레이저 콜리메이터를 이용한 뉴턴식 반사망원경의 광축 정렬 (How to collimate a telescope using laser collimator?)

Collimation of a Newtonian Reflecting Telescope

 

0. 들어가며

레이저 콜리메이터를 이용해서 뉴턴식 반사망원경의 광축을 정렬하는 방법을 기술한다.

Laser Collimator 로 검색하면 아래 제품이 저렴하고 많이 사용하는 제품으로 보인다.

구조는 저 다트판 가운데에 레이져가 나오고, 반사되어 커진 레이저 빛이 다트판에 반사되어 돌아온다.

레이저 광선의 직진성을 이용하여 반사된 빛을 가운데로 정렬하기 위한 도구이다.

접안 렌즈를 장착하는 부분에 장착하여 사용한다.

Kinds of Laser Collimator

예시로 사용하는 망원경은 Celestron의 PowerSeeker 127EQ이다. 주경 크기 대비 가격이 착하다.

 

광축 정렬에 앞서, 뉴턴식 반사망원경의 구조적 특징을 정리하면 다음과 같다.

• 평행하게 들어오는 빛을 한 점에 모아주는 포물선 오목 거울 (주경, Primary Mirror)
• 초점을 꺾어서 측면에서 관측하기 좋게 해주는 반사 거울 (부경, Secondary Mirror)

망원경의 구조를 참고하면 아래 사진의 예시에서 우측 파란색이 주경, 비스듬이 기운 좌측 파란 거울이 부경이다.

Concept art of Newtonian Telescope and its light path

거울이다보니, 반사각이 틀어지면 초점이 틀어지거나 안보인다.

구조적 특징으로부터, 부경을 먼저 조정하는게 편리하다.

 

1. 부경 조정하기 - Collimating Secondary Mirror

굴절거울인 주경의 중심축을 처음부터 맞추기는 어렵다. 부경이 주경의 중심을 가리고 있기 때문이다.

그렇다면 첫째로 할 일은 레이저 콜리메이터를 장착 한 후, 레이저 빛이 주경에 맺히는 위치를 중앙으로 가져오는 것이다.

부경을 조정하는 순서는 다음과 같다.

1. 레이저 빛이 주경에 맺히는 위치를 보면서
2. 부경의 각도를 조정해서 가운데로 빛이 맺히도록 한다.

아래 그림은 순서를 설명한 그림이고 우측은 콜리메이터를 이용해서 레이저를 쏘았을 때의 모습이며,

좌측 원은 우측 모습을 외부 관찰자가 볼 때 주경에 레이저 빛이 맺히는 그림이다.

뉴턴식 반사망원경 특성 상, 주경 중심으로 망원경에 들어오는 빛은 부경에 막혀서 들어오지 않기 때문에 주경 중심에 콜리메이션을 위해 까만 링(Primary mirror doughnut)을 그려놓기도 한다. 그 위치가 주경의 중심임을 표시하는 것이다.

A laser point on Primary mirror seen from the outside (Left) and How to collimate Secondary mirror (Right)

 

레이저 콜리메이터로 주경 중심을 맞추기 위해 주경에 주경 중심을 표시한다. 콜리메이터로 레이저를 주사하면 오목 반사경에 빛이 맺히는 위치가 빛나게 된다.

주경 중심 표시하기

주경 중심에 레이저 콜리메이터를 맞춘 모습

 

 

부경의 각도를 조절하는 부분은 다음과 같이 생겼다.

가운데 십자 볼트(Center Screw)는 부경을 고정하는 나사이며, 주변의 3개의 무두 볼트(Collimation Screw)는 부경의 각도를 조절하는 볼트이다.

아랫쪽에 주경에 비친 부경과 스파이더가 보인다.

How to collimate Secondary mirror, Centor Screw and Colllimation Screws

 

부경의 각도를 조절하는 원리는 아래 동영상과 같다.

주경도 동일한 원리로 조절하고, 거울의 세 점의 위치를 조절하면 각도가 바뀌는 것이다.

https://www.youtube.com/watch?v=j4OmVLc_oDw 

 

2. 주경 조정하기 - Collimating Primary Mirror

부경의 조정을 완료했다면, 주경의 중심축이 망원경의 중심축과 일치되도록 해보자.

레이저 콜리메이터에서 나온 빛은 주경을 만나면 확산된다.

주경이 포물선형의 오목거울이기 때문에 반사된 빛 구름이 레이저 콜리메이터의 과녁 중앙에 오도록 하면된다.

 

Un-adjusted(Left) and Well-adjusted(Right) Primary Mirror

 

 

주경의 조절 나사는 망원경 뒤를 보면 다음과 같다.

조절나사가 두 개씩 한 쌍으로 있는데 각기 역할이 다르다.

1번 조절 나사는 망원경 면의 거리를 조절하는 나사이고 (망원경 몸통과 체결됨)

2번 조절 나사는 망원경이 흔들리지 않게 고정하는 나사이다. (주경 판과 체결됨)

 

 

위 과정을 통해서 주경과 부경을 조정하고 별을 더 잘, 그리고 깨끗하게 볼 수 있다.

오목 반사경을 잘 조절했다면, 주경 중심 표시가 콜리메이터에 맺히게 된다. 아래 그림과 같다.

콜리메이터에 맺힌 반사된 레이저 빛, 주경 중심 표시를 가운데 맞춘 모습이다.

 

정리하면

1) 주경 중심을 표시하고

2) 부경을 조절해서, 레이저 콜리메이터의 빛이 주경 중심에 맺히도록 한다.

3) 주경을 조절해서, 주경에 반사된 레이져와 주경 중심 표시가 콜리메이터에 잘 맺히도록 한다.

 

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