지식더하기 멋진 천체 사진 찍기

인터넷이나 잡지에서 보라색과 붉은색 구름이 웅장하게 소용돌이치는 오리온성운이나, 밤하늘을 강물처럼 가로지르는 수만 개의 은하수 사진을 본 적이 있을 것이다. "와, 우주에 가면 눈으로 저런 게 보일까?" 아쉽게도 정답은 '절대 보이지 않는다'이다. 사람의 눈은 아무리 어두운 곳에 가도 은하수를 그저 밋밋하고 희뿌연 구름띠 정도로밖에 인식하지 못한다. 천체 사진 속에 담긴 그 미치도록 화려한 색깔과 별빛은, 우주 저 멀리서 수백만 년을 날아온 아주 미세한 빛의 알갱이(광자)들을 카메라 센서가 억지로 '모으고 긁어낸' 광학적 노가다의 결과물이다. 찰나를 찍는 일상 사진과 달리, 수백 분의 시간을 압축하여 보이지 않는 어둠을 깎아내는 '천체 사진(Astrophotography)'의 빛의 연금술 속으로 들어가 보자.

빛의 바가지를 열어라, 장노출(Long Exposure)

우리가 스마트폰으로 사진을 찍을 때 셔터는 '찰칵' 하고 100분의 1초 만에 닫힌다. 하지만 우주에서 날아오는 별빛이나 성운의 빛은 촛불보다도 수만 배나 희미하다. 그래서 천체 사진가들은 카메라의 셔터를 1분, 5분, 심지어 10분 동안 '찰~카아아아아악' 하고 열어둔다. 이것을 '장노출'이라고 한다. 카메라 센서를 마당에 내놓은 빈 빗물받이 바가지라고 생각해 보자. 이슬비(희미한 별빛 광자)가 내릴 때 1초만 바가지를 내놓으면 물방울이 거의 안 고이지만, 10분 동안 열어두면 바가지에 물(빛 에너지)이 찰랑찰랑 고여서 숨어있던 붉은색과 푸른색 성운의 가스 색깔이 센서에 뚜렷하게 남게 되는 것이다.

별은 흐른다, 적도의(Equatorial Mount)의 마법

셔터를 5분 동안 열어두면 완벽한 별 사진이 찍힐까? 천만의 말씀이다. 지구가 팽이처럼 빙글빙글(자전) 돌고 있기 때문에, 5분 동안 셔터를 열어두면 카메라에 찍힌 별들은 밤하늘을 따라 길게 선을 그으며 주우욱 흘러버린다(별 궤적 사진). 또렷한 점(별)이나 성운의 모습을 찍으려면 지구가 도는 속도와 완벽하게 똑같은 속도로 카메라를 반대 방향으로 돌려주면서 별을 끝까지 추적해야 한다. 이 막중한 임무를 수행하는 기계가 바로 '적도의'다. 적도의 모터가 별의 일주 운동을 0.01도의 오차도 없이 쫓아가며 카메라를 돌려주기 때문에, 셔터를 10분 동안 열어둬도 별이 바늘구멍처럼 뾰족하게 멈춰있는 기적의 사진을 얻을 수 있다.

노이즈와의 전쟁, 100장의 사진을 합치다(Stacking)

셔터를 오래 열어두면 치명적인 부작용이 생긴다. 카메라 센서가 열을 받으면서 별빛이 아닌 기계 자체의 열 에너지 때문에 '노이즈(지글거리는 컬러 점들)'가 사진에 잔뜩 끼어버리는 것이다. 그래서 사진가들은 10분짜리 사진 1장을 찍는 대신, 1분짜리 사진 100장을 찍는 꼼수를 쓴다. 그리고 컴퓨터 프로그램(포토샵 등)을 이용해 100장의 사진을 햄버거 패티처럼 차곡차곡 겹쳐버린다(스태킹, Stacking). 이렇게 하면 진짜 별빛 신호(Signal)는 겹칠수록 점점 밝아지고 강해지지만, 무작위로 생겨난 기계 노이즈(Noise)들은 서로 겹치면서 수학적으로 평균이 되어 희미하게 지워져 버린다(신호 대 잡음비 상승). 어둡고 지글거리던 1장의 사진이, 100장을 합치는 순간 마법처럼 노이즈가 사라진 쨍한 4K 화질의 우주 사진으로 탈바꿈하는 순간이다.

보이지 않는 빛을 보다, 개조 카메라

성운들이 내뿜는 붉은빛(수소 알파선)은 일상적인 카메라로는 잘 안 찍힌다. 일반 카메라 센서 앞에는 자외선이나 적외선을 차단하는 필터가 붙어있어 이 붉은빛을 막아버리기 때문이다. 열정적인 천체 사진가들은 카메라의 배를 가르고 이 필터를 강제로 뜯어내는 '개조 수술'을 단행한다. 이렇게 봉인을 해제한 카메라 센서는 눈에 보이지 않는 우주의 깊고 붉은 수소 가스의 숨결을 미친 듯이 빨아들여 센서에 새겨 넣는다. ![왼쪽에는 성운의 지저분하고 노이즈가 많은 어두운 사진을, 오른쪽에는 100장의 스택 사진이 소프트웨어를 통해 마법처럼 결합되어 수정처럼 맑고 생생한 깊은 우주 이미지를 만드는 분할 화면](https://image.pollinations.