대부분의 중 고등학교가 도심지에 위치하며 사용할 수 있는 천문 관측 장비에 제한이 있다는 점을 고려하여 DSLR 카메라와 교육용 소형 망원경을 결합하여 도심지 밤하늘 밝기를 측정하였다. DSLR 카메라의 다양한 설정은 ISO 설정 외에는 원본 파일에 영향을 주지 않았으며, 필터 변환까지 고려한 일반적인 측광 정밀도는 대략 0.1 등급이다. 밤하늘 밝기는 천정 부근의 경우 B, V, r 필터에서 각각 약 17.5, 17.1, $16.9mag\;arcsec^{-2}$으로 측정되었다. 이를 통해 도심지의 대략적인 한계등급은 B 필터에서 17.5 등급, V와 r 필터에서 17등급으로 추정할 수 있다. 관측지점과 가까운 대규모 인공 조명은 고도와 필터에 무관하게 밤하늘 밝기를 약 $0.6mag\;arcsec^{-2}$ 증가시킴으로써 관측 환경을 악화시키는 주요인으로 나타났다.
대부분의 중 고등학교가 도심지에 위치하며 사용할 수 있는 천문 관측 장비에 제한이 있다는 점을 고려하여 DSLR 카메라와 교육용 소형 망원경을 결합하여 도심지 밤하늘 밝기를 측정하였다. DSLR 카메라의 다양한 설정은 ISO 설정 외에는 원본 파일에 영향을 주지 않았으며, 필터 변환까지 고려한 일반적인 측광 정밀도는 대략 0.1 등급이다. 밤하늘 밝기는 천정 부근의 경우 B, V, r 필터에서 각각 약 17.5, 17.1, $16.9mag\;arcsec^{-2}$으로 측정되었다. 이를 통해 도심지의 대략적인 한계등급은 B 필터에서 17.5 등급, V와 r 필터에서 17등급으로 추정할 수 있다. 관측지점과 가까운 대규모 인공 조명은 고도와 필터에 무관하게 밤하늘 밝기를 약 $0.6mag\;arcsec^{-2}$ 증가시킴으로써 관측 환경을 악화시키는 주요인으로 나타났다.
We measured night sky brightness (NSB) over the downtown using a Digital Single Lens Reflex (DSLR) camera combined to a small telescope for educational purpose, considering that most secondary schools are located in urban areas and have limitation in the equipment for astronomical observation. Raw f...
We measured night sky brightness (NSB) over the downtown using a Digital Single Lens Reflex (DSLR) camera combined to a small telescope for educational purpose, considering that most secondary schools are located in urban areas and have limitation in the equipment for astronomical observation. Raw format images from DSLR camera are not affected by various camera settings except for the ISO, and the typical photometric uncertainty including filter transformation is about 0.1 mag. Near the zenith, the NSB of the B, V, and r-band is 17.5, 17.1, and $16.9mag\;arcsec^{-2}$, respectively. The approximate limiting magnitude is derived to be 17.5 mag at B-band and 17 mag at V, r-band. A large scale artificial light close to the observation site is the dominant cause for making observing condition worse, increasing the NSB by $0.6mag\;arcseec^{-2}$ regardless of the altitude and filter.
We measured night sky brightness (NSB) over the downtown using a Digital Single Lens Reflex (DSLR) camera combined to a small telescope for educational purpose, considering that most secondary schools are located in urban areas and have limitation in the equipment for astronomical observation. Raw format images from DSLR camera are not affected by various camera settings except for the ISO, and the typical photometric uncertainty including filter transformation is about 0.1 mag. Near the zenith, the NSB of the B, V, and r-band is 17.5, 17.1, and $16.9mag\;arcsec^{-2}$, respectively. The approximate limiting magnitude is derived to be 17.5 mag at B-band and 17 mag at V, r-band. A large scale artificial light close to the observation site is the dominant cause for making observing condition worse, increasing the NSB by $0.6mag\;arcseec^{-2}$ regardless of the altitude and filter.
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문제 정의
문헌을 조사하여 다른 지역에서 측정한 밤하늘 밝기와 본 연구가 수행된 장소인 경북대학교(인구 약 250만 명이 거주하는 대구광역시 소재, 도심지에서 약 3 km 거리에 위치)의 밤하늘 밝기를 비교해 보았다. 약 700만 명이 거주하는 거대 도심인 홍콩의 밤하늘 밝기를 측정했을 때(Pun et al.
본 연구의 목적은 관측지의 밤하늘 밝기를 정량적으로 측정하고, 가까운 곳에 위치한 인공광이 밤하늘 밝기에 파장별로 얼마나 영향을 주는지를 수치적으로확인하는 것이다. DSLR 카메라를 천체 관측 실습에 활용하기 위해, 밤하늘 밝기는 망원경과 DSLR 카메라를 연결한 측광 방식으로 측정하였다.
제안 방법
9월 26일에는 대운동장의 조명이 소등된 후, 천구 상 임의의 지점에 대하여 100초씩 노출을 주어 30장의 사진을 얻었다. 11월 14일과 1월 3일에는 남쪽 방향 하늘에서 대기량(arimass)이 다른 6곳의 지점을 관측하였으며, 각 지점마다 노출 시간을 100초씩 주어 15장의 사진을 얻었다. 특히 11월 14일에는 관측 장소 근처 대운동장의 야간 조명이 밤하늘 밝기에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 야간 조명 소등 시각 전후로 관측을 수행하였는데, 소등 전 관측은 지점마다 노출 시간 100초로 7장을 확보하였다.
본 연구의 목적은 관측지의 밤하늘 밝기를 정량적으로 측정하고, 가까운 곳에 위치한 인공광이 밤하늘 밝기에 파장별로 얼마나 영향을 주는지를 수치적으로확인하는 것이다. DSLR 카메라를 천체 관측 실습에 활용하기 위해, 밤하늘 밝기는 망원경과 DSLR 카메라를 연결한 측광 방식으로 측정하였다. 우선 DSLR 카메라를 사용할 때 고려해야 할 영점, 암전류, 바닥고르기 영상 등의 보정 사진의 특성을 먼저 살펴보고 보정 사진의 안정성을 검증하였다.
(Image Reduction and AnalysisFacility; Tody, 1986)를 이용하였다. noao.imred.ccdred패키지(package)를 사용하여 영점(bias) 보정, 암전류(dark) 보정, 바닥고르기(flat) 보정을 수행하였다. 보정에 필요한 영점 사진, 암전류 사진, 바닥고르기 사진은 매 관측 날짜마다 별도로 촬영하였다.
표준 등급 환산식을 개별 사진마다 구하였으므로,밤하늘 밝기 측정도 개별 사진마다 다른 계수와 상수를 이용해 계산하였다. 각 사진에서 대략 2000만 개 이상의 화소에 대해 측정을 하고, 평균값, 중앙값, 정규 분포 근사 등의 통계적 방법을 통해 값을 비교해보았다. 측정된 통계적 방법에 상관없이 구해진 결과는 0.
둘째, DSLR 베이어 필터 시스템은 기존 구축된 천문학 데이터베이스가 의존하고 있는 과학적 필터 시스템과 완벽히 일치하지는 않는다. 각각에 대해 등급 추정에 기준이 될 천체 문제는 전천 탐사 자료를 이용하는 것으로, 필터 문제는 필터 반응 곡선을 비교하여 유사한 필터를 사용해 변환하는 것으로 접근하였다.
관측한 사진 중 별의 상이 흐르지 않은 사진을 선별하여 정렬한 뒤, 평균 방식으로 합쳤다. 실제 관측된 시상은 6-8''이었으나 합쳐진 사진에서 측정한FWHM은 다소 증가하여 8-14'', 평균적으로 10화소에 해당하였다.
한편 별도의 냉각 장치를 사용하지 않는 DSLR 카메라에서 암전류 잡음의 영향을 알아보았다. 노출 시간(1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80,100초)별로 15장씩 암전류 사진을 얻어 영점 사진을 빼고, 이를 중앙값으로 더하여 대표 암전류 사진을 만들고 여기서 화소의 평균값과 표준 편차를 구한 결과를 Fig. 5에 제시하였다. 암전류 사진에서 평균값은 0 근처에 위치하며, 노출 시간에 따른 값의 증가가 나타나지 않았다.
도심지의 대략적인 한계 등급을 알아보기 위해서 시범 관측을 1회(2018년 09월 26일) 수행한 후, 대운동장의 조명과 계절이 밤하늘 밝기에 미치는 영향을 알아보기 위해 추가로 2회(2018월 11월 14일, 2019년 1월 3일) 관측을 하였다. 9월 26일에는 대운동장의 조명이 소등된 후, 천구 상 임의의 지점에 대하여 100초씩 노출을 주어 30장의 사진을 얻었다.
특히 11월 14일에는 관측 장소 근처 대운동장의 야간 조명이 밤하늘 밝기에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 야간 조명 소등 시각 전후로 관측을 수행하였는데, 소등 전 관측은 지점마다 노출 시간 100초로 7장을 확보하였다. 마지막으로 하루 동안 밤하늘의 밝기와 색지수의 변화를 알아보기 위해 추가 관측을 하였다(2019년 2월 25일). 이때는 천정 영역만 하룻밤 내내 1시간 간격으로 관측하였다.
바닥고르기 사진도 여러 장을 얻어 중앙값 방식으로 합성해 대표 바닥고르기 사진을 만들고, 이를 바닥고르기 보정에 이용하였다. Fig.
암전류 사진은 경통 덮개를 덮고, 대상을 촬영한 사진과 동일한 노출 시간을 주어 얻었다. 바닥고르기 사진은 관측이 끝난 후 새벽, 해가 뜨고 하늘에 별이 보이지 않는 시각에 서쪽 하늘을 모든 색상 채널에서 포화가 일어나지 않을 만큼의 노출을 주어 촬영하였다.
ccdred패키지(package)를 사용하여 영점(bias) 보정, 암전류(dark) 보정, 바닥고르기(flat) 보정을 수행하였다. 보정에 필요한 영점 사진, 암전류 사진, 바닥고르기 사진은 매 관측 날짜마다 별도로 촬영하였다.영점 사진의 경우, 연구용 CCD 검출기에는 별도의 영점 사진 촬영 모드가 존재하나 DSLR 카메라에서는 이러한 기능이 지원되지 않아 입사하는 빛을 차단하고 셔터 속도를 최단 노출 시간에 맞추어 영점 사진을 얻었다.
, 2016). 본 연구에서는 촬영한 원본 파일을 색상 채널별로 분리한 뒤, 천문학에서 주로 사용하는 FITS (Flexible Image Transport System) 형식으로 변환하여 이후 전처리와 측광에 활용하였다. 색상별 분리와 파일 변환에는 IRIS3) (Buil, 2005) 프로그램을 사용하였다.
소형 망원경과 DSLR 카메라를 조합하여 도심지의 천체 관측 환경을 파악하기 위해 밤하늘 밝기를 측정하였다. DSLR 카메라를 사용했을 때의 시상은 6-8'', 건판 척도는 1.
시상(seeing)은 합성하지 않은 단일 사진에서 별의반치전폭(full width at half maximum; FWHM)을 측정하여 확인하였다. 본 연구의 관측 장소에서 측정한 시상은 날짜에 따라 다소 차이가 있으나 6-8''로, 기존 소형 망원경과 DSLR 카메라를 사용해 측정한 동일 관측지의 시상인 5-6'' (Shim, 2017), 기타 도심지의 시상인 ~8'' (경희대학교; Park et al.
상업용 DSLR 카메라를 이용한 관측에서는 배터리의 교환, 지속적인 촬영으로 인한 배터리 잔량 감소 등이 잡음의 증가를 유발한다는 기존 연구가 있다. 실제로 배터리 소모가 영점 값에 영향을 주는지 알아보기 위해 촬영한 영점 사진의 평균값, 최댓값, 최솟값이 사진마다 다른지를 확인하였다(Fig. 3). Canon 사의 EOS-750D DSLR 카메라에서 녹색 채널(greenchannel) 영점 사진 평균값은 2047 부근에서 ±1ADU 차이로 거의 일정하게 유지되며, 최솟값(점선) 역시 크게 차이가 없으나 최댓값(파선)은 2018년 9월 26일 촬영한 영점 사진(1-25번째 사진)이 타 날짜의 관측 자료와 약 5% 이상의 차이를 보인다.
DSLR 카메라를 천체 관측 실습에 활용하기 위해, 밤하늘 밝기는 망원경과 DSLR 카메라를 연결한 측광 방식으로 측정하였다. 우선 DSLR 카메라를 사용할 때 고려해야 할 영점, 암전류, 바닥고르기 영상 등의 보정 사진의 특성을 먼저 살펴보고 보정 사진의 안정성을 검증하였다. 이후 DSLR 카메라의 베이어 색상 채널 분리로 구한 적, 청, 녹색 채널별 등급을 천문학 데이터베이스에서 제공하는 B, V, r 필터의 등급으로 변환하였다.
기기 등급을 측정한 사진마다 기기 등급과 표준등급(UCAC4 목록에서 구한 등급)을 비교해 식 (2)-(4)에 필요한 계수 A, B를 계산하였다. 우선 각 사진에서 신호 대 잡음 비가 10 이상인 항성을 찾아 측광한 뒤, 기기 등급의 분포를 그려 정규 분포에 가까움을 확인하였다. 기기 등급의 평균을 [m], 기기 등급 분포의 표준 편차를 σ라 할 때, 기기 등급이|[m]−2σ, [m]+2σ | 범위에 속하는 항성을 골라 표준화에 사용하였다.
ISO 설정을 제외하고 기타 카메라 조작 모드는 원본 파일에서의 화소값에 유의미한 영향을 주지 않았으며, 영점과 암전류 사진은 안정적이고 특히 암전류는 거의 무시할 수 있었다. 원본 사진을 색상 분리하고 이를 구축된 천체 등급 데이터베이스와 비교하여 적녹청 채널의 등급을 B, V, r 필터 등급으로 환산하였는데, 등급 환산에서의 오차는 각 필터에서 0.1등급 부근이었다. 종합할 때 천체 관측 실습에서 DSLR 카메라는 0.
우선 DSLR 카메라를 사용할 때 고려해야 할 영점, 암전류, 바닥고르기 영상 등의 보정 사진의 특성을 먼저 살펴보고 보정 사진의 안정성을 검증하였다. 이후 DSLR 카메라의 베이어 색상 채널 분리로 구한 적, 청, 녹색 채널별 등급을 천문학 데이터베이스에서 제공하는 B, V, r 필터의 등급으로 변환하였다. 최종적으로 측광 결과로부터 관측 지역인 도심지 밤하늘의 밝기를 계산하고, 하룻밤이라는 짧은 시간 규모에서 밤하늘 밝기의 변화로부터 관측 환경에 영향을 미치는 요소에 대한 해석 및 참고점을 제시하였다.
이후 DSLR 카메라의 베이어 색상 채널 분리로 구한 적, 청, 녹색 채널별 등급을 천문학 데이터베이스에서 제공하는 B, V, r 필터의 등급으로 변환하였다. 최종적으로 측광 결과로부터 관측 지역인 도심지 밤하늘의 밝기를 계산하고, 하룻밤이라는 짧은 시간 규모에서 밤하늘 밝기의 변화로부터 관측 환경에 영향을 미치는 요소에 대한 해석 및 참고점을 제시하였다. 이 연구는 단기적으로는 관측 실습을 수행하는 교육 현장에서 관측 대상을 선정할 때 참고 자료로 활용할 수 있고,추후 장시간 규모의 지속적인 연구가 이어진다면 빛 공해의 시간에 따른 변화 추적과 그 원인 조사 등 다양한 방향으로 확장 연구가 가능할 것이다.
측정된 통계적 방법에 상관없이 구해진 결과는 0.01 mag arcsec−2 범위 이내로 일치하였기 때문에,각 사진에서 여러 화소로 얻은 밤하늘 밝기의 평균값을 해당 사진에서의 ‘밤하늘 밝기’로 결정하였다.
11월 14일과 1월 3일에는 남쪽 방향 하늘에서 대기량(arimass)이 다른 6곳의 지점을 관측하였으며, 각 지점마다 노출 시간을 100초씩 주어 15장의 사진을 얻었다. 특히 11월 14일에는 관측 장소 근처 대운동장의 야간 조명이 밤하늘 밝기에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 야간 조명 소등 시각 전후로 관측을 수행하였는데, 소등 전 관측은 지점마다 노출 시간 100초로 7장을 확보하였다. 마지막으로 하루 동안 밤하늘의 밝기와 색지수의 변화를 알아보기 위해 추가 관측을 하였다(2019년 2월 25일).
1% 미만이거나(Canon EOS450D, Nikon D5300) 혹은 10% 내외이며(NikonD50과 D70s) 평균값 대비 변화율이 큰 Nikon D70s에서도 10장 단위로 규칙적인 변화가 보이지 않는다. 한편 별도의 냉각 장치를 사용하지 않는 DSLR 카메라에서 암전류 잡음의 영향을 알아보았다. 노출 시간(1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80,100초)별로 15장씩 암전류 사진을 얻어 영점 사진을 빼고, 이를 중앙값으로 더하여 대표 암전류 사진을 만들고 여기서 화소의 평균값과 표준 편차를 구한 결과를 Fig.
대상 데이터
기기 등급의 평균을 [m], 기기 등급 분포의 표준 편차를 σ라 할 때, 기기 등급이|[m]−2σ, [m]+2σ | 범위에 속하는 항성을 골라 표준화에 사용하였다. 계산에 이용된 항성 개수는 사진에 따라 다르나 최소 70여 개에서 최대 약 2,500여개이다. 이 방식으로 등급을 환산하였을 때, 환산된 등급과 실제 표준 등급 차이의 제곱 평균 제곱근(root mean square; rms)은 B 필터에서 0.
대구광역시 북구에 위치한 경북대학교 제2과학관 옥상에서 관측을 수행하였다. 관측 장비로는 Takahashi사의 FC-76DS 망원경에 Vixen사의 SXD2 적도의가대를 결합하여 사용하였으며, 망원경의 구경은 76 mm, 초점비는 f/7.5이다. 이 망원경은 시야가 넓기 때문에 산개 성단 등 겉보기 크기가 큰 천체의 관측 실습에 유리하다.
단 ISO 설정은 광자를 전류로 바꾸는 과정이기 때문에 측정된 화소값에 영향을 준다. 관측에 사용한 DSLR 카메라 Canon EOS750D에서도 ISO, 화이트 밸런스, 픽쳐스타일 설정의 변경에 따른 화소값 차이를 균일한 백색 광원인 화이트보드 촬영 사진으로 점검하였다. Fig.
대구광역시 북구에 위치한 경북대학교 제2과학관 옥상에서 관측을 수행하였다. 관측 장비로는 Takahashi사의 FC-76DS 망원경에 Vixen사의 SXD2 적도의가대를 결합하여 사용하였으며, 망원경의 구경은 76 mm, 초점비는 f/7.
실제 관측된 시상은 6-8''이었으나 합쳐진 사진에서 측정한FWHM은 다소 증가하여 8-14'', 평균적으로 10화소에 해당하였다. 별의 등급을 구하기 위해 구경 측광을 수행하였는데, 사용한 구경 반지름(aperture radius)은 FWHM에 해당하는 10화소, 밤하늘 값을 측정하기 위한 안쪽 반지름(inner sky annulus)과 바깥쪽 반지름(outer sky annulus)은 각각 구경 반지름의 4배와 2.5배인 40, 25화소이다. 구경 반지름 안에 들어오는 플럭스를 counts, 영점 상수를 ZP (zero point)라고할 때, 기기 등급(maginst)은 다음의 식으로 구할 수 있다.
본 연구의 관측 장소에서 측정한 시상은 날짜에 따라 다소 차이가 있으나 6-8''로, 기존 소형 망원경과 DSLR 카메라를 사용해 측정한 동일 관측지의 시상인 5-6'' (Shim, 2017), 기타 도심지의 시상인 ~8'' (경희대학교; Park et al., 2016), 4-8''(서울대학교; Lee et al., 2009)와 유사하다.
사용한 전천 탐사 자료는 The Fourth US Naval Observatory CCD Astrograph Catalog (UCAC4;Zacharias et al., 2013)로, 전천에 대해 약 16등급까지의 점광원 천체를 정리한 목록이다. 천체별로 B,V, r, i 필터에서의 등급이 제공되는데, 이는 The AAVSO Photometric All-Sky Survey (APASS;Henden and Munari, 2014)에서 측정한 것이다.
실제 관측된 시상은 6-8''이었으나 합쳐진 사진에서 측정한FWHM은 다소 증가하여 8-14'', 평균적으로 10화소에 해당하였다.
이론/모형
DSLR 베이어 필터의 평균 파장(λmean)과 필터 폭(width)은Mauer (2009)에 제시된 필터 반응 곡선으로 계산한 것이다.
본 연구에서는 촬영한 원본 파일을 색상 채널별로 분리한 뒤, 천문학에서 주로 사용하는 FITS (Flexible Image Transport System) 형식으로 변환하여 이후 전처리와 측광에 활용하였다. 색상별 분리와 파일 변환에는 IRIS3) (Buil, 2005) 프로그램을 사용하였다.
전처리전처리는 IRAF4) (Image Reduction and AnalysisFacility; Tody, 1986)를 이용하였다. noao.
성능/효과
5o로 비교적 넓은 시야를 얻을 수 있는 강점이 있었으며 좋지 않은 시상 덕분에 오히려 점 광원의 분포함수가 과소대표되는 문제가 발생하지 않았다. ISO 설정을 제외하고 기타 카메라 조작 모드는 원본 파일에서의 화소값에 유의미한 영향을 주지 않았으며, 영점과 암전류 사진은 안정적이고 특히 암전류는 거의 무시할 수 있었다. 원본 사진을 색상 분리하고 이를 구축된 천체 등급 데이터베이스와 비교하여 적녹청 채널의 등급을 B, V, r 필터 등급으로 환산하였는데, 등급 환산에서의 오차는 각 필터에서 0.
10장마다 카메라 배터리를 교체하거나 전원을 끈 뒤 켜서 촬영하였기 때문에, 배터리나 전원이 영점 사진에 체계적인 영향을 준다면 10장 단위로 변화가 있어야 할 것이다. 그러나 네 기종 모두 영점 사진의 평균값은 거의 일정하며 변화 정도가 0.1% 미만이거나(Canon EOS450D, Nikon D5300) 혹은 10% 내외이며(NikonD50과 D70s) 평균값 대비 변화율이 큰 Nikon D70s에서도 10장 단위로 규칙적인 변화가 보이지 않는다. 한편 별도의 냉각 장치를 사용하지 않는 DSLR 카메라에서 암전류 잡음의 영향을 알아보았다.
대기량이 1(천정)과 2(고도 약 30도) 사이에서 고도별 관측을 수행하고 분석한 결과, 천정에서의 밤하늘 밝기는 달이 없을 때 B, V, r 필터에서 각각 약 17.5, 17.1, 16.9 mag arcsec−2이었다.
6 mag arcsec−2더 밝다는 것을 확인할 수 있다. 대운동장 조명이라는 지상에 설치된 인공광이 낮은 고도의 관측 뿐만 아니라 천정 부근의 관측 환경에도 동일하게 영향을 주었으며, 백색에 가까운 인공광의 특성상 전 필터 관측에서 일정한 배경 하늘 증가를 유도하고 있음을 알 수 있다.
첫째, 시간과 장소에 따라 밤하늘 밝기의 변화를 살펴보고자 임의의 방위각 및 고도를 선정해 해당 구역을 촬영하였으므로 표준성과같이 등급이 잘 알려진 대상이 시야에 들어오지 않는 경우가 있다. 둘째, DSLR 베이어 필터 시스템은 기존 구축된 천문학 데이터베이스가 의존하고 있는 과학적 필터 시스템과 완벽히 일치하지는 않는다. 각각에 대해 등급 추정에 기준이 될 천체 문제는 전천 탐사 자료를 이용하는 것으로, 필터 문제는 필터 반응 곡선을 비교하여 유사한 필터를 사용해 변환하는 것으로 접근하였다.
중심 부근에서 약 3200ADU 이던 수치가 사진의 가장자리에서는 2700ADU로, 15% 이상의 차이를 보인다. 등급으로 변환했을 때의 영향력은 사용하는 이득값(즉, DSLR 카메라에서는 ISO 설정)에따라 달라질 것이나, 사진 중앙과 바깥 부분에 놓인 천체의 측광 결과에 바닥고르기 패턴의 영향을 무시할 수 없음을 확인할 수 있다.
밤하늘 밝기는 대기량과 필터에 무관하게 공통적으로 소등 전이 소등 후보다 일정하게 약 0.6 mag arcsec−2더 밝다는 것을 확인할 수 있다.
본 연구에서 수행한 경북대학교의 밤하늘 밝기에서는 매우 국지적인 공간 규모에서 조명의 소등으로 인한 차이를 비교해 볼 수 있었는데, 관측이 이루어진 건물 앞에 위치한 대운동장의 조명 소등 시각(약 밤 10시) 전후로 관측을 수행하였을 때 약 0.6 magarcsec−2의 차이를 확인하였다.
1등급 부근이었다. 종합할 때 천체 관측 실습에서 DSLR 카메라는 0.1등급 수준의 측광 정확도를 고려하여 활용할 수 있다.
(2009)에서는 서울대학교에서 광해에 따른 밤하늘의 밝기 변화를 연구하였는데, 표준성 측광과 하늘 관측 두 가지 방법을 사용하였고 표준성은 전하 결합 소자(Charged Coupled Device; CCD) 검출기의 B, V 필터를 사용하여 측광, 하늘은 사진 관측을 수행하여 눈으로 비교하였다. 해당 연구에서는 정량적인 밤하늘 등급을 방위와 고도에 따라 나타냈으며 도심 방향의 밤하늘 밝기가 어두운 지역에 비해 2-4배 밝다는 것을 근거로 도심지의 광해가 밤하늘 밝기 증가의 주요 원인임을 제시하였다. 그러나 먼 도심지의 불빛이 아니라 가까운 가로등이나 대형 조명과 같은 인공광에 대한 영향은 분석하지 않았기에 이에 대한 연구가 별도로 필요하다.
후속연구
이러한 결과는 향후 관측 실습 대상 천체의 선정에 활용될 것이다. 교육용 망원경을 이용했을 때 모니터링할 수 있는 변광 천체의 목록에 이 한계를 적용할 수 있으며, 일시적으로 발생하는 천문 이벤트가 있을 때 학교 현장에서도 관측에 참여하여 학생들의 천문학에 대한 관심을 유도하고 나아가 연구에 활용될 만한 자료를 획득하여 기여할 수 있다. 일례로 2011년 초신성 SN 2011fe의 최대 밝기는 9.
해당 연구에서는 정량적인 밤하늘 등급을 방위와 고도에 따라 나타냈으며 도심 방향의 밤하늘 밝기가 어두운 지역에 비해 2-4배 밝다는 것을 근거로 도심지의 광해가 밤하늘 밝기 증가의 주요 원인임을 제시하였다. 그러나 먼 도심지의 불빛이 아니라 가까운 가로등이나 대형 조명과 같은 인공광에 대한 영향은 분석하지 않았기에 이에 대한 연구가 별도로 필요하다. 또한 최근에는 CCD에 비해 비용이 저렴하고 접근성이 뛰어난 보급형 디지털일안 반사식(Digital Single Lens Reflex; DSLR) 카메라를 천문 탐구 프로그램에 활용하는 사례(Boo etal.
최종적으로 측광 결과로부터 관측 지역인 도심지 밤하늘의 밝기를 계산하고, 하룻밤이라는 짧은 시간 규모에서 밤하늘 밝기의 변화로부터 관측 환경에 영향을 미치는 요소에 대한 해석 및 참고점을 제시하였다. 이 연구는 단기적으로는 관측 실습을 수행하는 교육 현장에서 관측 대상을 선정할 때 참고 자료로 활용할 수 있고,추후 장시간 규모의 지속적인 연구가 이어진다면 빛 공해의 시간에 따른 변화 추적과 그 원인 조사 등 다양한 방향으로 확장 연구가 가능할 것이다.
이러한 결과는 향후 관측 실습 대상 천체의 선정에 활용될 것이다. 교육용 망원경을 이용했을 때 모니터링할 수 있는 변광 천체의 목록에 이 한계를 적용할 수 있으며, 일시적으로 발생하는 천문 이벤트가 있을 때 학교 현장에서도 관측에 참여하여 학생들의 천문학에 대한 관심을 유도하고 나아가 연구에 활용될 만한 자료를 획득하여 기여할 수 있다.
9등급에 달했으며, 2017년 소행성 3122 Florence의 근접 접근 당시 밝기는 10등급 이하로 관측 환경이 나쁜 도심지에서도 구경 100 mm 이하의 교육용 망원경으로 충분히 관측 가능하였다. 정량적인 밤하늘 밝기 추정치를 바탕으로 관측 실습을 체계적으로 계획함과 동시에, 지속적인 모니터링을 통해 어두운 밤하늘 보전과 관측 환경 유지에도 노력을 기해야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교육 현장에서 천문 관측 실습의 실행 가능성조차 가늠하기 어려운 요인에는 어떤 것들이 있는가?
천문학 교과의 핵심 내용은 관측 자료가 천문학적지식으로 변환되는 과정을 이해하는 것으로, 천문 관측 실습은 과학적 탐구 역량을 키우는 대표적인 지구과학 탐구 활동이다. 그러나 막상 중등학교 교육 현장에서 관측 실습을 계획할 때에는 장비 구비의 어려움, 장비 조작과 자료 분석 지식의 부족, 관측지 환경에 대한 이해 부족 등의 요인으로 해당 관측 실습의 실행 가능성(feasibility)조차 가늠하기 어려운 경우가 많다. 특히 천문 관측 실습의 하위 유형 중에서도 측광(photometry) 실습을 수행하기 위해 관측 대상을 선정할 때에는 배경 하늘의 밝기에 대한 사전지식이 필요하다.
밤하늘 밝기란 무엇인가?
특히 천문 관측 실습의 하위 유형 중에서도 측광(photometry) 실습을 수행하기 위해 관측 대상을 선정할 때에는 배경 하늘의 밝기에 대한 사전지식이 필요하다. 밤하늘 밝기는 관측지의 관측 환경이 어느 정도인지 보여주는 척도로, 정해진 하늘의 면적 내 광량을 표현하는 값이다. 관측지의 밤하늘 밝기가 상대적으로 밝다면 등급 오차가 증가하고, 극단적으로는 아예 대상 천체를 검출할 수 없다.
밤하늘 밝기 측정 방법은 어떻게 구분되는가?
우주에서 위성 원격 탐사 자료를 활용하지 않는 이상, 밤하늘 밝기를 측정하는 방법은 망원경과 검출기를 사용한 전통적인 측광 방식과 전용 조도 측정 도구(예: Sky Quality Meter; SQM)를 사용하는 방식으로 크게 구분할 수 있다. 전용 검출기를 사용한 관측은 사용이 간편하여 이를 이용한 밤하늘 밝기 모니터링이 한국에서도 수도권 지역에서 실시된 바 있지만(An et al.
참고문헌 (23)
An, S.-H., Bae, H.-J., Yu, J., Roh, E., Chiang, H., Kim, J., Kim, S., and Park, S., 2015, The second survey of night sky brightness in the capital region of Korea, The bulletin of the Korean astronomical society, 40(1), 882. (in Korean)
Andreic, Z., 2018, Night sky brightness above Zagreb 2012.-2017., The mining geological petroleum engineering bulletin, 33(3), 85-94.
Boo, G.-W., Gill, Y., Sohn, J., Kim, S., 2013, Sunspots observation using DSLR and measuring the differential rotation period, The Korean society for school science, 7(3), 182-192. (in Korean)
Buchheim, R., Collins, D., Hager, T., Manske, B., and Templeton, M., 2016, Image acquisition and processing. In Blackford, M. (ed.), The AAVSO DSLR observing manual. American association of variable star observers, Cambridge, MA, USA, 38 p.
Buil, C., 2005, IRIS: Astronomical image-processing software. In Ratledge, D. (ed.), Digital astrophotography: The state of the art. Springer-Verlag London Limited, London, UK, 79-88.
Falchi, F., Cinzano, P., Duriscoe, D., Kyba, C.C.M., Elvidge, C.D., Baugh, K., Portnov, B.A., Rybnikova, N.A., and Furgoni, R., 2016, The new world atlas of artificial night sky brightness, Science advances, 2(6), e1600377.
Guo, D.-F., Hu, S.-M., Chen, X., Gao, D.-Y., and Du, J.-J., 2014, Sky brightness at Weihai observatory of Shandong university, Publications of the astronomical society of the Pacific, 126, 496-503.
Henden, A. and Munari, U., 2014, The APASS all-sky, multi-epoch BVgri photometric survey, Contributions of the astronomical observatory Skalnate Pleso, 43(5), 518-522.
Hoot, J.E., 2007, Photometry with DSLR cameras, In Warnet B.D. et al. (eds.), Proceedings for the 26th annual conference of the society for astronomical sciences, Society for astronomical sciences, Rancho Cucamonga, CA, USA, 67-72.
Kim, S.-H., Lee, H., Lee, H.-D., and Jeong, J.-H., 2008, Development and application of an after-school program for an astronomy observation club in a highschool: Standardized coefficient decision program in consideration of the observation site's environment, Journal of Korean earth science society, 29(6), 495-505. (in Korean)
Kloppenborg, B.K., Pieri, R., Eggenstein, H.-B., Maravelias, G., and Pearson, T., 2012, A demonstration of accurate wide-field V-band photometry using a consumer-grade DSLR camera, Journal of the American association of variable star observers, 40(2), 815-833.
Lee, J., Choe, S.-U., Jung, J.-H., and Woo, H.-G., 2009, Astronomical observation environment study focusing on night sky brightness variation under light pollution, Journal of the Korean earth science society, 30(3), 344-353. (in Korean)
Loughney, D., 2010, Variable star photometry with a DSLR camera, Journal of the British astronomical association, 120(3), 157-160.
Mauer, C., 2009, Measurement of the spectral response of digital cameras with a set of interference filters (Thesis at the department of media and phototechnology), University of applied sciences cologne.
Park, W., Pak, S., Shim, H., Le, H.A.N., Im, M. Chang, S., and Yu, J., 2016, Photometric transformation from RGB Bayer filter system to Johnson-Cousins BVR filter system, Advances in space research, 57(1), 509-518.
Pilachowski, C.A., Africano, J.L., Goodrich, B.D., and Binkert, W.S., 1989, Sky brightness at the Kitt Peak national observatory, Publications of the astronomical society of the Pacific, 101, 707-712.
Pun, C.S.J., So, C.W., Leung, W.Y., and Wong, C.F., 2014, Contributions of artificial lighting sources on light pollution in Hong Kong measured through a night sky brightness monitoring network, Journal of quantitative spectroscopy and radiative transfer, 139, 90-108.
Puschnig, J., Schwope, A., Posch, T., and Schwarz, R., 2014, The night sky brightness at Potsdam-Babelsberg including overcast and moonlit conditions, Journal of quantitative Spectroscopy and radiative transfer, 139, 76-81.
Ryu, S.-R. and Lee, T.D., 2013, Observation of the surface of the sun by using a small telescope and solar filters, New physics: Sae Mulli, 63(2), 219-225. (in Korean)
Shim, H., 2017, Evaluation of popular photometry analysis software using DSLR camera, Journal of Korean earth science society, 38(5), 323-332.
Tody, D., 1986, The IRAF data reduction and analysis system. In Crawford, D.L. (ed.), Instrumentation in Astronomy VI., Society of photo-optical instrumentation engineers, Bellingham, WA, USA, 733-752.
Zacharias, N., Finch, C.T., Girard, T.M., Henden, A., Bartlett, J.L., Monet, D.G., and Zacharias, M.I., 2013, The fourth US Naval Observatory CCD astrograph catalog (UCAC4), The astronomical journal, 145(2), 44-57.
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