 그으면 그 선은 각각 NCP와 극축을 가리키게 됩니다.
따라서 두 자취 사이의 각 a는 NCP와 가대, 그리고 극축이 이루는 각과 같습니다.
구면 삼각법을 이용하면 극축이 NCP보다 acos(d)만큼 서쪽으로 틀어져있다는 것을 알 수 있습니다.
여기에서 a는 별의 자취 사이의 각이고, d는 자취를 그린 별의 적위입니다.
따라서 만약 천구의 적도에 있는 별을 사용하였을 때에서야, 극축은 NCP보다 a도만큼 서쪽으로 기울어져 있게 되는 것입니다

.

저는 같은 작업이 CCD로도 가능한지를 실험해보기로 했습니다.
사용한 장비는 셀레스트론의 리듀서 커렉터를 장착한 10인치 LX 200 경통과 ST-7 SBIG CCD입니다.
이 장비의 F수는 6.3입니다.
CCD 앞에 AO device(역주: Adaptive Optics device, 망원경과 CCD사이에 설치하며, 오토가이드, 가대의 주기오차 보정, 일부 대기의 흔들림에 의한 오차 보정 등의 기능을 합니다.)가 설치되어 있긴 하지만, 아래의 사진을 찍기 위하여 이것을 사용하지는 않았습니다.
극축을 정렬하기 위한 별은 천구의 적도 부근에 있으면서 자오선에 가까이에 있는 별을 사용합니다. (역주: 별이 천구의 적도에 있을 때 틀어진 극축에 대한 별의 흐름이 가장 크게 나타나고, 별이 정확히 자오선에 위치한 순간에는 극축이 남북방향으로 틀어진 것에 대한 영향을 받지 않습니다.)
우선 사진의 왼쪽에 시작을 나타내는 밝은 점을 찍기 위하여, 추적 모터를 구동시킨 상태에서 5초간 노출을 줍니다.
그다음 30초동안 추적모터를 꺼둡니다.
LX200의 경우, 모터를 'guide'에 놓은 상태에서 'E'버튼을 누르면 됩니다.
이로써 CCD를 동서방향으로 절반 정도 가로지르는 첫번째 호가 그려집니다.
이제 스위치를 'E'에서 'W'버튼으로 바꾸면 추적모터는 항성속의 두 배로 돌아가게 됩니다.
이는 서에서 동으로 두번째 호를 그립니다.
CCD에 남겨진 자취는, CCD가 상당히 작기 때문에 마치 직선처럼 보이지만, 실제로는 별의 궤적을 나타내는 호입니다.
동에서 서로 가는 궤적은 NCP를 중심으로 합니다.
이동안에는 추적모터가 작동을 하지 않았기 때문입니다.
서에서 동으로 가는 궤적은 아직 정렬되지 않은 극측을 중심으로 가지고 있습니다.
아래 사진은 위의 과정으로 하여 만들어진 결과물입니다.

CCD의 크기는 상당히 작기 때문에, 별의 자취가 그리는 호는 직선같이 보입니다.
동에서 서로 가는 자취의 수직한 방향은 NCP를 가리키고, 서쪽에서 동쪽으로 가는 자취에 수직한 방향은 극축을 가리킵니다.
위의 그림은 극축이 NCP보다 '서쪽'을 향하고 있는 경우를 보여줍니다.
극축이 NCP에서 얼마나 떨어져 있는지를 알기 위해 구면삼각법을 이용하여 계산할 수도 있습니다.
그러나 CCD를 이용하면 더욱 간단히 조정할 수 있습니다.
초점 모드(역주: focus mode, CCD 화면에 보이는 연속된 영상의 프레임 하나를 만들기 위하여 주는 노출 시간)가 0.11초정도로 조정된 CCD 화면을 보면서, 적도의의 방위조절나사를 조정하여, 별을 서쪽으로 움직이게 해봅니다.
이렇게 하면 별이 CCD에서 움직인 각도만큼 극축이 동쪽으로 움직이게 됩니다.
그리고 CCD 폭이 넓은 쪽을 동서로 하여 설치하면 이 장비의 경우(f6.3에 ST-7 SBIG CCD)그 폭이 약 14'(아크분, 1/60도)정도가 되므로, 이를 기준으로 하여 자신이 극축을 얼마만큼이나 조정했는지 정확히 알 수 있습니다.
아래 이미지는 극축을 조정하는 과정을 보여줍니다.
이 사진은 다크 프레임에 의한 보정을 하지 않았고, 적당히 밝은 별에 대해서 0.11초의 노출을 준 것입니다.
이렇게 조정을 하면 자신이 가대를 어느정도나 조정했는지를 정확하게 알 수 있는 장점이 있습니다.
따라서 상당히 쉽게 '완벽'한 극축 정렬에 근접할 수 있습니다.
== 역첨 ==
우선 자신의 CCD가 어느정도의 각도를 찍을 수 있는지를 알아두어야 합니다.
위의 경우는 14'정도였지만, 이는 장비에 따라 다릅니다.
가장 쉬운 방법으로는 별이 CCD의 한 쪽 끝에서 다른 한 쪽 끝까지 흐르는 데 걸리는 시간을 보는 것입니다.
별은 가이드를 하지 않을 경우 1초에 15", 또는 1분에 15'을 흐르므로, 이를 이용하면 자신의 CCD가 커버할 수 있는 각도를 알 수 있게 됩니다.
그런 이후에는 이 길이를 척도삼아 CCD 화면을 보면서 자신이 원하는 정도만큼 적도의를 조정할 수 있게 됩니다.
극축이 틀어진 정도는 두 호가 이루는 각에 호를 만든 별의 적위의 코사인값을 곱하면 알 수 있습니다.
천구의 적도 위의 별을 선택할 경우 극축이 틀어진 정도와 두 호가 이루는 각은 같게 되므로 이를 이용하여 대략적으로 어느정도 조정해야 할 지를 알 수 있습니다.

이러한 조정을 두 시간 정도 반복한 후, 아래와 같이 동서 방향으로 극축이 잘 정렬된 사진을 찍을 수 있었습니다.
두 개의 자취가 서로 완전하게 일치된 것을 볼 수 있습니다.
매번 정렬이 끝날 때마다 컨트롤러를 이용하여 별을 CCD의 동쪽 가장자리에 움직여놓아야 다음 정렬을 계속할 수 있습니다.

이 사진은 MIRA(역주: 이미지 처리 프로그램의 일종, http://www.axres.com/)를 이용하여 처리하였고, 결과물의 파일 포멧은 TIF 였습니다.
이후 JPEG 포멧으로 바꾸고, 포토샵으로 설명과 이름을 덧붙였습니다.
가로세로비는 거의 그대로입니다.
이 사진은 미적인 면보다는 내용이 중요하니, 다크 프레임에 의한 보정은 필요없을 것입니다.

남북방향으로 극축을 정렬하기 위해서는, 지평선 근처의 별을 이용하여 위의 작업을 그대로 해주면 됩니다. (역주: 정확히 지평선상에 있는 별은 그 순간에는 동서방향으로 틀어진 극축의 영향을 전혀 받지 않습니다.)
사진의 결과는 동서방향의 극축 정렬 때와 똑같겠지만, 방위조절나사 대신 고도조절나사를 조절한다는 것이 다릅니다.

두 개의 자취를 하나의 픽셀 범위 내까지 하나로 할 수 있다고 생각한다면, CCD 안의 자취가 만들 수 있는 가장 작은 각은 대략 1/500 라디안 정도일 것입니다.
(ST-7의 경우 이론적인 최대치는 1/750 정도 입니다.)
NCP와 가대, 극축이 이루는 각은, 두 호 사이의 각과 그 호를 만들기 위해 사용된 별의 적위의 코사인값의 곱으로 얻어집니다.
따라서 사진에 보이는 두 호 사이의 각은 극축이 제대로 정렬되지 않아 생긴 각입니다.
1/500 라디안은 대략 1도의 1/10정도에 해당합니다.
== 역첨 ==
1/500 라디안은 27.5'정도에 해당하고 CCD의 너비는 14'정도밖에 안되므로 별을 CCD의 끝에서 끝까지 움직이도록 조정해도 오차 한계 안쪽이군요.
초기에는 원하는 각도만큼 조정하기 위하여, 경통을 조정하여 별을 CCD의 동쪽 끝에다 놓고 가대를 조정하여 별을 서쪽으로 움직이는 것을 여러 번 반복해야 할 것 같습니다.

노출 시간을 늘려 더욱 긴 자취를 이용함으로써 정확도를 증가시킬 수도 있습니다.
일단 위에서 설명한 한도까지 극축 정렬을 마쳤다면, 노출시간을 늘려서 호가 CCD를 벗어났다가 다시 돌아오게 할 수도 있습니다.
예를 들어, 5초동안은 가이드를 하면서, 이후 2분동안은 추적모터를 끈 상태로, 그리고 다시 2분동안 항성시의 두배속으로 하여 노출을 주는 것입니다.
이러한 방법을 이용하여 원하는 정도까지 정확도를 증가시킬 수 있습니다.
이 방법이 표류이탈법보다 더 좋은 이유는, 극축이 정렬되어 있는지 여부를 한눈에 빠르게 알 수 있게 해주고, 만약 정렬이 안되어있다면 당신은 극축을 필요한 양만큼만 쉽고 정확하게 조정함으로써 극축 조정을 마칠 수 있게 해준다는 것입니다.
== 역첨 ==
표류이탈법의 단점은, 극축 정렬이 되었는지 여부는 쉽게 알 수 있지만, 틀어진 극축을 정렬하기 위해서 가대를 얼마나 움직여야 하는 지는 전적으로 사용자의 숙련도에 달려있다는 것이죠.

== 역주 ==
웨지(wedge): 위에서는 적도의로 번역했지만, 아래 영어를 읽다보면 이 단어가 나옵니다.
경위대를 적도의처럼 사용하기 위하여 경위대와 삼각대 사이에 설치하는 쐐기 모양의 보조 가대입니다.
대부분 포크식 경위대에 쓰이는 것 같습니다.
super wedge는 미드에서 내놓은 wedge의 상품명으로 미드의 standard wedge보다 적재 중량이 큽니다.
아래 그림에서 1번 윗부분이 포크식 가대와 경통이고, 4번 아랫부분이 삼각대이며, 그 사이가 바로 wedge입니다.
사진의 출처는 미드 메뉴얼입니다.