천체사진은 흑백? 칼라?

멋진 천체 사진을 볼 때면 많은 사람들은 우주가 정말 화려하고 아름다울 것이라는 상상을 하게 된다. 그리고 그런 화려한 우주를 느껴보기 위해 커다란 천체 망원경으로 밤하늘을 보고 싶어 한다. 그런데 실제로 망원경으로 들여다보는 우주는 전혀 화려하지 않다. 사진 속에서 화려하게 보이던 성운이나 은하의 모습들은 실제로는 하얀 빛무리 정도로 밖에 보이지 않는다. 천연색의 화려한 우주를 상상했던 사람들은 오히려 망원경으로 보게 된 우주의 모습에 실망을 하는 경우가 많이 있다. 

그렇다면 우주는 왜 사진 속에서만 화려하게 보이는 것일까? 우리가 사진 속에서 보는 우주의 모습이 잘못된 것일까? 망원경이나 우주에 대한 특별한 정보가 없는 사람들은 천체 사진을 아름답게 보이게 하기 위해 흑백 사진 위에 채색을 한 것이라고 생각하는 경우도 있다. 하지만 그런 일은 실제로 일어나지 않는다. 

망원경 속에서 우주의 모습이 흑백으로 보이는 가장 큰 이유는 바로 우주에서 들어오는 빛이 너무 흐리기 때문이다. 사진은 노출 시간을 길게 하여 희미한 빛을 증폭할 수 있다. 희미한 색을 여러 번 칠하면 진한 색이 되는 것과 같은 이치이다. 따라서 순간적인 빛만을 볼 수 있는 눈은 우주의 희미한 칼라를 인식하지 못하고 단순히 뿌연 빛의 여울로만 우주의 대상들을 느끼게 되는 것이다. 

천체를 칼라로 촬영하는 데는 크게 두 가지 방법이 있다. 하나는 칼라 필름이나 칼라 CCD 카메라를 이용하여 한 번에 칼라 영상을 촬영하는 방법이고 또 다른 하나는 빛의 삼원색인 적색과 청색, 녹색의 세 파장에 민감한 필터를 이용하여 각각의 사진을 찍고 이것을 합성하여 칼라 영상을 만드는 방법이다. 

소형 망원경으로 촬영된 아마추어 천문가들의 사진은 대부분 칼라 필름이나 칼라 디지털 카메라를 이용한 것이다. 그러나 대형 망원경을 이용한 전문적인 천체 사진들은 대부분 필터를 이용하고 있다. 각 파장에 민감한 필터를 이용할 경우 그 파장의 빛을 최대한 받아들일 수 있기 때문에 칼라 필름으로 촬영하는 것에 비해 훨씬 선명한 칼라 이미지를 얻을 수 있다. 

 

신문이나 방송 등의 언론 매체에 가장 많은 천체 사진을 제공하는 망원경이 바로 허블우주 망원경이다. 지름 약 2.5미터의 반사망원경을 장착하고 있는 허블우주망원경은 610km 상공에서 지구를 돌면서 우주에 대한 많은 사진을 촬영하여 지구로 전송해 주고 있다. 이 우주망원경에는 WFPC(Wide Field and Planetary Camera)라고 하는 사진전용카메라가 장착돼 있다. 허블우주망원경은 이 카메라에 10가지 정도의 필터를 장착하여 천체사진을 촬영한다. 일반적인 삼원색 필터를 이용하여 칼라 영상을 얻기도 하고, 적외선이나 자외선 필터를 이용하여 눈으로 볼 수 없는 영상을 얻기도 한다. 

천체사진은 대상의 밝기와 색상, 그리고 노출 하는 시간에 따라 그 모습이 변하게 된다. 일반적으로 같은 대상이라도 노출 시간을 길게 주면 훨씬 밝고 화려한 색상을 얻을 수 있다. 촬영하고자 하는 대상이 멀리 있고, 빛이 희미하면 희미할수록 노출하는 시간을 길게 주어야 한다. 따라서 여러 장의 천체 사진을 비교할 때는 노출 시간도 함께 고려한다. 

문제는 지구의 자전으로 인해 밤하늘의 천체는 정지해 있지 않고 조금씩 움직인다는 점이다. 성운이나 은하들은 움직임이 거의 없기 때문에 실제로 각각의 파장 사진을 합성하여 칼라 영상을 만드는 데 특별한 문제가 없다. 그러나 행성처럼 움직임이 있는 천체들은 각각의 필터로 사진을 찍는 동안 그 대상이 움직일 수 있다. 

따라서 노출 시간을 길게 주기 위해서는 망원경이 그 대상을 추적할 수 있을 정도로 충분히 정밀해야 한다. 정확한 행성의 이미지를 얻기 위해서는 추적해서 얻은 각각의 사진들을 조금씩 수정하여 정렬하여야 한다. 그 결과 화성과 같은 태양계 천체에 대한 칼라 영상은 실제 촬영된 시간보다 몇 시간 정도 늦게 공개된다. (글 : 이태형 충남대 천문우주학과 겸임교수)

(출처 : KISTI의 과학향기)