DSI Pro 개조: DSI Pro 를 활용한 천체 측광

제프 홉킨스 (Jeff Hopkins)
홉킨스 피닉스 천문대 (Hopkins Phoenix Observatory)
Phoenix, AZ

2006 년 9 월 5 일

초록

컬러 Deep Sky Imager(DSI) 는 천체 필터 측광에 사용할 수 없지만, DSI Pro 는 가능합니다. 본격적인 관측을 수행하려면 카메라에 몇 가지 간단한 개조가 필요합니다. 이러한 개조에는 필터 슬라이드를 필터 휠로 교체하고 간단한 열전 냉각기 (TEC) 를 추가하는 작업이 포함됩니다. 이러한 개조를 거친 DSI Pro(및 DSI Pro II) 는 빛 공해가 심한 교외 지역에서도 소형 망원경으로 전문 수준의 천체 측광을 수행할 수 있는 수단을 제공합니다. 본 논문에서는 이러한 개조 방법과 해당 카메라로 BVRI CCD 측광을 수행하는 데 필요한 사항을 설명합니다.

그림 1: Meade 12” LX200 GPS 망원경에 장착된 개조된 DSI Pro

천문용 CCD 카메라는 10 년 이상 존재해 왔지만, 비교적 최근에서야アマチュ어 시장에서도 저렴하고 사용하기 쉬운 CCD 장치를 구할 수 있게 되었습니다. 초기 제품 중 일부는 웹캠이었습니다. 일부 애호가들이 이를 활용하여 개조를 가했고, 놀랍도록 고품질의 결과를 얻어냈습니다. 웹캠은 행성, 달, 태양 촬영과 같이 밝은 천체를 촬영할 때 가장 잘 작동합니다. 심우주 촬영을 위해서는 웹캠을 개조해야 하지만, 이러한 개조는 많은 아마추어에게는 부담스러운 작업입니다.

미드 (Meade) 가 컬러 Deep Sky Imager(DSI) 를 출시하면서 상황이 바뀌었습니다. 이제 카메라를 개조하지 않고도 심우주 촬영이 가능해진 것입니다. 또한 DSI 시리즈와 함께 제공되는 AutoStar 소프트웨어는 매우 우수하며, 카메라 가격만으로도 그 가치를 충분히 합니다. 소프트웨어의 품질이 매뉴얼을 훨씬 능가하기 때문에 이를 익히려면 어느 정도의 노력이 필요합니다.

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컬러 DSI 를 필터 측광에 사용하지 못하게 하는 두 가지 문제가 있습니다. 첫째, 컬러 DSI 의 CCD 칩에는 내장된 RGB 필터가 있어 카메라를 표준 측광 시스템에 맞추기에 적합한 필터를 찾기 어렵거나 불가능합니다. 둘째, 주로 따뜻한 계절에 발생하는 문제이지만, 카메라가 냉각되지 않아 주변 온도와 동일한 상태에서 작동한다는 점입니다.

컬러 DSI 가 출시된 직후 미드는 단색 버전인 DSI Pro 를 출시했습니다. DSI Pro 는 본격적인 CCD 측광을 위한 훌륭한 출발점을 제공합니다. 카메라가 단색이기 때문에 RGB 필터용 4 칸 필터 슬라이드가 포함되어 있습니다 (필터는 별도 구매). 외부 필터와 함께 DSI Pro 를 사용할 때의 장점은 단색 카메라가 더 높은 감도를 보이며 더 나은 분해능을 제공한다는 점입니다.

포함된 필터 슬라이드를 측광 필터 보관용으로 사용할 수는 있지만, 이는 좋은 방법이 아님이 곧 드러납니다. 측광 필터는 고가인데다 필터 슬라이드는 개방되어 있어 필터가 먼지, 이슬, 지문 및 스크래치에 노출되기 쉽습니다. 필터를 보관하고 보호하는 훨씬 더 나은 방법은 필터 휠을 사용하는 것입니다.

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첫 번째 단계는 필터 슬라이드 홀더를 컬러 DSI 에 사용되는 것과 유사한 로우 프로파일 어댑터 플레이트로 교체하는 것입니다 (그림 2 참조). 이렇게 하면 슬라이드가 들어가는 큰開口部가 제거되고 CCD 칩까지의 거리가 줄어듭니다. 이러한 어댑터는 ScopeStuff(http://www.scopestuff.com/) 에서 $37 에 구매할 수 있습니다.

참고: 원래 1.25” 노즈피스를 새 어댑터와 함께 사용할 수는 있지만, 노즈피스가 허용하는 거리보다 필터 휠을 카메라에 더 가까이 장착하는 것이 더 좋습니다.

원래 슬라이드 홀더 어댑터를 로우 프로파일 어댑터 플레이트로 교체하는 것은 매우 간단합니다. 어댑터를 고정하는 작은 십자 헤드 나사 4 개가 있습니다. 해당 나사와 원래 어댑터를 제거한 후 로우 프로파일 어댑터와 새로운 더 짧은 나사로 교체하면 됩니다.

참고: 카메라 모서리에는 육각 헤드 나사 4 개가 있습니다. 이 육각 헤드 나사는 카메라 본체를 고정하는 역할을 합니다. 이번 개조 작업에서는 이 나사들을 제거하지 마십시오.

그림 2: 필터 슬라이드와 로우 프로파일/오리지널 어댑터가 장착된 원래 DSI Pro

DSI Pro 에 로우 프로파일 어댑터를 설치한 다음 단계는 필터 휠을 추가하는 것입니다. 시중에는 $100 미만부터 $1,000 에 가까운 다양한 제품이 있습니다. 훌륭한 절충안은 ATIK 수동 필터 휠입니다. 이 제품 역시 ScopeStuff 에서 $199 에 구매할 수 있습니다. 이 필터 휠은 제작이 잘 되어 있으며 최대 5 개의 1.25” 나사식 필터를 수용할 수 있습니다. 그림 3 은 ATIK 필터 휠과 F/3.3 초점 단축렌즈 (focal reducer) 가 장착된 카메라를 보여줍니다. 초점 단축렌즈를 사용하는 이유는 이미저의 시야각을 넓히기 위함입니다. 이렇게 하면 목표 별을 찾고 비교 별을 동일한 시야 내에 포함시키는 것이 훨씬 쉬워집니다.

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그림 3: 필터 휠과 F3.3 초점 단축렌즈가 장착된 개조된 DSI Pro

대부분의 측광 작업에는 특수 필터를 사용해야 합니다. DSI Pro 및 DSI Pro II 용 RGB 필터는 측광 필터로 사용할 수 없습니다. CCD 측광에는 5 종의 측광 필터가 tersedia 합니다. 다른 필터들도 있지만, 이들이 가장 일반적으로 사용됩니다. 바로 자외선 (U), 청색 (B), 가시광선 (V), 적색 (R), 적외선 (I) 필터 (UBVRI) 입니다. 미터급 망원경을 사용할 계획이 아니라면 U 필터는 큰 가치가 없습니다. DSI Pro CCD 가 해당 대역에서 감도가 낮기 때문입니다. 따라서 BVRI 필터만 사용할 계획을 세우는 것이 좋습니다.

필터를 구매할 수 있는 곳은 여러 곳입니다. Astrodon 은 품질 대비 가격이 가장 저렴한 필터를 제공하며, BVRI 필터 세트 가격은 $309 입니다. Astrodon 의 Schuler UBVRI 측광 필터에 대한 자세한 정보는 http://www.astrodon.com/products/product.cfm?CatID=4 에서 확인하실 수 있습니다.

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DSI 시리즈 카메라는 주변 공기 냉각 방식을 사용합니다. 밤 기온이 낮을 때는 이러한 장치도 잘 작동합니다. 그러나 핫 픽셀을 제거하려면 여전히 다크 프레임을 생성하여 각 이미지에서 빼주어야 합니다. 애리조나주 피닉스의 여름철에는 자정 무렵 천문대 온도가 화씨 100 도 (약 섭씨 38 도) 에 근접하기도 합니다. 이러한 온도에서는 다크 프레임을 빼주는 방식조차 제대로 작동하지 않습니다.

DSI Pro 에 냉각 장치를 추가하는 작업은 최소한의 비용과 개조로 무엇을 할 수 있을지 알아보기 위한 실험에서 시작되었습니다.

참고: 이 냉각 개조는 모든 DSI 시리즈 카메라에 적용할 수 있습니다.

다크 전류를 줄이는 것 외에도 냉각은 카메라의 감도를 높여줍니다.

CCD 를 냉각하는 가장 쉬운 방법 중 하나는 열전 냉각기 (Thermoelectric Cooler, TEC) 를 사용하는 것입니다. TEC 는 매우 흥미로운 장치입니다. TEC 는 두 개의 금속판 사이에 반도체를 샌드위치 형태로 배열한 구조로 이루어져 있습니다. 금속판 사이에 직류 (DC) 전압을 인가하면 한쪽 판은 뜨거워지고 다른 쪽 판은 냉각됩니다. 실제로 발생되는 열과 냉각량이 얼마나 큰지 놀랄 때가 많습니다. 장치가 과열되지 않도록 실험 시 주의해야 합니다. 뜨거운 쪽에는 방열판 (heat sink) 이 매우 중요합니다. 또한 열과 냉각을 효과적으로 전달하기 위해 양쪽 판 표면에 열전도 그리스 (thermal grease) 를 발라야 합니다.

일부에서는 온도 조절 장치나 센서가 없다는 점을 지적할 수 있습니다. 이러한 부품을 추가할 수도 있지만 복잡성이 증가합니다. 온도 조절 장치가 없다고 해서 문제가 되지는 않습니다. 카메라에 전원을 공급하고 냉각을 15~30 분간 작동시키면 온도가 안정화됩니다. 정확한 온도는 중요하지 않습니다. 장치가 안정화되면 해당 밤에 사용할 새로운 다크 프레임을 촬영하면 됩니다. 이 절차는 매우 잘 작동합니다.

부품으로는 다음을 추천합니다:

• 40mm TEC, 부품 번호 PJT-7 @ $14.75
• 12VDC 3.5A 전원 공급 장치, 부품 번호 PS-1231 @ $15.85
• 12VDC 팬이 장착된 방열판, 부품