열화상의 눈으로 바라본 월식

Austin Richards는 FLIR Systems 소속 수석 연구원입니다. UC 버클리 대학에서 천체물리학 박사학위를 받은 Richards는 적외선 방사분석과 적외선 시스템의 시험 및 측정, 모델링과 시뮬레이션 분야에서 활약하고 있습니다.

지난 1월, 지구가 태양과 달 사이를 지나가는 월식이 관측되었습니다. 월식이 일어나면 달은 색이 붉게 변하는데, 이는 달이 지구의 그림자에 가려 지구의 대기층을 통과한 빛만 받기 때문에 발생하는 현상입니다. 월식은 육안으로도 충분히 관측이 가능하지만, 열화상 기술을 이용하면 더욱 다양한 정보를 얻을 수 있습니다. 평소에 달의 표면은 태양 에너지의 에너지를 그대로 받기 때문에 온도가 매우 높습니다. 그러나 월식으로 인해 태양 에너지의 공급이 중단되면 달의 표면 온도는 급격하게 떨어지기 시작합니다. 원거리 적외선 카메라를 활용할 경우, 이렇게 달 표면에서 열 에너지가 주변으로 방사되어 온도가 떨어지는 모습을 관찰할 수 있습니다.

1월 20일 저녁, 캘리포니아 주 골레타 날씨는 다소 흐렸지만, 저는 오후 9:12(태평양 표준시)에 절정에 이를 월식을 관측하기 위해 FLIR RS8303 열화상 적외선 망원경을 준비시켰습니다. RS8303은 고해상도 중파장 적외선 카메라인데, 저는 여기에 줌배율(zoom ratio)이 10:1인 적외선 줌 렌즈까지 장착하였습니다. 상당한 크기와 성능을 자랑하는 RS8303은 일반적으로 군에서 표적 추적용 마운트에 장착하는 제품으로 알려져 있습니다. 제 경우에는 현재, 무게와 크기를 줄이기 위해 RS8303의 외부 케이스는 분리한 상태로 활용하고 있습니다. RS8303은 원래 미사일/로켓 추진체 추적을 위해 개발되었지만, 최근에는 원거리 감시, 동물 생태 연구, 천문학 등에서도 활용되고 있는 제품입니다. 저는 실제로 지난 2017년 8월에 일식이 일어났을 때에도 중파장 적외선 이미지로 일식 장면을 측정한 바 있기 때문에 적외선 기술이 제공하는 장점에 대해서는 잘 이해하고 있는 편입니다.

저는 RS8303을 튼튼한 삼각대에 장착하고 달이 지나갈 동쪽 하늘을 향해 카메라 위치를 조정하였습니다. 렌즈 줌을 최대화했을 때, 시야각은 보름달이 딱 들어올 정도의 크기가 되었습니다. 단, 제 카메라가 장착되어 있던 마운트는 적도 추적용 마운트가 아니었기 때문에 달이 이동하거나 구름 뒤에 가리면, 수동으로 직접 위치를 조정해야 했습니다. 측정 시에는 FLIR ResearchIR 소프트웨어를 통해 초당 1프레임의 속도로 이미지를 측정하고 노트북 하드 드라이브에 저장하였습니다.

달이 구름 사이로 나타났을 때에는 월식은 이미 절정에 가까운 상태였습니다. 월식이 진행되고 있던 달의 모습은 정말 아름다웠습니다. 적외선으로 측정했을 때, 달 표면에 우리가 “바다”(현무암으로 이루어진 표면)라고 부르는 곳보다 분화구 부분의 온도가 낮은 것으로 관측되었습니다. 이는 분화구 부분의 태양광 흡수율이 높기 때문인 것으로 알려져 있습니다. 그 중에서도 가장 온도가 높고 밝게 빛나는 분화구는 이미지 우측 하단에 있는 타이코였습니다. 대형 분화구인 코페르니쿠스와 플라토도 상당히 눈에 띄었습니다.

지금 보이는 이 열화상의 경우에는 달 표면의 모습을 한꺼번에 보기 위해 월식을 측정한 이미지 두 장을 위아래로 이어 붙인 것입니다. 온도가 높은 순으로 희색, 빨간색, 검은색으로 표시되어 있습니다. 제가 사용한 컬러 팔레트는 빨간색과 검은색을 기본으로 활용하는 “블러드 문”이라고 하는 팔레트입니다.

1960년 9월 5일에 일식이 발생했을 때, 타이코를 대상으로 온도를 측정한 자료[1] 에는 두 가지 특징이 있습니다. 우선, 분화구 주변에는 월식이 발생할 때 복사열을 더욱 빠르게 방출하여 온도가 낮아지는 것으로 알려져 있는 흙과 돌이 모여 있는 모습입니다. 아울러, 분화구 표면은 광학적 특성 때문에 태양광 흡수율이 더욱 높다는 사실도 알 수 있습니다. 하지만, 원인이 무엇이건, 월식이 아름답고 기억에 남는 현상이라는 것은 분명합니다.

FLIR 연구개발용 카메라에 대한 더욱 자세한 정보는 홈페이지(FLIRKOREA.com/Research)에서 확인해 보실 수 있습니다.