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작품번호
1507
제58회 전국과학전람회
별샘천문대의 관측을 저해하는
환경변인 연구
- Skyglow를 중심으로
출품분야 학생부 출품부문 지구과학
2012. 07. 10
구 분 성 명
출품학생 윤정관
지도교사 이경훈
목 차
1. 연구 동기 및 목적 ------------------------------------------- 1
2. 이론적 배경 및 연구 방법 ------------------------------------- 3
가. 이론적 배경 --------------------------------------------------- 3
1) 광해의 종류 --------------------------------------------------- 3
2) Skyglow의 영향 ----------------------------------------------- 3
3) 광해와 천문학의 관계 ------------------------------------------- 4
나. 연구 방법 ----------------------------------------------------- 6
1) 장비의 제원 및 Calibration --------------------------------------- 6
2) 전천 사진 촬영 및 처리 ----------------------------------------- 9
3) 하늘 등급 측정 및 자료 분석 ------------------------------------- 9
3. 연구 과정 및 결과 ------------------------------------------ 10
가. 연구 과정 ---------------------------------------------------- 10
1) 진행 일정 ---------------------------------------------------- 10
2) 관측 일정 ---------------------------------------------------- 10
3) 별샘천문대의 위치 및 주변 도심 분포 ----------------------------- 11
나. 관측 결과 ---------------------------------------------------- 12
1) 전천 사진 및 등광도 곡선 --------------------------------------- 12
2) 하늘 밝기 측정 및 분석 ---------------------------------------- 15
3) 영역별 RGB 값 변화 ------------------------------------------- 22
4. 결론 및 기대 효과 ------------------------------------------ 25
가. 결론 -------------------------------------------------------- 25
1) 별샘천문대 주변의 광해 정도 ------------------------------------ 25
2) 시간에 따른 하늘 밝기 변화 ------------------------------------- 25
3) 계절에 따른 하늘 밝기 변화 ------------------------------------- 26
4) 수행 가능한 연구 ---------------------------------------------- 26
나. 기대 효과 ---------------------------------------------------- 27
1) 천문대의 관측에 참고 ------------------------------------------ 27
2) 도시 광해에 대한 기초적 자료 제공 ------------------------------- 27
5. 제언 및 추후 연구 ------------------------------------------ 28
가. 관측 계획에 반영 ---------------------------------------------- 28
나. 광원별 스펙트럼 분석 및 광해의 원인 조사 ------------------------- 29
다. 지속적인 광해 변화의 추적 -------------------------------------- 29
6. 참고 문헌 ------------------------------------------------- 30
- 1 -
1. 연구 동기 및 목적
지난 2011년 8월에 신설 학교 이전과 함께 별샘천문대가 들어섰다. 별샘천문대는
7m 원형돔과 12m 보조돔을 갖춘 대학급 천문대로 7m 원형돔에는 미국 RCOS사의
32인치 리치-크레티앙식 반사망원경이 2012년에 도입되어 본교 학생들의 천문
R&E 연구와 함께 대학 및 천문 연구자들의 다양한 관측을 통한 공동연구가 진행
될 예정이다.
그런데 별샘천문대 주변에는 주거지역이 있고, 남쪽으로 4km 떨어진 곳에는 부산
대학교 정문부터 도시철도 부산대역 앞까지 대학로가 조성되어 있다. 이러한 입지
는 번화가에서 새어나오는 불빛에 의해 광해가 발생하여 어두운 천체가 보이지 않
으므로 관측에 영향을 줄 수 있다. 따라서 별샘천문대가 이러한 광해의 영향을 얼
마나 받는지, 이를 방지하고 차단하여 피해를 줄일 방법이 있는지 알아야 할 필요
가 있다.
광해는 대기 오염이나 수질 오염 만큼이나 생태계에 심각한 악영향을 끼치는 공
해의 한 종류로 인식되고 있다. 화초와 농작물의 생장에 문제를 일으키며, 필요 이
상으로 밝은 조명은 수면 부족이나 시야 방해에 따른 안전사고를 일으킬 수 있다.
비효율적인 조명은 에너지 낭비를 가져온다. 이렇게 광해는 다양한 분야에 영향을
주는 만큼 반드시 감축되어야 하고, 이를 위해 광해의 실태와 관측에 줄 악영향에
대한 정확한 측정과 심도 있는 분석이 필요하다.
광해에 의한 각종 환경 문제를 해결하기 위해 관련 학자들은 IDA(International
Dark-sky Association, 국제 밤하늘 협회)를 조직했다. 애리조나의 Tucson에 본부
를 두고 있는 IDA에는 천문학자들뿐만 아니라 다른 과학 분야에 종사하는 연구원
들과 광해와 직접적으로 관련된 조명 기사들, 넓게는 일반인과 학생들까지 다양한
직업군에 포함된 사람들이 소속되어 있다. IDA는 광해의 실태를 파악하고, 이를 줄
여나가는 여러 가지 프로젝트를 진행하고 있는데, 그 중 하나가 NOAO(미국 국립
광학천문대) 및 Globe와 공동으로 진행하는 Globe at Night가 있다.
그림 1> 전세계 광해 분포 지도 (Globe at Night 포스터)
- 2 -
Globe at Night(이하 GaN)는 전 세계의 모든 사람들을 대상으로 자신의 거주지
주변에서 발생하는 광해의 정도를 조사하여 보고하도록 하는 활동이다. 밤에 하늘
을 볼 수 있는 모든 사람이 참여할 수 있으며, 국내에서는 본교 학생들이 유일하게
매년 GaN에 보고서를 제출하며 광해 방지에 지속적으로 관심을 쏟고 있다.
그림 2> 우리나라의 광해 분포 지도 (Cinzano et al., 2001)
이와 같은 필요성에 따라, 본 연구는 별샘천문대 인근에서 발생하는 광해의 방향
별 분포 및 시간별, 계절별 변화 유형을 알아보고, 이것을 바탕으로 광해의 실태를
파악하여 광해를 피할 수 있는 관측 전략을 수립하기 위해 시작되었다.
본 연구의 목표는 다음과 같다.
가. 별샘천문대 주변의 하늘 밝기(등급)를 방위별, 고도별, 시간별로 측정하여 광
해 정도를 알아본다.
나. 하루 중 시간에 따른 하늘 등급 변화 유형과 최고등급의 변화를 알아본다.
다. 계절에 따른 하늘 등급 변화 유형을 조사하고 변화 원인을 분석한다.
라. 광해 실태에 따른 관측 전략과 계획을 수립한다.
- 3 -
2. 이론적 배경 및 연구 방법
본 연구의 목표를 달성하기 위한 이론적 배경과 연구 방법은 다음과 같다.
가. 이론적 배경
본 연구를 수행하기에 앞서 연구에 필요한 개념과 이와 관련된 선행 연구에 대해
알아보았다.
1) 광해의 종류
광해는 인간의 활동에 의해 발생한 필요 이상의 빛 때문에 생기는 공해를 말한다.
광해는 산업화의 부작용 중 하나이며, 인간 활동이 많은 도심지에서 많이 일어나지
만 주거 지역에서도 실내조명을 잘못 설치하면 발생할 수 있다. 교외 지역이라도,
유원지나 관광 구역에서 나오는 불빛에 의해서도 광해가 발생한다.
광해는 현상이나 원인 등에 의해 light clutter, light trespass, glare,
over-illumination, light glow의 다섯 가지 유형으로 나눌 수 있다.
light clutter는 과도하게 집중된 빛에 의해 발생하는 판단 착오를 말한다. 주로
공항 근처에서 이러한 피해가 자주 발생하는데, 활주로에 표시되는 유도등과 활주
로처럼 일직선으로 배열된 light clutter가 비슷해 보이기 때문이다.
light trespass는 빛이 엉뚱한 곳을 비춰서 일어나는 광해다. 대부분 조명을 잘못
된 방향을 향하도록 설치했기 때문에 발생하는데, 직간접적으로 들어오는 light
trespass는 수면 장애나 불면증을 유발하고, 멜라토닌 분비에 영향을 끼치는 것으로
알려져 있다.
glare는 주변보다 매우 강한 광원에 의한 눈부심을 의미한다. glare의 주변을 상
대적으로 어두워 보이게 하며, 반복적으로 노출되면 시각이 손상될 수 있다.
over-illumination은 불필요한 조명에 의해 발생한다. 이는 불필요한 조명을 장
시간 사용하는 것과 많은 전력량을 요구하는 조명을 사용하는 것을 포함하는 개념
으로, 광해를 일으키는 것뿐만 아니라, 에너지 효율이 떨어지기 때문에 더욱 문제가
된다.
skyglow는 대기 중에 퍼진 흐릿한 빛이 시야에 영향을 미치는 현상이다. 제대로
차광되지 않고 빛이 무분별하게 퍼져 대기 중에 산란되기 때문에 발생한다. 스모그,
황사와 같은 대기 오염과 동시에 발생하면 더욱 심해진다. skyglow는 하늘에 넓게
퍼진다는 점 때문에 천문학 연구에 있어서 심각한 문제 중 하나다.
2) Skyglow의 영향
이론적으로는 아무리 어두운 별이라도 배경 하늘보다 밝기 때문에 노출 시간을
길게 하여 CCD 카메라로 또렷하게 찍을 수 있다. 그러나 Skyglow에 의해 하늘이
밝아지면 별이 주변보다 밝지 않거나 오히려 어두워지기도 하므로 배경 하늘과 분
리되지 않아 관측할 수 없게 된다. 그림 3>에서 광해는 밤하늘을 밝게 하기 때문에
배경 하늘보다 어두운 천체는 보이지 않게 된다.
- 4 -
그림 3> 광해에 의한 하늘 밝아짐이 천체 관측에 미치는 영향
(Stellarium : http://www.stellarium.org/features_in_0.10.0.php)
3) 광해와 천문학의 관계
가장 이상적인 천문대의 입지 요건은 ‘고속도로나 도시와 매우 멀리 떨어진 지역’
에 위치한 ‘높은 산 정상’이다. 천문대를 높은 곳에 설치하는 이유는 대기에 의한
오차를 최소화하기 위해서이다. 공기의 양이 비교적 적은 고산 지대에서 관측을 수
행함으로써 대기에 의한 별빛의 소광을 줄일 수 있기 때문이다. 그러나 본 연구에
서는 광해와 관련이 없는, 대기 소광에 대한 논의를 제외하기로 한다. 천문대를 고
속도로나 도시와 매우 멀리 떨어진 지역에 설치하는 이유는 인간의 활동에 의해 발
생하는 광해를 최소화하기 위해서이다. 이는 본 연구와 직접적으로 관련이 있다.
한편, 도시로부터 얼마나 멀리 떨어져야 도심 광해를 피할 수 있는 지 알아볼 수
있는 공식으로 “워커의 법칙”(Walker, 1973)이 있고, 그 식은 다음과 같다;
I는 원래의 배경하늘보다 밝아진 정도를 의미하며, I=1.0이면 원래 배경하늘보다
100% 밝아졌으므로 배경하늘보다 두 배 밝다는 의미이다. P는 그 중심지가 d(km)
만큼 떨어진 거리에 위치한 도시의 인구를 말한다. r와 n은 거리에 따라 정해지는
상수로, 10~50km 범위에서는 r=0.01, n=2.5로 정해진다.
이 법칙에 따르면, 예를 들어 인구 350만 명이 사는 부산의 경우에는, 그 중심에
위치한 서면에서 반경 50km 떨어진 지역에서는 광해에 의해 배경 하늘의 밝기가
200% 더 밝아진다. 즉, 광해가 없을 때 보다 3배 밝아지며, 등급 단위로 환산했을
때 약 1.2등급 정도 밝아지게 된다. 인구 규모를 서면 근방에 거주하는 90만 명으로
- 5 -
줄이더라도 부산광역시 전체가 서면에서 발생한 광해의 영향으로 배경 하늘이 2배
밝아진다.
외국에 소재한 다른 천문대에서는 모두 각자의 방법으로 천문대가 위치한 지역에
서 발생하는 광해에 대한 연구를 진행한 바 있다. 스페인의 La Palma 천문대에서는
자체적으로 2.5m 반사망원경을 이용하여 B, V, R 필터에서 전천 평균등급을 각각
산출하고 인근 거주지역과 도로에 설치된 조명들을 조사해 이들이 광해에 얼마나
영향을 주는 지 조사한 바 있다. (Benn, 1998)
표 1> La Palma 천문대 주변의 광원들의 유형에 따른 광해 발생 정도 (Benn, 1998)
국내에서는 한국과학영재학교 천지인천문대에서 2006년부터 2008년까지 하늘 등
급을 측정한 바 있다(하동석, 2007 ; 김한종, 2008 ; 김민혜, 2009). 특히 김민혜
(2009)는 간이 SQM으로 천정 등급의 변화를 그림 4>와 같이 측정하였다.
천문대가 아닌 지역에서의 광해 측정은 수도권 및 서울 지역에서 수행 된 적이
있다.(김경주 외 1인, 1995 ; 나사라 외 1인, 1995)
SQM 관측
15
15.5
16
16.5
17
17.5
18
18.5
19
20 22 24 26 28 30
시간
하늘
등급 11월25일
11월26일
12월22일
그림 4> 한국과학영재학교에서 SQM으로 측정한 시간에 따른 천정 등급 변화
(김민혜, 2009)
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나. 연구 방법
본 연구를 수행하면서 사용한 장비들과 프로그램들은 크게 둘로 분류할 수 있다.
첫째가 전천 사진을 촬영하고 처리하는 기기들로, DSLR 카메라, 어안렌즈 등의 장
비들과 Adobe Photoshop, iris, MaxIm DL, StellaImage5 등의 천체 자료 처리 프
로그램들이 있다. 둘째가 하늘의 밝기를 측정하고 처리하는 기기들로, SQM-LU와
SQM Reader, MS Excel 등을 사용하였다.
1) 장비의 제원 및 Calibration
하늘 전체의 광해 분포를 파악하기 위해 180° 전천을 촬영할 수 있는 어안렌즈를
DSLR 카메라에 장착하여 전천 촬영을 하였다.
DSLR 모델명 Canon EOS 50D 어안렌즈 모델명 SIGMA 4.5mm F2.8 EX
해상도 4752 × 3168 구조 13 elements, 9groups
픽셀 크기 4.7㎛ 화각 180°
CMOS 센서 크기 22.3 × 14.9 ㎟
표 2> DSLR 카메라와 어안렌즈의 제원
하늘 밝기를 연속적, 정량적으로 측정하기 위해 Sky Quality Meter(이하 SQM)를
사용하였다.
모델명 SQM-LU
FWHM(=측정범위) 20°
light sampling time 1~80 seconds
크기 3.6×2.6×1.1 (inch)
표 3> SQM의 제원
그림 5> SQM-LU
SQM은 측정지점에서 상하좌우 20도(SQM-LU모델 기준) 범위 안의 하늘의 밝기
를 측정하는 장비이다. SQM은 측정영역에 해당하는 범위 안의 하늘의 평균 밝기를
1평방초각 당 등급 단위(mag/arcsec²)로 표시한다. (밝기, 즉, 광도에 해당하는 SI
단위(cd, 칸델라)와의 변환공식은 다음과 같다. 이 식을 통해 광해를 절대적인 수치
로써 비교할 수 있다.)
- 7 -
cd ×× magarc SQM 측정 결과로 해당 영역의 하늘 밝기의 변화를 알 수 있다. 특히, SQM-LU
를 사용함으로써 기존 모델에서는 할 수 없었던 장시간 무인 관측이 가능해졌다.
기존의 SQM이나 SQM-L 모델이 수동이었기 때문에 부정확하고 일시적이었던 것
과는 달리 이 모델에서는 컴퓨터와 연결되어 자동으로 측정이 이루어져 안정적이고
연속적으로 데이터를 수집할 수 있기 때문이다.
한편, SQM은 서로 다른 기기들 사이에 오차가 발생하기 때문에 같은 시각, 같은
장소에서 같은 하늘의 밝기를 측정하여도 기기에 따라 각기 다른 값이 나온다. 따
라서 암실의 밝기를 잰 각 기기들의 측정값 편차를 이용하여 이러한 오차를 보정해
야 한다. 이 과정을 SQM Calibration이라 하며, 이로써 SQM 데이터에 신뢰성을 얻
을 수 있다. (Cinzano, 2005)
SQM Calibration은 모든 광원으로부터 완벽하게 차단된 밀실에서 진행한다. 이
밀실에서 여러 대의 SQM을 같은 곳을 향하게 한다. 보통 연직 위 방향을 향하게
하지만, 방향만 같다면 어느 쪽이든 관계없다.
그렇게 설치한 여러 대의 SQM이 같은 곳을 동시에 측정하도록 한다. 이 측정값
들을 취합하면 같은 영역을 동시에 측정했음에도 불구하고 각 기기들의 값이 다르
게 나타난다. 또, 빛이 없는 암실인데도 SQM의 측정값이 변하기도 한다.
여러 대의 SQM이 일정한 측정값을 보인 구간들을 모두 나열했을 때, 공통적으로
측정값이 변하지 않았던 구간이 나온다. 이 구간에서 SQM 측정값의 편차를 기기별
로 구할 수 있다.
그림 6> 측정면의 실제 등급에 따른 SQM 기기
들의 측정값 편차 (Cinzano, 2005)
- 8 -
각 구간마다 생기는 SQM의 편차를 기기별로 평균을 내어 보면 그 값이 바로 해
당 기기의 오차가 된다. 따라서 나중에 그 기기를 이용한 측정값에서 Calibration을
통해 얻은 오차를 빼 주면 그 값이 실제의 등급값이 되는 것이다.
본 연구에서도 SQM 측정을 실시하기 전에 측정에 사용될 SQM들의 Calibration
을 실시했다. 창문이 없고 다른 틈이 없는 밀실에 두 SQM을 설치한 뒤, 방 안의
불을 끄고 짧은 간격으로 방 천장의 등급을 측정하였다. 비슷한 시간대에 두 대의
SQM이 동시에 안정된 값을 갖는 구간이 여덟 곳 있었고, 각각의 구간에서 측정한
암실 천장의 등급은 아래 표 4>와 같다.
비교구간 SQM 1 SQM 2 평균 측정값 편차(절대값)
1 26.05 25.09 25.57 0.48
2 20.37 19.53 19.95 0.42
3 20.34 19.57 19.96 0.39
4 8.51 8.59 8.55 0.04
5 19.2 19.24 19.22 0.02
6 19.46 19.23 19.34 0.11
7 19.22 19.25 19.23 0.01
8 19.07 19.12 19.10 0.02
평균편차 0.19
표 4> Calibration을 통해 알아낸 측정값의 보정치
SQM으로는 천정(Z), 천구의 북극(P), 남쪽 30°(30S) 지역의 밝기를 측정하였으며,
공백으로 둔 칸은 해당 시각에서 해당 방향을 측정한 SQM의 측정값이 0을 가리켰
음을 의미한다. 즉, 너무 밝기 때문에 밝기를 측정할 수 없다는 의미이다.
Carlibration을 거친 SQM 측정값을 MS Excel을 사용하여 취합하고, 그래프를 그
렸다. 이를 이용하여 시간, 월령, 계절 변화에 따른 밤하늘의 밝기 변화를 정량적으
로 알아볼 수 있다.
측정 기간 동안에는 밤낮 상관없이 설치한 SQM을 다시 해체하거나 회수하지 않
고 연속적으로 두고 측정했으나, 해가 떠 있는 동안에 측정한 데이터는 모두 0이라
는 null 값을 기록했기 때문에 삭제하고 보고서에 싣지 않았다. 관측일지에는 17시
50분부터 다음 날 7시 30분까지 측정한 데이터를 공백까지 포함하여 모두 실었고,
그 이전이나 이후에도 데이터가 있다면 역시 모두 포함하여 기재했다.
- 9 -
그림 7> SQM-LU와 DSLR을 설치한 모습
왼쪽에 천정, 천구의 북극, 남쪽 30°를 각각 가리키는 SQM-LU 세 대가
고정되어 있고, 오른쪽에 어안렌즈를 장착한 DSLR이 설치되어 있다.
2) 전천 사진 촬영 및 처리
DSLR에 어안렌즈를 부착하여 촬영하면 전천에 걸친 광해의 분포를 알 수 있다.
또한 일정한 시간 간격을 두고 같은 위치에서 전천을 촬영하여 시간별 광해 정도의
변화를 알 수 있으며, 같은 월령과 시각에 해당하는 사진들을 비교하면 계절에 따
른 광해 정도의 변화도 알 수 있다.
여러 가지 사진 처리 프로그램들을 이용하면 광해의 분포를 더욱 정확히 알 수
있다. 광해의 발생 범위를 알기 위해 사진에 극좌표계를 넣고 어안 사진을 파노라
마 형태로 펼치는 작업은 iris를, 하늘의 밝기 분포를 알기 위해 사진에 등광도 곡
선을 그리는 작업은 StellarImage5를, 사진에 찍힌 광해의 RGB값의 분포를 알아보
기 위해 MaxIm DL을 이용했다.
3) 하늘 등급 측정 및 자료 분석
국내에서 진행된 기존 선행연구들은 CCD 카메라로 표준성을 촬영하여 표준성의
등급과 그 주변 하늘의 밝기를 비교하는 방법으로 하늘의 등급을 측정하였다.(하동
석, 2007 ; 김한종, 2008 ; 김민혜, 2009 ; 최승언 외 3인, 2009) 그런데 본 연구를
수행하기 위해서는 하늘 밝기의 변화를 장기간 연속적으로 측정해야 할 필요가 있
기 때문에 데이터 획득이 단속적이며, 번거로운 이미지 분석 과정을 거치는 기존의
연구 방법을 사용할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 CCD 카메라 대신에 SQM을,
특히 USB 케이블 연결을 통한 고정 측정이 가능한 SQM-LU 모델을 사용했다.
- 10 -
3. 연구 과정 및 결과
가. 연구 과정
본 연구는 다음과 같이 수행되었다.
1) 연구 진행 일정
전천 촬영과 하늘 밝기 측정은 계절에 따라 크게 세 차례로 나누어서 실시했다.
즉, 1~2월을 동절기로, 3~4월을 춘절기로, 5~6월을 하절기로 구분하여 각 시기가
끝날 때마다 수집한 자료를 한꺼번에 취합하여 분석하였다.
또한, 불규칙적인 데이터를 얻었을 경우를 대비해, 그 원인을 찾기 위해 관측을
실시할 때마다 관측일에 해당하는 기상 자료도 수집하였다.
12 1 2 3 4 5 6 7
기기 사용 실습
전천 촬영 및 하늘 밝기 측정
데이터 처리 및 분석
보고서 제작
표 5> 월별 연구 진행 일정
2) 관측 일정
달이 떠 있으면 달 주변이 밝아지기 때문에 전천이 밝아진다. 그런데 삭(월령 1
일) 직전 5일 동안에는 저녁에 달이 뜨지 않기 때문에 달빛에 의해 그 주변이 밝아
지지 않으므로 달빛의 영향을 완벽히 배제할 수 있기 때문에 월령 25일~30일에 데
이터를 수집하여 광해만이 하늘에 주는 영향을 더 잘 알 수 있다. 단, 구름이 끼거
나 비가 오는 날, 습도가 75% 이상을 기록한 날은 제외하였다.
월/월령 25일 26일 27일 28일 29일 30일,1일
1월 23~24
2월 16~17 17~18 18~19 19~20 20~21
3월 19~20 20~21 21~22
4월 15~16 17~18
5월 16~17
표 6> 촬영 및 측정 실시 일정
- 11 -
3) 별샘천문대 위치 및 주변 도심 분포
별샘천문대는 부산시 금정구 구서동 산4-2번지에 위치하고 있다. ‘구글 어스’와
간이 GPS를 이용하여 구한 좌표는 경도 129° 04‘ 55.49“ 위도 35° 15’ 46.99”이며,
고도는 해발 129m이다.
그림 8> 별샘천문대의 위치
별샘천문대의 남쪽 3km 방향에 부산대학교와 인근 대학가 상가들이 밀집해 있으
며, 12km 남쪽 방향에 부산의 주도심인 서면이 위치하고 있다. 서쪽 6km까지는 금
정산이 위치하며, 금정산 건너편에는 낙동강과 평야 지대가 위치하여 광해 발생 정
도가 낮다. 동쪽으로 6km 지점까지 수자원 보호구역이 위치하여 별샘천문대의 천문
대 입지는 비교적 좋은 편에 속한다.
- 12 -
나. 관측 결과
관측 및 분석은 계절에 따라 동절기, 춘절기, 하절기로 구분하여 진행했으나, 하절
기에는 관측 가능한 모든 날짜의 기상 상황이 좋지 않았기 때문에 관측으로 수집한
데이터가 없어 분석을 진행하지 못했다.
1) 전천 사진 및 등광도 곡선
삼각대 위에 고정한 카메라의 중심이 천정을 향하고 촬영된 사진의 위쪽이 북쪽
이 되도록 설치한다. 이는 파노라마로 처리된 사진들의 건물 및 광해의 분포를 일
정한 위치에 고정하기 쉽게 하기 위함이다.
습도가 낮고 구름이 거의 없는 날에 일몰 직전부터 일출 직전까지 인터벌 릴리즈
를 이용하여 5분 간격으로 촬영을 진행하였다. 이는 SQM의 측정과 전천사진 촬영
을 동시에 진행하기 위함이다.
Canon EOS 50D에 SIGMA 4.5mm fisheye를 장착하고 ISO 감도는 800, F수는
5.6으로 설정한 뒤, 4초간 노출을 주어 촬영했다.
촬영을 수행한 모든 날짜에서 일출 및 일몰, 저녁 및 새벽 천문박명 전후, 그 사
이 한 시간에서 두 시간 간격의 사진들을 골라서 등광도 곡선으로 나타내었다. 데
이터를 얻은 11개 날짜들 중에서 하늘의 밝기 변화가 가장 안정적이었던 2월 19일
의 사진과 등광도 곡선을 [그림 9～12]에 제시하였다.
사진 촬영 결과, 광해는 남남동쪽에서 가장 심했으며, 금정산이 위치한 서쪽보다
는 거주 지역이 있는 동쪽에 광해가 더 심한 경향을 보였다. 특히 남남동쪽에 발생
한 광해는 고도 50° 넘어서까지 분포하기도 했다.
- 13 -
① 18시 40분
14.51
14.29
13.55
② 19시 35분
18.11
18.00
16.58
그림 9> 2월 19일 18시 40분 및 19시 35분의 전천 사진 및 등광도 곡선
③ 21시 30분
18.30
18.18
16.74
④ 24시 00분
18.79
18.59
17.31
그림 10> 2월 19일 21시 30분 및 24시 00분의 전천 사진 및 등광도 곡선
일몰 직후인 18시 40분에 촬영된 [그림 9]의 ①은 노출 과다로 인해 전반적으로
밝게 촬영되었다. 천정에서는 14.51등급, 남남동쪽 고도 30° 영역에서는 13.55등급으
로 이 두 영역의 밝기 차이는 0.96등급이다. 저녁 천문박명 직후에 촬영된 사진 ②
는 천정에서 18.11등급, 남남동쪽 고도 30° 영역에서는 16.58등급으로 이 두 영역의
밝기 차이는 1.53등급이다.
사진 ③과 ④는 저녁 천문박명 시각부터 하늘의 밝기가 안정해질 때까지 저녁동
안 전천의 밝기 변화를 보여준다. 사진 ②에서 ④로 갈수록 하늘의 밝기가 전체적
으로 어두워지는데, 천정과 남쪽 30° 영역의 등급 차이가 1.53에서 1.56으로 증가했
다가 24시에 1.48로 줄어들었다. 두 영역의 등급 차이가 줄어든다는 것은 밤이 깊어
지면서 인간 활동이 줄어듦에 따라 광해도 점점 줄어든다는 의미이다.
- 14 -
⑤ 02시 00분
19.03
18.81
17.61
⑥ 04시 00분
19.08
18.85
17.64
그림 11> 2월 20일 2시 및 4시 정각의 전천 사진 및 등광도 곡선
⑦ 05시 35분
19.10
18.84
17.56
⑧ 06시 35분
14.34
14.04
13.30
그림 12> 2월 20일 05시 35분 및 06시 35분의 전천 사진 및 등광도 곡선
사진 ⑤와 ⑥은 하늘의 밝기가 19등급 이상에서 안정된 후의 전천 사진이다. 천정
등급과 남쪽 30° 영역의 하늘 등급이 거의 일정하다. 새벽에는 인간 활동이 거의 없
어 광해의 영향을 적게 받기 때문이다. 새벽 2시 경 부터 하늘의 밝기는 거의 일정한
값을 기록하고 있다.
사진 ⑦은 새벽 천문박명 직전의 사진이다. 사진 ⑥과 비교했을 때, 천정등급은
올라갔지만 남쪽 하늘의 등급은 오히려 0.08등급 작아져 두 영역의 밝기 차이가 다
시 벌어졌다. 새벽이 되면서 다시 인간의 활동이 발생하기 때문에 광해가 다시 생
기기 때문이다. 사진 ⑧은 일출 직전의 전천사진으로, 사진 ①에서와 마찬가지로 밝
게 찍혔다. 여기서도 천정이 14.34등급으로 가장 어두웠으며, 남쪽 30°에서 13.30등
급으로 가장 밝았다.
- 15 -
2) 하늘 밝기 측정 및 분석
천정은 지면에서 올라오는 빛의 영향을 제일 적게 받기 때문에 전천 중에서 제일
어두운 영역이며, 천구의 북극은 광해가 분포한 부분과 비슷한 고도(부산에서 약
35°)면서 정반대 방향이기 때문에 남쪽 30° 부분의 하늘 밝기를 이 두 영역과 비교
하면 광해가 하늘 밝기 분포에 어떤 영향을 주었는 지 알 수 있다.
가) SQM 측정
SQM-LU 3대를 각각 천정(Z), 천구의 북극(P), 광해가 심한 지역(30°S)을 각각
향하도록 설치하고 노트북에 연결한 뒤, 5분 간격으로, 전천 사진 촬영과 같은 시각
에 하늘 밝기 측정을 시행했다. 5분 간격으로 측정을 진행한 이유는, SQM-LU를
구동하는 프로그램인 Knightware사의 SQM Reader에서 설정할 수 있는 최단 시간
간격이 5분이기 때문이다. 표 7>은 이렇게 얻은 데이터의 일부를 나타낸 것이다.
Time Z P 30S Time Z P 30S Time Z P 30S Time Z P 30S18:45 15.7 15.45 14.66 21:30 18.3 18.18 16.74 0:10 18.86 18.65 17.4 2:50 19.07 18.84 17.6318:50 16.63 16.37 15.5 21:35 18.31 18.19 16.74 0:15 18.88 18.67 17.43 2:55 19.07 18.84 17.6318:55 17.29 17.06 16.05 21:40 18.32 18.2 16.74 0:20 18.9 18.67 17.45 3:00 19.08 18.85 17.6419:00 17.71 17.53 16.34 21:45 18.34 18.21 16.77 0:25 18.91 18.69 17.46 3:05 19.07 18.84 17.6319:05 17.92 17.77 16.46 21:50 18.34 18.21 16.78 0:30 18.93 18.71 17.48 3:10 19.08 18.84 17.6419:10 18.02 17.91 16.52 21:55 18.36 18.23 16.81 0:35 18.94 18.72 17.49 3:15 19.08 18.85 17.6419:15 18.06 17.96 16.54 22:00 18.38 18.26 16.84 0:40 18.95 18.72 17.5 3:20 19.08 18.86 17.6419:20 18.07 17.97 16.56 22:05 18.42 18.28 16.88 0:45 18.96 18.74 17.52 3:25 19.08 18.85 17.6319:25 18.09 17.99 16.56 22:10 18.43 18.31 16.89 0:50 18.98 18.75 17.54 3:30 19.08 18.86 17.6319:30 18.1 17.99 16.58 22:15 18.45 18.32 16.9 0:55 18.98 18.74 17.54 3:35 19.08 18.86 17.6319:35 18.11 18 16.58 22:20 18.45 18.32 16.91 1:00 18.99 18.76 17.55 3:40 19.08 18.86 17.6319:40 18.11 18.01 16.59 22:25 18.48 18.33 16.92 1:05 18.99 18.76 17.55 3:45 19.08 18.86 17.6419:45 18.11 18.01 16.59 22:30 18.48 18.35 16.94 1:10 18.99 18.76 17.55 3:50 19.08 18.86 17.6419:50 18.12 18.01 16.59 22:35 18.5 18.35 16.95 1:15 19.01 18.77 17.57 3:55 19.08 18.86 17.6519:55 18.12 18.02 16.6 22:40 18.5 18.36 16.96 1:20 19 18.77 17.57 4:00 19.08 18.85 17.6420:00 18.13 18.02 16.59 22:45 18.51 18.36 16.98 1:25 19.01 18.77 17.57 4:05 19.09 18.85 17.6320:05 18.13 18.02 16.6 22:50 18.52 18.38 16.99 1:30 19.01 18.77 17.58 4:10 19.08 18.85 17.6320:10 18.13 18.03 16.6 22:55 18.53 18.39 17.01 1:35 19.01 18.77 17.58 4:15 19.07 18.85 17.6320:15 18.13 18.02 16.6 23:00 18.57 18.43 17.05 1:40 19.01 18.78 17.58 4:20 19.07 18.84 17.6120:20 18.13 18.03 16.6 23:05 18.6 18.44 17.09 1:45 19.01 18.77 17.59 4:25 19.07 18.84 17.6220:25 18.13 18.03 16.61 23:10 18.61 18.47 17.1 1:50 19.02 18.79 17.6 4:30 19.08 18.84 17.6220:30 18.13 18.03 16.61 23:15 18.62 18.46 17.11 1:55 19.03 18.81 17.61 4:35 19.07 18.84 17.6120:35 18.13 18.03 16.61 23:20 18.64 18.46 17.12 2:00 19.03 18.81 17.61 4:40 19.06 18.84 17.620:40 18.14 18.05 16.61 23:25 18.65 18.47 17.13 2:05 19.04 18.81 17.63 4:45 19.08 18.84 17.620:45 18.14 18.05 16.62 23:30 18.65 18.48 17.14 2:10 19.05 18.81 17.62 4:50 19.09 18.86 17.5920:50 18.16 18.07 16.63 23:35 18.68 18.49 17.16 2:15 19.05 18.81 17.79 4:55 19.1 18.87 17.5920:55 18.18 18.07 16.65 23:40 18.69 18.51 17.18 2:20 19.05 18.79 17.61 5:00 19.09 18.86 17.5821:00 18.2 18.09 16.67 23:45 18.7 18.52 17.2 2:25 19.05 18.83 17.62 5:05 19.11 18.86 17.5821:05 18.21 18.11 16.68 23:50 18.71 18.53 17.22 2:30 19.06 18.84 17.62 5:10 19.11 18.86 17.5921:10 18.22 18.12 16.69 23:55 18.74 18.54 17.25 2:35 19.05 18.83 17.62 5:15 19.12 18.86 17.5921:15 18.24 18.14 16.7 0:00 18.79 18.59 17.31 2:40 19.07 18.85 17.62 5:20 19.11 18.85 17.5721:20 18.25 18.14 16.71 0:05 18.84 18.63 17.38 2:45 19.07 18.84 17.63 5:25 19.1 18.84 17.5621:25 18.25 18.15 16.72
표 7> 2월 19~20일 영역별 SQM 측정값
- 16 -
보고서에는 측정한 데이터를 모두 싣지는 않고, 시간별 광해의 변화를 가장 눈에
띄게 보여주는 2월 19일 밤에 얻은 데이터만을 선택하여 표 7>에 실었다.
나) 하루 동안 시간에 따른 하늘의 밝기 변화
앞에서 제시된 표에 기재된 값들을 바탕으로 측정값의 변화를 알아보기 위해 시
간-등급 그래프를 그렸다. 이 때, 기상 악화 또는 습도 상승과 같은 이유로 하늘
밝기가 불규칙적으로 측정된 데이터들은 하늘 밝기 변화를 분석하는 대신에, 측정
값이 불규칙했던 원인을 찾았다.
그래프를 봤을 때, 저녁 천문박명 직후에 하늘의 밝기는 일정한 값을 유지하고 있
다. 그러다가 천문박명 이후 한 시간 가량 지나면 측정값이 계속 오르기 시작하고,
0시가 되면 상승세가 둔해지기 시작한다. 그 이후 조금씩 등급이 증가하다가 점차
측정값이 일정해진다. 새벽 천문박명을 지나고 30분 뒤부터는 해가 뜨면서 다시 하
늘이 밝아지기 시작한다.
이하 그래프의 가로축은 시각, 세로축은 등급(magnitude)이다.
(1) 동절기(1～2월)
아래 그림 13>은 2월 19일 밤부터 20일 새벽까지 측정한 밤하늘의 밝기 변화를
나타낸 그래프이다. 그림 13>에 표시된 원숫자는 그림 9～12>에서 촬영한 전천 사
진들이 그 시각에 찍혔음을 표시한다. 또, 그래프에 세로로 그려진 검은색 실선은
저녁 및 새벽 천문박명시각을 나타낸다.
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
그림 13> 2월 19~20일 (월령 28일)
천정, 천구의 북극 및 남쪽 30° 부분의 하늘 밝기 변화
①~⑧은 그림 9~12>의 전천사진을 촬영한 시각을 나타낸 것이며, 사진의 번호와 같다.
- 17 -
2월 19일 저녁 천문박명 시각은 19시 34분, 20일 새벽 천문박명 시각은 5시 41분
이었고, 달은 천문박명 시각과 거의 비슷한 20일 5시 39분에 떴다.
천문박명 이전인 새벽 2～3시부터 최고등급을 기록하고 그 값을 천문박명 때까지
계속 비슷하게 유지하는 형태를 보였다. 영역별 최고등급은 각각 천정에서 19.12등
급, 천구의 북극에서 18.87등급, 남쪽 30°에서 17.79등급을 기록했다. (다만, 남쪽 30°
에서의 저 등급 값이 오차로 간주된다면, 해당 영역의 최고등급은 17.79등급이 아닌
17.65등급이 될 것이다.) 남쪽 30° 지역은 천정보다 약 1.49등급, 천구의 북극보다
1.30등급만큼 낮아졌다. 지속적으로 등급차가 줄어들고 있음을 알 수 있다. 이 날
습도는 저녁에 29%, 새벽에 46%를 기록했다.
17일과 18일에도 19일과 비슷한 규칙적인 데이터를 얻었고, 역시 아래 [그림 14]
와 [그림 15]에 나타내었다.
그림 14> 2월 17~18일 (월령 26일)
천정, 천구의 북극 및 남쪽 30° 부분의 하늘 밝기 변화
그림 15> 2월 18일~19일 (월령 27일)
천정, 천구의 북극 및 남쪽 30° 부분의 하늘 밝기 변화
- 18 -
(2) 춘절기(3～4월)
봄에는 3월에 사흘(19～21일), 4월에 이틀(15일, 17일) 동안 측정했으나, 3월 20일
과 4월 17일을 제외한 다른 날들은 모두 기상 상황이 좋지 않았다.
그림 16> 3월 20~21일 (월령 28일) 천정, 천구의 북극 및 남쪽 30° 부분의
하늘 밝기 변화
3월 20일 저녁 천문박명 시각은 20시 정각, 21일 새벽 천문박명 시각은 5시 2분이
다. 월출 시각은 21일 5시 18분으로, 천문박명 이후에 달이 떴기 때문에 새벽 천문
박명 이전까지 달빛에 의한 영향은 없다.
평소보다 매우 이른 2시 경에 전 영역에서 최고등급을 기록하고 하늘 밝기가 안
정적으로 유지되었다. 최고등급은 각각 천정에서 18.85등급, 천구의 북극에서 18.29
등급, 남쪽 30°에서 17.30등급이었다.
이 날 남쪽 30° 지역에서 천정과의 등급 차는 평균 1.59등급, 천구의 북극과의 등
급 차는 1.09등급이었다. 천구의 북극과 남쪽 30° 지역의 밝기 차이가 많이 감소한
것으로 봤을 때, 역시 2월에 비해 지면에서 올라온 광해가 더 심해졌음을 알 수 있
다.
이 날 습도는 20%로 매우 낮았다. 60%를 상회하던 전날 데이터와 비교해 봤을
때 하늘 밝기가 확연히 안정적이다.
- 19 -
그림 17> 4월 17~18일 (월령 27일) 천정, 천구의 북극 및 남쪽 30° 부분의
하늘 밝기 변화
4월 17일 저녁 천문박명 시각은 20시 28분, 18일 새벽 천문박명 시각은 4시 18분,
월출 시각은 3시 51분이었다.
새벽 천문박명 직전까지 등급이 계속 증가하는 모습을 보였다. 최고등급은 천정에
서 18.85등급, 천구의 북극에서 18.26등급, 남쪽 30°에서 17.08등급을 기록했고, 이
지역은 천정보다 평균 1.89등급, 천구의 북극보다 평균 1.33등급 더 밝았다.
다른 지역에서 최고등급은 3월과 거의 비슷했고, 아주 약간 밝아졌을 뿐이지만,
남쪽 30° 지역은 3월보다 0.2등급, 2월보다는 0.7등급 가량 감소하여 그 변화가 눈에
띄게 컸다. 이는 남쪽 30° 지역의 하늘 밝기는 자연적인 요인 외에도 인간 활동에
의해 밝아진다는 사실을 확인시켜준다.
이 날 데이터는 구름이 많이 끼지 않아 안정적으로 나왔다. 그러나 이 날 이후에
는 기상 악화로 인해 더 이상 측정을 진행하지 못했다.
다) 같은 월령에서 시간에 따른 하늘 밝기 변화
그림 18～21>에서는 비슷한 월령에서 측정한 하늘 등급 변화를 표시했다. 월령에
따라 묶는 이유는 달이 매우 밝아 지평선 아래에서도 전천의 밝기에 영향을 줄 수
있기 때문이다. 따라서 월령을 통제변인으로 하면 천구 상에서 달의 위치가 비슷해
지므로 지평선 아래에서 전천에 주는 달빛의 영향이 같아진다.
월령만 같고 밤의 길이가 달라 발생하는 차이를 보완하면서, 새벽 천문박명 직전
의 등급 변화와 최고등급의 위치를 분명히 알게 하기 위해 데이터를 새벽 천문박명
시각을 맞춰서 표시했다. 그림 18>과 그림 20>은 다른 날짜의 같은 시각에 나타난
등급의 변화를 그대로 표시했고, 그림 19>와 그림 21>은 새벽 천문박명 시각이 일
- 20 -
치하도록 데이터를 움직여놓은 것이다. 데이터를 움직인 두 그래프에 그려진 검정
색 실선은 데이터를 움직인 기준이 되는 새벽 천문박명 시각을 나타낸 것이며, 이
두 그래프에서의 X축 값은 천문박명 이후에 경과된 시간(분)을 의미한다.
2월 2월
3월 3월
4월 4월
그림 18> 2월, 3월 및 4월 밤하늘의 천정 등급 변화
천정의 최고등급은 2월 19일에 19.12등급, 3월 20일과 4월 17일에 18.85등급을 기
록하여 봄 기간의 밤하늘의 최고등급이 겨울일 때보다 0.27등급 낮아졌다. 세 날짜
에서 밤의 길이가 다르기 때문에 새벽 천문박명 시각에 맞춰 그래프를 옮겨 봤을
때 그 차이가 더 잘 드러난다.
천정등급이 일정한 값을 가리키기 시작하는 시기는 세 날짜 모두 2시 경이었다.
즉, 인간의 활동에 의한 skyglow가 전천에 영향을 주는 시각은 새벽 2시까지이며,
그 이후에는 천문박명 시각까지 천정 부근의 하늘이 밝아지지 않았다.
2월 3월 4월
그림 19> 천정 등급 변화를 새벽 천문박명 시각에 맞춰 조정한
그래프
- 21 -
2월 2월
3월 3월
4월 4월
그림 20> 2월, 3월 및 4월의 남쪽 30° 부분 하늘 밝기 변화
남쪽 30° 하늘의 최고등급은 2월 19일에 17.79등급, 3월 20일에 17.30등급, 4월 17
일에 17.08등급을 기록하여 봄일 때가 겨울일 때보다 0.72등급 낮았다. 천정에서보
다 더 큰 변화를 보였는데, 이것은 skyglow가 겨울보다 여름에 심해졌기 때문이다.
천정에서의 하늘 밝기 변화는 광해의 영향을 받지 않으므로 광해가 없는 이상적
인 하늘에서는 계절에 따라 전천의 모든 구역에서 천정에서와 동일한 등급 변화가
일어나야 한다. 그러나 남쪽 30°에서는 그보다 큰, 0.72등급의 변화를 보였다.
분석한 세 날짜는 공통적으로 맑은 날이었고, 27일 또는 28일로 월령이 비슷했으
므로 하늘 밝기가 더 많이 밝아진 원인으로는 습도와 기온을 들 수 있다. 즉, 습도
와 기온이 높아질 때 skyglow가 더 심해진다는 결론을 내릴 수 있다.
2월 3월 4월
그림 21> 남쪽 30°S 부분 하늘의 등급 변화를 새벽 천문박명 시
각에 맞춰 조정한 그래프
- 22 -
추가적으로, 세 날짜에서의 하늘 밝기 변화가 거의 비슷했다. 우선, 저녁 천문박명
직후부터 새벽 1~2시 경 까지는 하늘의 밝기가 급격히 감소하고 있었다. 이 때 밤
하늘은 6시간 동안 1등급 증가, 즉, 6시간동안 2.5배 더 어두워졌다. 2시 이후로는
해당 날짜 및 영역에서 거의 일정한 밝기를 유지하다가, 새벽 천문박명 직전에 제
일 어두워져 최고등급을 기록한다.
이러한 패턴은 제시된 세 날짜 외에, 관측을 수행한 11개 날짜 대부분에서 공통적
으로 발견되는 패턴이며, 이 패턴을 무시하고 하늘 밝기가 불규칙적이었던 날들은
모두 흐리거나 습도가 높은 날이었다는 점으로 미루어 봤을 때, 본 연구에서 얻은
하늘 밝기의 변화가 skyglow의 일별 변화를 나타내는 패턴이라 할 수 있다.
3) 영역별 RGB 값 변화
광해의 분포와 변화를 보다 정량적으로 알아보고 skyglow에 영향을 미치는 광원
의 유형을 알아 보기 위해 하늘 영역별로 RGB 값의 분포를 알아보았다.
방위별 광해의 RGB값 분포는 MaxIm DL을 이용하여 북쪽에서 남쪽으로 그은
Vertical Box 안의 Line Profile을 얻어내어 어느 방향에서 광해가 심한지, 다른 곳
보다 얼마나 심한지, 어떤 값이 우세한 지를 조사하였다.
가) 방위에 따른 RGB 값 분포
광해의 자오선 분포는 다른 지역보다 남쪽에 월등히 높게 분포해 있다. 북쪽에도
약하게 광해가 분포하고 있었기 때문에 광해의 분포는 그림 22>의 아래쪽 그래프
들에서 보듯이, J자형을 하고 있다.
광해의 영향을 받지 않는 천정에서의 RGB 값은 모두 15보다 작았으며, 이것은
거의 검정색이나 다름없다. 그나마 세 값 중에서는 B값이 제일 우세했다. 북쪽에는
광해가 적었지만 지표 근처에는 약하게 광해가 있음을 알 수 있다. 북쪽 지평선 근
처의 광해는 R값이 우세했다. 광해가 제일 심한 남쪽에는 다른 두 영역보다 월등히
높은 값을 보였다. R, G값이 비슷한 수준으로 B값보다 우세했다.
나) 시간에 따른 RGB 값 변화
그림 23>～그림 25>는 기상 상황이 좋았던 2월 19～20일, 3월 20～21일, 4월 1
7～18일에 촬영한 사진들 중 천문박명 직후부터 두 시간 간격으로 찍힌 다섯 또는
여섯 장에 대해 RGB 값을 천정과 남쪽 30° 지역에서 각각 얻은 것을 나타낸 그래
프이다. 위쪽 그래프가 천정에서, 아래쪽 그래프가 광해가 발생한 남쪽 30° 지역에
서 나타난 RGB 값이다. 그림 26>에 표현된 그래프는 구름이 끼지 않았음에도 광해
가 심했던 3월 19～20일에 촬영한 사진에 대해서 RGB 값을 추출한 결과이다.
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그림 22> (왼쪽 위부터 시계방향으로) 자오선 영역을 표시한 전천사진, 북쪽, 천정, 남쪽에
서의 RGB 값, 자오선 영역에서의 RGB 값 분포도(각각 최소, 최대, 평균)
네 날짜 모두 천정에서의 R, G, B 값은 큰 변화를 보이지 않았다. 단지, 4월 18일
3시에서 5시 사이에 천정의 RGB 값이 모두 증가했는데, 이것은 이 날 천문박명이
4시 18분으로, 5시에는 이미 태양 때문에 전천이 어느 정도 밝아진 상태였기 때문
이다. 또, 밤이 깊어질수록 남쪽 30° 지역의 광해는 모두 감소하는 모습을 보였다.
R, G, B 세 값 중에서는 천정에서는 B 값이, 남쪽 30°에서는 R 값이 우세했다.
천정과는 달리, 남쪽 30°에서는 R, G 값 모두가 B 값보다 큰 값을 보였다. 광해의
영향을 전혀 받지 않은 천정에서와는 다른 경향을 보이는 것은 광해 때문이라고 추
론할 수 있고, 그 광해를 이루고 있는 빛의 파장은 황색 계열일 것이라고 추정할
수 있다.
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그림 23> 2월 19~20일 천정(좌) 및 남쪽 30° 지역(우) RGB 값
그림 24> 3월 20~21일 천정 및 남쪽 30° 지역 RGB 값
그림 25> 4월 17~18일 천정 및 남쪽 30° 지역 RGB 값
그림 26> 3월 19~20일 천정 및 남쪽 30° 지역 RGB 값
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4. 결론 및 기대 효과
가. 결론
본 연구를 통해 얻은 데이터를 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 내렸다.
1) 별샘천문대 주변의 광해
전천 사진과 등광도 곡선을 이용해 광해의 분포를 알아본 결과, 광해는 주로 남쪽
에 분포해 있었고, 북쪽에서도 약간의 광해가 촬영되었다. 또, 서쪽보다 동쪽이 광
해의 영향으로 더 밝았다. 서쪽에 금정산이 있기 때문이기도 하지만, 동쪽에는 고속
도로와 주거지역, 골프장까지 위치해 있기 때문에 서쪽에 비해 훨씬 많은 조명들이
켜져 있기 때문이다.
광해가 분포한 남쪽 중에서도 방위각 160° 부분에서 제일 밝은 부분이 나타나 이
곳에 광해의 근원지가 있음을 알 수 있었다. 남쪽 하늘의 광해는 일몰 직후에 고도
50°까지 올라왔으며, 시간이 지날수록 점점 광해의 고도가 낮아졌다.
별샘천문대의 천정 최고등급은 2월에 나타났으며, 그 값은 19.15등급(2월 18일)이
다. 이는 한국과학영재학교 천지인천문대에서 18.8등급(하동석, 2007)과 18.5등급(김
민혜, 2009)이 나타난 것과 비교해봤을 때, 그보다 약간 더 어두운 것이다. 그런데
천지인천문대에서 측정한 천정 최고등급의 크기가 갈수록 작아지고 있기 때문에,
2012년 현재에는 17등급 후반에서 18등급 초반 정도라고 예측할 수 있다. 따라서
별샘천문대의 기본적인 관측 여건은 천지인천문대보다 좋다.
하지만 외국 천문대에 비해서는 매우 열악한 환경이다. La Palma 천문대의 경우
에는 천정 최고등급이 21～22등급을 기록(Benn, 1998)했고, 이는 La Palma 천문대
의 하늘 밝기는 별샘천문대보다 약 6~13배 더 어둡다는 것을 의미한다.
종합하면, 현재 별샘천문대 주변의 광해 수준은 관측 임무 수행을 방해하는 정도
는 아니라고 할 수 있다. 별샘천문대가 주요 관측 천체로 삼을 NGC 목록이나 소행
성들이 대부분 17～18등급인 것을 생각해볼 때, 별샘천문대에서도 충분히 이러한
천체들을 관측할 수 있기 때문이다. 하지만 La Palma 천문대처럼 “광해가 문제되지
않을 정도로 매우 좋은 관측지”(Benn, 1998)는 분명히 아니므로, 앞으로도 별샘천문
대 주변의 광해가 지금보다 더 심해지지 않도록 철저한 감시와 관리가 필요하며,
더 나아가서 이러한 광해를 감축하는 데에도 노력을 기울여야 할 것이다.
2) 시간에 따른 하늘 밝기 변화
시간별 광해 분포는 그림 13>에서와 같이 나타났다. 광해가 없을 때 하늘 밝기의
변화는 일몰과 일출 사이의 중점을 기준으로 정확히 좌우 대칭이 되어야 한다. 그
러나 실제로는 그림 13>에서 보듯이 일몰 직후부터 새벽 1～2시까지는 지속적으로
어두워지는 모습을 보이고 있었으며, 자정 근처가 아닌 새벽 천문박명 직전에 전천
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최고등급을 기록했다.
이러한 경향을 보인 이유는 별샘천문대에 분포한 광해인 skyglow가 빛이 대기
중으로 퍼져나가서 생기기 때문이다. 즉, 인간 활동이 활발한 저녁 시간대에 켜져
있는 수많은 조명들이 별샘천문대의 하늘을 밝힌 것이다.
3) 계절에 따른 하늘 밝기 변화
계절별 광해 분포는 4월로 갈수록 증가하고 광해가 나타나는 고도도 높아졌다. 월
령이 27일로 같은 2월 18일과 4월 17일의 등광도 곡선을 비교해 볼 때, 같은 시각
에서 광해는 2월보다 4월에 고도 10° 가량 높게 분포해 있다. 이는 기후적 요인에
의한 습도 상승 때문인 것으로 해석할 수 있다. 5개월 동안 하늘 등급을 측정한 결
과, 그림 18>과 그림 20>에서와 같이, 겨울에서 여름으로 갈수록 천정, 남쪽 30° 등
모든 하늘의 밝기가 밝아졌다. 월령이 비슷하고, 기상상황이 좋았을 때에 측정한 데
이터들로부터 이러한 결과가 나왔기 때문에, 계절의 변화에 따른 기온의 상승이나
습도의 증가가 그 원인이라고 분석할 수 있다.
4) 수행 가능한 연구
별샘천문대의 천정 최고등급은 19등급으로 19등급보다 밝은 천체를 관측할 수 있
다. 하지만, 광해가 분포해 있는 남쪽 하늘의 30°～50° 고도에서는 16, 17등급의 천
체들도 잘 보이지 않고, 광해보다 밝아서 관측이 가능한 10～15등급의 천체들도 남
쪽 30°～50°에서는 물리량 분석이나 측광을 수행할 수 없다.
이러한 사실들을 바탕으로 선행 연구(이경훈 외 4인, 2011)에서 제시한 별샘천문
대에서 수행할 연구들의 적합성을 알아보았다. NGC 천체 목록에 수록된 대부분의
은하들을 관측할 수 있다. 그림 27>에 나타낸 것과 같이 NGC 목록에 있는 은하들
의 겉보기 등급은 대부분 10～16등급으로 광해가 더 이상 증가하지 않는다면 대부
분의 NGC 목록 상의 외부은하들을 관측할 수 있다. 외부은하들의 관측을 통한 초
신성 탐사도 별샘천문대에서 수행할 수 있을 것이다.
그림 27> NGC 목록에 수록된 은하들의 겉보기 등급 분포
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현재 본교 R&E 연구로 진행중인 소행성 탐사의 경우, 18등급 이하의 소행성들
중 98%가 이미 발견된 것으로 알려져 있어(이경훈 외 4인, 2011) 19등급 정도의 천
정 최고등급의 하늘에서 미발견 소행성 탐사는 어려울 것으로 판단된다. 소행성들
은 황도면 근처(태양의 일주 경로)에 분포하고 있어 천정 부근의 고도까지 올라오
지 못하는 소행성들이 많을뿐만 아니라 황도광의 영향을 받고 있고 실제 등급이 1
5～17등급인 소행성일지라도 배경 별에 대해서 움직이고 있기 때문에 노출을 길게
하여 촬영하더라도 배경별보다는 1~2등급 밝아야만 관측이 될 수 있다. 소행성의
밝기 변화와 자전 주기 등의 물리량 탐사를 위해서는 장기적인 관측이 필요한데,
이를 수행하는 데 있어서 남쪽에 분포한 광해가 걸림돌이 될 것이다.
나. 기대 효과
본 연구가 가져올 효과는 다음과 같다.
1) 천문대의 관측에 유용한 정보 제공
본 연구의 결과를 이용하여 천문대의 관측 환경을 이해하고 관측 계획을 수립하
는 데에 도움을 줄 수 있으며, 천문대 주변의 전천 광해 지도를 제작할 수 있다. 이
와 더불어 기존의 천문대의 광해 분포의 정량적 해석과 천문 관측 조건을 분석한
뒤, 본 연구와 비교할 수 있다.
특히, 본 연구는 지속적인 관측을 통해 하룻밤 사이의 영역별 하늘 등급 변화와
천정 최고등급을 측정하여 광해 정도를 파악하고, 더 나아가 계절의 변화에 따른
광해의 분포 변화와 하늘의 밝기 변화를 비교했다는 점에서 국내에서 진행된 기존
의 선행 연구들과 차별성을 가진다.
한편, 천정의 최저 등급을 측정함으로써 천문대의 하늘이 얼마나 어두워질 수 있
을지를 알면 천문대에서 관측할 수 있는 천체의 종류를 설정할 수 있다. 이는 천문
대에서 수행 가능한 연구들을 탐색하는 데에 유용한 자료가 될 수 있다.
별샘천문대의 천정 최고등급은 19.15등급까지 올라갔다. 하지만, 광해가 있는 남쪽
30° 부분에서는 천정보다 1.3～1.8등급 정도 밝게 나왔다. 즉, 평균적으로 17.5등급이
나왔다. 별샘천문대에서 18등급 이상의 어두운 천체가 광해가 분포한 남쪽 30°나 그
보다 낮은 고도에 떠 있다면 실제로는 천체가 이미 전천에 떠 있음에도 배경 하늘
이 너무 밝기 때문에 관측할 수 없다. 따라서 관측 일정을 조정하거나 다른 물리적
인 수단을 이용하여 광해를 차단하는 방법을 본 연구에서처럼 고안할 수 있다.
2) 도시 광해에 대한 기초적 자료 제공
광해는 천문학의 문제일 뿐만 아니라 생태계는 물론 인간의 생활, 농업 등 다양한
분야에 악영향을 끼친다. 이러한 광해를 줄이는 것에 대한 기초자료로써 쓰일 수
있다. 또, 앞으로 새로 만들어질 건물이나 도로에 쓰일 조명의 선택에 있어서 좀 더
신중을 기해야 한다는 주장에 근거가 되며, 어떤 조명을 선택해야 적당한 지 제시
하는 기능도 할 것이다.
- 28 -
5. 제언 및 추후 연구
본 연구로부터 도출한 결론이 제시하는 점과 본 연구를 기반으로 하여 진행할 수
있는 연구들은 다음과 같다.
가. 관측 계획에 반영
별샘천문대에 주망원경으로 도입될 RCOS 32인치 반사망원경의 한계등급은 16.5
등급이다. 광해가 심할 때에 남쪽 30° 지역의 하늘 밝기가 16～17등급인 것을 감안
할 때, 주망원경이 충분히 관측할 수 있는 천체가 그 지역에 위치해 있을 때에는
잘 보이지 않게 된다. 따라서 이런 천체를 관측할 때에는 일주 운동에 의해 그 천
체가 광해가 심한 지역을 벗어날 때에 관측을 시작하거나, 광해 필터를 사용하도록
계획을 세울 수 있다.
그림 28>는 광해 필터의 한 예시이다. 그래프에 표시된 것은 파장에 따른 필터의
투과율인데, 이 필터는 광해라고 판단되는 550～600nm에 해당하는 모든 파장을 차
단한다. 따라서 이 필터를 사용하게 된다면 광해가 포함되어 있는 V영역 대와 R영
역 대를 차단하고 별빛인 Hα와 Hβ, 그리고 OⅢ 파장영역만을 투과시킨다.
그림 28> 광해 필터의 파장별 투과율 예시
그림 28>에서 제시한 예시 외에도 다양한 파장의 빛을 차단할 수 있는 다양한 종
류의 필터들이 존재한다. 그 많은 종류의 광해 필터들 중에서 현재 별샘천문대의
광해를 제일 효과적으로 차단해줄 수 있는 필터를 찾는 과정도 진행할 것이다. 단
순히 광해를 차단하는 목적으로 광해 필터를 사용할 수도 있고, 더하여 특정 파장
영역을 집중적으로 관측하기 위해서 쓸 수도 있을 것이다.
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나. 광원별 스펙트럼 분석 및 광해의 원인 조사
광해의 원인이 되는 광원이 무엇인가를 알아내기 위해 조명으로 쓰이는 광원들의
스펙트럼을 알아볼 필요가 있다. 주요 조명들의 스펙트럼은 그림 29>에서 보는 것
과 같다.
그림 29> (위에서부터) 백열등, 수은등, 할로겐등, 고압 소듐등, 저
압 소듐등의 스펙트럼
이 외에도 다른 광원들의 스펙트럼을 조사한 뒤, 광해의 스펙트럼과 대조해보면
어떤 광원이 광해를 일으켰는지를 알아낼 수 있다.
그런 다음, 광해가 가장 심했던 남쪽에 위치한 번화가들과 학교 바로 앞을 지나가
는 큰 길인 금샘로 일대를 중심으로 실제로 그 지역에 사용된 가로등과 실내 및 실
외조명의 종류와 설치 방식, 휘도를 조사하여 광해에 얼마나 영향을 주었는가를 조
사한다. 이를 통해 광해의 원인을 정확히 파악하고 천문대 근처를 비롯한 어두운
하늘이 필요한 장소에 설치해야 하는 조명의 적절한 예시를 제시할 수 있다.
다. 지속적인 광해의 변화 추적
2011년 8월에 별샘천문대가 들어선 이후에도 별샘천문대 주변에서는 다른 시설들
이 계속 들어서고 있다. 학교 바로 아래에 구민운동장이, 불과 500미터 떨어진 곳에
는 부산외국어대학교 캠퍼스가 2013년 말에 들어설 예정이다. 이는 별샘천문대가
관측 임무를 수행하는 데에 있어서 큰 방해 요인이 된다. 부산외대와 구민운동장에
서 사용하는 조명에 의한 광해가 직접적으로 천문대 주변의 하늘을 오염시키기 때
문이다. 특히, 이 시설들은 기존의 광해원으로 지목되는 장소들이 모두 3km 밖에
있는 것과는 대조적으로, 500m 이내에 위치해 있기 때문에 빛이 약간만 새어나와도
천문대의 관측에는 치명적이다. 최악의 경우에는 고도 45° 아래에 있는 모든 천체의
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관측을 포기해야 할 수도 있다.
이 때문에 본 연구를 이용하여 두 시설에서 쓰이는 조명이 별샘천문대에 미치는
영향을 예측할 수 있어야 한다. 또, 저 두 시설 외에도 별샘천문대 주변에서 새롭게
발생하는 광해를 모니터링할 필요가 있다.
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Globe at Night : http://www.globeatnight.org
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