OLDPHOTON: 10월 2025

2025-10-09

목표

(1) 항성 스펙트럼을 얻을 수 있어야 한다. 교육용 수준의 자료를 얻자.

(2) 값싼 부품과 쉬운 기술만 사용하여 진입 장벽을 낮추자.

부품

투과형 회절 필름. PET 소재. 100 라인/mm

카메라와 망원경. T링 등 몇 가지 연결용 부품

설계

망원경에 바로 연결하는 직초점 방식.

0차상(별상)과 1차상(분산)이 함께 찍히므로 교육 자료로 활용하기 편하다.

회절 필름과 센서 사이의 거리에 따라 확대율이 달라진다. (파장 분해능은 동일)

회절 필름에 경사를 주면 좋겠지만 쉽게 제작하는 것이 목표이므로 생략.

▽ 회절 필름과 센서 사이의 거리가 33mm 일 때

▽ 회절 필름과 센서 사이의 거리가 63mm 일 때

제작

카메라와 연결 부품 사이에 넣었다. 양면 테이프로 고정했고, 분산되는 방향의 조절(회전)은 T링에서 하면 된다. M42 튜브를 포함하면 회절 필름에서 센서까지의 거리는 63 mm, 제외하면 33 mm가 된다.

테스트

(1) 날씨가 계속 흐려서... 멀리 있는 불빛(타워 크레인)으로 테스트.

(2) 이것은 건물 뒤로 지는 태양의 조각. 33 mm 세팅에서 촬영하고 일부 크롭.

근적외선에서 대기 흡수선(아마도 A선 B선?)이 보인다.

테스트2

아래 사진은 며칠 전에 했던 테스트로, 회절 격자 1000라인으로 세팅하고 촬영한 결과다.

에라~ 이건 못쓰겠다.

아래는 알비레오.

회절 격자의 분산이 너무 커서 별상과 스펙트럼 사이의 거리가 멀고, 스펙트럼도 길~다.

못쓰는 이유는 이렇다. 아래는 베가를 촬영한 것.

* 0차 분산(왼쪽의 별상)과 1차 분산(오른쪽의 분산)의 초점 위치가 너무 다르다. 0차에 초점을 맞추면 1차가 엉망이고, 반대도 마찬가지.

* 1차 분산 내에서도 파장에 따라 초점이 크게 다르다. 특정 파장에 초점을 맞추면 다른 파장에서는 초점이 맞지 않는다.

계산을 해보니, 역시 엉망.

회절 격자를 기울이면 약간 좋아질 수 있겠지만 난이도가 높아진다.

그것은 개발 의도와 다른 방향이므로 안하고 싶다.

소결론

(1) 무슬릿 직초점 분광은 격자상수가 낮은 것을 이용해야 한다.

(2) 분산 스펙트럼의 길이 1~2mm로 매우 짧아 저분산 자료만 얻을 수 있다.

(3) 그럼에도 초점이 맞는 범위가 넓지 않다.

다음 과제

(1) 흑백 천문용 카메라로 테스트 하기 : 별과 성운

(2) 회절 격자로부터 백포커스는 30mm로 조정

(3) 회절 격자를 경사 3˚로 마운트하여 테스트. 경사가 있을 때와 없을 때 성능 비교

2025-10-04

목표는 고분산

▶ 목성, 토성 등 행성 자전 분석
▶ 태양 제만 효과 관측 → 자기장 세기 측정
▶ 시선 속도 측정

제작 목표

SOL'EX는 H알파선(656.3nm)에서 분광 분해능은 R=20,000 정도인데

이번 분광기는 5~6배 더 높여 보려고 한다. R=120,000

설계 방향

- 준-리트로(quasi-Littrow) 조건. 빛이 입사한 방향과 반대로 회절광이 다시 나오는 구조.

- 평면 사경을 이용하여 회절광을 카메라로 보냄으로써 기구 배치를 해결.

- 콜리메이터(포커싱 렌즈 겸용)는 초점 길이가 400~500mm인 아포크로맷 렌즈 채용

- 렌즈 바깥쪽에 반사형 회절격자 2400라인/mm 설치. 회전은 미세 조정이 가능하도록 감속기를 채용하되 기계적으로 견고해야 함. 틸트 조정 가능해야함.

- 광손실을 최소로 하기 위해 회절격자 크기는 50mmx50mm 사이즈 선택. 조금 더 크면 좋지만 경제적 타협.

가능성 확인을 위한 프로토 타입

- 기존의 굴절 망원경 바디를 사용.

Astrotech 65Q : D=65mm, f-ratio=6.5, FL=422.5mm. Apochromat Quadruple.

- 회절격자는 일단 저분산용으로. 300라인/mm. 25mmx25mm

- 슬릿은 20μm 메탈 에어갭

▽ 경통 후드 캡 안쪽에 부착했다. 각도 조절은 캡을 조금씩 움직여서.

나중에 2400라인/mm 회절격자를 사용할 때는 이런 방법으로 불가능하고 회전 장치를 별도로 만들어 부착할 예정이다.

▽ 슬릿 및 카메라 모듈

왼쪽 위는 카메라 또는 접안렌즈 연결.

오른쪽 위는 분광기(콜리메이터 방향)에 연결

왼쪽 아래는 슬릿 연결

▽ 외부에서 본 슬릿 모습

▽ 슬릿

▽ 분광기 연결 측(내부)에서 슬릿과 사경을 본 모습

슬릿에서 분광기로 들어오는 빛을 사경이 가리면 안되기 때문에 사경 중심은 광축에서 벗어나 있다.

따라서 사경의 경사각은 45도가 아니며 준-리트로 조건을 위한 틸트 만큼 각도를 조정해야 한다.

▽ 슬릿-카메라 모듈을 분광기에 결합한 모습

슬릿 없이 개구부를 열었을 때 회절격자에서 회절된(그림에서는 주황색) 빛이 접안부(카메라측) 중심으로 나오는지 확인한다. 이렇게 되도록 회절 격자 각도를 미세하게 조절해야 한다.

테스트 결과

빈 하늘 스펙트럼이다. 접안부에 접안렌즈를 끼우고 핸드폰으로 아포컬 촬영.

작은 카메라로 촬영

* 슬릿의 퀄리티가 좋지 않아 지저분하다.

* 가로 방향으로 묘하게 간섭상이 있는 것처럼 보인다. 원인은 잘 모르겠다. 향후 주의할 예정.

▽ H 알파 부근

▽ D선 부근

▽ Mg 트리플 부근

▽ Ca K, H선 부근

분석, 결론

- 초점 조작은 분광기(사실은 소형 망원경)의 초점 장치로 편하게 할 수 있다.

- 흡수선이 곡선으로 나오지 않고 직선으로 나온다.

- 상면이 평탄하다.

- 회절격자를 2400라인/mm으로 바꾸면, 위 사진보다 산술적으로 약 8배 더 분해된다. SOL'EX보다 약 4배 가까이 더 분해될 것 같다. 아주 만족스럽지는 않지만 분해능을 더 높이자니 분광기 덩치가 너무 커진다.

- 리트로 조건이라고 해서 슬릿과 카메라가 완전히 같은 위치에 올 수 없다. 슬릿과 카메라가 겹치지 않게 회피하는 방법은 두 가지가 가능하다.

(1) 준-리트로: 이번에 사용한 방법이다. 분광기 파장축 방향으로 카메라를 2~3도 정도 옮겨서 슬릿을 피하는 방식이다. 이런 설계에서 파장을 바꾸기 위해 회절 격자를 회전시키는 방향은 카메라가 있는 방향과 같다.

(2) 비축 틸트: 다음에 테스트할 방법이다. 분광기 파장축에 수직인 방향으로 카메라를 2~3도 정도 옮겨서 슬릿을 피하는 방식이다. 이런 설계에서 파장을 바꾸기 위해 회절 격자를 회전시키는 방향과 회절 격자를 기울이는 방향이 서로 수직이다. 분산각, 흡수선 경사, 왜곡이 있을 수 있지만 틸트 각이 작으면 거의 문제가 없다고 한다.