DSLR로 오로라 입체 촬영 성공
고가 장비 없이도 천문연구 가능
일반 디지털 카메라를 이용해 밤하늘의 입체영상을 찍고 각 부분의 고도를 측정하는 방법이 등장했다. 거대한 크기의 비싼 천문 관측 장비가 없는 일반인도 오로라를 연구할 길이 열렸다는 평가다.
계산 범위는 고도 50킬로미터에서 400킬로미터로 제한했다. 400킬로미터를 넘어가면 8킬로미터 차이의 카메라 두 대로는 거리를 가늠하기에 너무 멀다. 연구진은 오로라의 발생 고도를 10킬로미터 단위로 나누어 자세한 입체 지도를 완성했다.
기존에 완성된 오로라 발생 지도와 대조한 결과 정확도가 높은 것으로 나타났다. 일반인이 보유한 장비로도 높은 수준의 오로라 연구가 가능함을 증명한 것이다.
논문의 주저자인 류호 카타오카(Ryuho Kataoka) 일본 국립극지연구소 연구원은 유럽지구과학연맹의 발표자료를 통해 “천체투영관에서 상영할 오로라 입체영상을 촬영하던 중 아이디어를 떠올렸다”며 “GPS 센서를 탑재한 DSLR 카메라가 늘어나고 있는 만큼 누구나 저렴한 비용으로 오로라 연구가 가능하게 되었다”고 밝혔다.
촬영에 사용된 니콘 카메라는 수백 만원을 호가하는 전문가용 장비지만 제작기술이 발달함에 따라 더 낮은 가격의 카메라로도 정확한 오로라 입체 촬영이 가능할 것으로 예상된다.
앞으로 연구진은 밤하늘을 찍는 전 세계 천문사진가들의 작품을 한데 모으는 인터넷 사이트를 구축해 새로운 과학적 발견을 공유할 예정이다.
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| ▲ 오로라는 태양에서 방출된 전자가 빛과 에너지를 방출하는 기상현상으로 고위도의 극지방에서 주로 관찰된다. ⓒWikipedia |
미국 알래스카대학교를 비롯해 일본 국립극지연구소(NIPR), 도쿄기술연구소(TIT), 나고야대학교, 시즈오카대학교 등이 공동으로 진행한 ‘DSLR 촬영 프로젝트’가 최근 성공을 거두었다. 전자의 방출로 인해 빛과 에너지가 생겨나는 오로라 현상이 정확히 얼마의 고도에서 발생하는지를 알아내는 실험이다.
우선 어안렌즈와 GPS 센서가 장착된 두 대의 DSLR(디지털 일안 반사식 카메라)를 서로 8킬로미터 떨어진 장소에 설치해서 동일한 구역의 오로라를 동시에 촬영한다. 이후 데이터를 겹쳐서 삼각측량법으로 오로라 각 부위의 거리를 계산해낸다.
촬영 결과를 기존에 작성된 오로라 발생 지도와 대조한 결과, 전자가 방출되는 고도가 정확하게 일치해 신뢰성을 얻었다. 낮은 비용으로도 정확한 데이터를 얻어낼 수 있어 앞으로 다양한 천문 관측 분야에 사용될 가능성이 높다.
연구결과는 유럽지구과학연맹(EGU)이 발간하는 학술지 ‘아날레스 게오피지카이(Annales Geophysicae)’ 최근호에 게재되었다. 논문 제목은 ‘지상에 설치된 2대의 니콘 DSLR 카메라를 이용해 하늘 전체의 오로라 발생 고도 표시지도 입체 촬영(Stereoscopic determination of all-sky altitude map of aurora using two ground-based Nikon DSLR cameras)’이다.
아름다움의 대명사 ‘새벽의 여신’ 이름 딴 오로라 현상
고대 그리스의 시인 호메로스는 대서사시 ‘일리아스’에서 “사프란 색의 치마를 입고 장밋빛 손가락을 내미는” 아름다운 여인에 대해 노래했다. 거인족 히페리온(Hyperion)의 딸이자 태양의 신 헬리오스(Helios), 달의 신 셀레네(Selene)와는 남매 사이다.
그녀의 이름은 에오스(Eos), 새벽의 여신이다. 로마시대에는 아우로라(Aurora)라는 이름으로 불리며 미의 여신으로 추앙받았다. 금의 화학기호 Au도 아우로라에서 유래했을 정도다.
우선 어안렌즈와 GPS 센서가 장착된 두 대의 DSLR(디지털 일안 반사식 카메라)를 서로 8킬로미터 떨어진 장소에 설치해서 동일한 구역의 오로라를 동시에 촬영한다. 이후 데이터를 겹쳐서 삼각측량법으로 오로라 각 부위의 거리를 계산해낸다.
촬영 결과를 기존에 작성된 오로라 발생 지도와 대조한 결과, 전자가 방출되는 고도가 정확하게 일치해 신뢰성을 얻었다. 낮은 비용으로도 정확한 데이터를 얻어낼 수 있어 앞으로 다양한 천문 관측 분야에 사용될 가능성이 높다.
연구결과는 유럽지구과학연맹(EGU)이 발간하는 학술지 ‘아날레스 게오피지카이(Annales Geophysicae)’ 최근호에 게재되었다. 논문 제목은 ‘지상에 설치된 2대의 니콘 DSLR 카메라를 이용해 하늘 전체의 오로라 발생 고도 표시지도 입체 촬영(Stereoscopic determination of all-sky altitude map of aurora using two ground-based Nikon DSLR cameras)’이다.
아름다움의 대명사 ‘새벽의 여신’ 이름 딴 오로라 현상
고대 그리스의 시인 호메로스는 대서사시 ‘일리아스’에서 “사프란 색의 치마를 입고 장밋빛 손가락을 내미는” 아름다운 여인에 대해 노래했다. 거인족 히페리온(Hyperion)의 딸이자 태양의 신 헬리오스(Helios), 달의 신 셀레네(Selene)와는 남매 사이다.
그녀의 이름은 에오스(Eos), 새벽의 여신이다. 로마시대에는 아우로라(Aurora)라는 이름으로 불리며 미의 여신으로 추앙받았다. 금의 화학기호 Au도 아우로라에서 유래했을 정도다.
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| ▲ 아름다움의 대명사로 칭송되던 그리스 신화 속 여신 에오스(Eos). 로마 신화에서는 아우로라(Aurora)라 불린다. ⓒWikipedia |
1621년 프랑스의 천문학자 피에르 가센디(Pierre Gassendi)가 북극 근처의 하늘이 총천연색의 망사로 장식되는 기상현상을 발견하고 새벽의 여신이 나타난 듯 아름답다고 해서 ‘오로라’라는 이름을 붙였다. 가센디는 수성이 태양의 앞을 지나가는 현상을 최초로 발견한 인물이기도 하다.
오로라는 위도가 높은 극지방에서만 나타난다. 북극은 오로라 보레알리스(Aurora borealis), 남극은 오로라 폴라리스(Aurora polaris)로 구분해 부른다. 태양의 이상현상으로 자기폭풍이 발생해 지난 2003년에는 우리나라에서도 관측된 바 있다. 우리말 명칭은 ‘극광’이다.
태양에서 방출된 대전입자의 일부가 지구 대기권에 진입할 때 공기분자와 반응해 빛과 에너지가 방출되는 현상이다. 수십에서 수백 킬로미터의 고도에 걸쳐서 나타나기 때문에 정확한 위치를 찾아내기가 쉽지 않다. 게다가 시간과 계절에 따라 오로라가 발생하는 지역이 달라지기 때문에 추적이 어렵다.
이때 사용되는 것이 하늘 전체를 촬영하는 ‘전천 카메라’다. 물고기의 눈을 닮았다 해서 ‘어안 렌즈’라 불리는 돋보기 모양의 렌즈를 장착하면 일반 카메라로도 거의 모든 하늘을 찍는 것이 가능하다. 시시각각으로 변하는 오로라의 모습을 촬영하기에 적합하다.
3차원 입체사진으로 오로라를 촬영하면 더욱 생생한 모습을 담을 수 있지 않을까? 이 생각을 최초로 실행에 옮긴 사람은 100년 전 활동하던 카를 스퇴르머(Carl Størmer)다. 스퇴르머는 1913년 천문학 학술지 ‘아스트로피스 제이(Astrophys. J.)’에 발표한 논문에서 오로라의 모습을 입체로 촬영하고 발생 고도를 계산해냈다.
사람이나 동물의 눈이 2개인 이유는 서로 다른 위치에서 보이는 모습을 하나로 합치는 과정을 통해 입체감을 느끼고 거리를 측정할 수 있기 때문이다. 사람의 두 눈은 서로 5센티미터밖에 떨어져 있지 않지만 일상생활에서 마주치는 물체의 거리를 가늠하는 데는 충분하다. 오로라 입체사진도 이러한 방식으로 거리를 계산할 수 있다.
오로라 입체사진에 대한 과학자들의 관심은 이후에도 계속되었다. 1967년에는 광도계를 이용해 빛의 분포를 측정하고 재구성해 입체사진을 만들기도 했고 1979년에는 TV방송용 카메라로 입체사진을 촬영해 삼각측량법으로 오로라의 발생 고도를 측정하기도 했다. 지금까지도 북유럽과 캐나다 등 고위도 지방을 중심으로 오로라 입체사진 촬영이 지속적으로 시도되고 있다.
사람의 두 눈처럼 서로 떨어진 카메라로 입체사진 촬영
오로라를 입체사진으로 촬영하는 일은 대부분 고가의 장비를 이용해 진행되기 때문에 일반인은 시도조차 하기 어렵다.
그런데 최근 일본 국립극지연구소(NIPR)를 중심으로 구성된 미국·일본 공동 연구진이 저렴하고 효과적인 방식으로 오로라 입체사진 제작에 성공했다. 삼각측량법을 이용해 정확한 고도까지 계산해냈다.
연구진은 전문가용 DSLR 카메라로 쓰이는 니콘(Nikkon) D4 두 대를 미국 알래스카 지역에 설치했다. GPS 센서가 탑재되어 있어 정확한 위치와 시간을 기록할 수 있는 모델이다. 둘 사이의 거리는 남북 방향 8킬로미터였고 8밀리미터 초광각 어안 렌즈를 장착했다. 작동과 촬영은 인터넷을 이용해 일본에서 원격으로 조종했다.
이렇게 해서 얻어진 이미지는 가로 4천928픽셀에 세로 3천280픽셀이고 하늘 전체를 표현하기 위해 동그란 모양으로 잘라낸 사진의 지름은 3천192픽셀이었다.
카메라의 방향은 ‘돔 마스터(dome master)’ 방식에 따라 사진의 중심에 천정점이 놓이도록 위치시켰다. 이렇게 하면 사진의 윗쪽에 북쪽이, 왼쪽에 동쪽이 담긴다. 촬영한 사진에서 밝은 별을 지운 후 삼각측량법을 적용하면 오로라 각 부위의 발생 고도를 계산해낼 수 있다.
오로라는 위도가 높은 극지방에서만 나타난다. 북극은 오로라 보레알리스(Aurora borealis), 남극은 오로라 폴라리스(Aurora polaris)로 구분해 부른다. 태양의 이상현상으로 자기폭풍이 발생해 지난 2003년에는 우리나라에서도 관측된 바 있다. 우리말 명칭은 ‘극광’이다.
태양에서 방출된 대전입자의 일부가 지구 대기권에 진입할 때 공기분자와 반응해 빛과 에너지가 방출되는 현상이다. 수십에서 수백 킬로미터의 고도에 걸쳐서 나타나기 때문에 정확한 위치를 찾아내기가 쉽지 않다. 게다가 시간과 계절에 따라 오로라가 발생하는 지역이 달라지기 때문에 추적이 어렵다.
이때 사용되는 것이 하늘 전체를 촬영하는 ‘전천 카메라’다. 물고기의 눈을 닮았다 해서 ‘어안 렌즈’라 불리는 돋보기 모양의 렌즈를 장착하면 일반 카메라로도 거의 모든 하늘을 찍는 것이 가능하다. 시시각각으로 변하는 오로라의 모습을 촬영하기에 적합하다.
3차원 입체사진으로 오로라를 촬영하면 더욱 생생한 모습을 담을 수 있지 않을까? 이 생각을 최초로 실행에 옮긴 사람은 100년 전 활동하던 카를 스퇴르머(Carl Størmer)다. 스퇴르머는 1913년 천문학 학술지 ‘아스트로피스 제이(Astrophys. J.)’에 발표한 논문에서 오로라의 모습을 입체로 촬영하고 발생 고도를 계산해냈다.
사람이나 동물의 눈이 2개인 이유는 서로 다른 위치에서 보이는 모습을 하나로 합치는 과정을 통해 입체감을 느끼고 거리를 측정할 수 있기 때문이다. 사람의 두 눈은 서로 5센티미터밖에 떨어져 있지 않지만 일상생활에서 마주치는 물체의 거리를 가늠하는 데는 충분하다. 오로라 입체사진도 이러한 방식으로 거리를 계산할 수 있다.
오로라 입체사진에 대한 과학자들의 관심은 이후에도 계속되었다. 1967년에는 광도계를 이용해 빛의 분포를 측정하고 재구성해 입체사진을 만들기도 했고 1979년에는 TV방송용 카메라로 입체사진을 촬영해 삼각측량법으로 오로라의 발생 고도를 측정하기도 했다. 지금까지도 북유럽과 캐나다 등 고위도 지방을 중심으로 오로라 입체사진 촬영이 지속적으로 시도되고 있다.
사람의 두 눈처럼 서로 떨어진 카메라로 입체사진 촬영
오로라를 입체사진으로 촬영하는 일은 대부분 고가의 장비를 이용해 진행되기 때문에 일반인은 시도조차 하기 어렵다.
그런데 최근 일본 국립극지연구소(NIPR)를 중심으로 구성된 미국·일본 공동 연구진이 저렴하고 효과적인 방식으로 오로라 입체사진 제작에 성공했다. 삼각측량법을 이용해 정확한 고도까지 계산해냈다.
연구진은 전문가용 DSLR 카메라로 쓰이는 니콘(Nikkon) D4 두 대를 미국 알래스카 지역에 설치했다. GPS 센서가 탑재되어 있어 정확한 위치와 시간을 기록할 수 있는 모델이다. 둘 사이의 거리는 남북 방향 8킬로미터였고 8밀리미터 초광각 어안 렌즈를 장착했다. 작동과 촬영은 인터넷을 이용해 일본에서 원격으로 조종했다.
이렇게 해서 얻어진 이미지는 가로 4천928픽셀에 세로 3천280픽셀이고 하늘 전체를 표현하기 위해 동그란 모양으로 잘라낸 사진의 지름은 3천192픽셀이었다.
카메라의 방향은 ‘돔 마스터(dome master)’ 방식에 따라 사진의 중심에 천정점이 놓이도록 위치시켰다. 이렇게 하면 사진의 윗쪽에 북쪽이, 왼쪽에 동쪽이 담긴다. 촬영한 사진에서 밝은 별을 지운 후 삼각측량법을 적용하면 오로라 각 부위의 발생 고도를 계산해낼 수 있다.
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| ▲ 2013년 4월 17일 알래스카의 두 지점에서 초광각 렌즈로 촬영한 오로라의 모습. 사진의 윗쪽이 북쪽이고 왼쪽이 동쪽이다. ⓒEGU |
계산 범위는 고도 50킬로미터에서 400킬로미터로 제한했다. 400킬로미터를 넘어가면 8킬로미터 차이의 카메라 두 대로는 거리를 가늠하기에 너무 멀다. 연구진은 오로라의 발생 고도를 10킬로미터 단위로 나누어 자세한 입체 지도를 완성했다.
기존에 완성된 오로라 발생 지도와 대조한 결과 정확도가 높은 것으로 나타났다. 일반인이 보유한 장비로도 높은 수준의 오로라 연구가 가능함을 증명한 것이다.
논문의 주저자인 류호 카타오카(Ryuho Kataoka) 일본 국립극지연구소 연구원은 유럽지구과학연맹의 발표자료를 통해 “천체투영관에서 상영할 오로라 입체영상을 촬영하던 중 아이디어를 떠올렸다”며 “GPS 센서를 탑재한 DSLR 카메라가 늘어나고 있는 만큼 누구나 저렴한 비용으로 오로라 연구가 가능하게 되었다”고 밝혔다.
촬영에 사용된 니콘 카메라는 수백 만원을 호가하는 전문가용 장비지만 제작기술이 발달함에 따라 더 낮은 가격의 카메라로도 정확한 오로라 입체 촬영이 가능할 것으로 예상된다.
앞으로 연구진은 밤하늘을 찍는 전 세계 천문사진가들의 작품을 한데 모으는 인터넷 사이트를 구축해 새로운 과학적 발견을 공유할 예정이다.
 저작권자 2013.10.02 ⓒ ScienceTimes |
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