기초 자율연구 결과보고서2014학년도대전과학고 기초 자율연구

이중 관측 시스템을 이용한 유성 관측 및 궤도 분석

Detection & Orbit Analysis of Korean Meteor Using Double Station Detecting System

2014. 12. 4

연구 참여자 : Tobias C. Hinse(tchinse@gmail.com), 이재근 (jaek709@naver.com), 정우중(1234coffee@naver.com)

지 도 교 사 : 김우겸 (kyum0912@hanmail.net)

- 2 -

Ⅰ. 서론1.1 연구 배경1.2 연구 목적 및 목표1.3 이론적 배경

1.3.1 태양계 소천체1.3.2 유성 관측 시스템1.3.3 카메라

표 1, 표2, 표3Ⅱ. 연구 방법 및 방법

2.1 설치 계획표 4그림 1

2.2 관측 시스템 설치그림 2, 그림 3, 그림 4, 그림 5, 그림 6, 그림 7, 그림 8, 그림 9, 그림 10, 그림 11

2.3 소프트웨어그림 12, 그림 13, 그림 14, 그림 15, 그림 16, 그림 17, 그림 18, 그림 19

Ⅲ. 결과 및 토의3.1 촬영된 유성의 개수

표 53.2 오리온자리 유성우의 복사점

그림 203.3 파이어볼 관측

그림 21, 그림 223.4 Double trigger 관측

그림 23, 그림 243.5 궤도 분석

표 6그림 25, 그림 26, 그림 27, 그림 28, 그림 29, 그림 30, 그림 31, 그림 32

- 3 -

Ⅳ. 결론Ⅴ. 참고문헌

- 4 -

과학영재학교 대전과학고등학교이중 관측기지 시스템을 이용한 유성 관측 및 궤도 분석Detection & Orbit Analysis of Korean Meteor with the Use of Double Station Detecting System

요 약

2014년 3월 9일, 진주 운석이 발견된 이후, 우리나라 사회에서의 운석이나 유성에 관한 관심이 순간적으로 급증한 적이 있다. 하지만 체계적인 유성 관측 시스템이 갖춰지지 않아, 유성 궤적에 관한 정보를 유성이 보인 후 즉각적으로 얻어낼 수 없었다. 이에 따라, 본 연구에서는 대한민국 최초의 유성 관측 시스템과, 유성 궤적을 구해내는 방안을 제시하고, 직접 설치해 유성 관측 및 분석을 시작했다. 여기서, 유성 관측 방안 중에서 거리를 둔 두 지점에서 유성을 관측하는 방식인 이중 관측기지 시스템(double-station meteor detecting system)을 사용했고, 유성 탐지와 궤도 분석을 위해서는 SonotaCo.com에서 제공하는 프로그램들을 이용했다. 본 연구에서 쓰게 된 유성 관측 시스템을 이용해 우리나라 상공에 나타나는 유성의 궤적과, 태양 중심 궤도를 분석했다.

- 5 -

이중 관측기지 시스템을 이용한 유성 관측 및 궤도 분석 Detection & Orbit Analysis of Korean Meteor with the Use of Double Station Detecting SystemI. 서론

1.1 연구배경유성체가 지구 대기에 들어오면서 열과 빛을 내는 천체를 유성이라 지칭한다. 유성체, 유성,

운석은 어떤 상태이냐에 따라 그 의미가 다르다. 우주 밖에서는 유성체라 부르고, 지구 대기권으로 들어오면 유성, 유성이 전부 타버리지 않고, 지상에 도달하면 운석이라 부르게 된다. 여기서 대부분의 유성체는 약 46억 년 전 태양계 생성과 함께 만들어졌기 때문에, 그 안의 성분은 태양계 생성 초기의 상태에 대한 많은 정보를 줄 수 있다. 이 사실은 유성 연구의 필요성을 제시한다.

유성에 관한 연구의 필요성에 반해, 아직까지 우리나라에서는 유성을 체계적으로 분석하는 시스템이 갖춰지지 않았다. 2014년 3월 진주 운석이 발견된 이후, 운석에 관한 사회적 관심이 순간적으로 급증한 적이 있었다. 한반도 전역에서 큰 유성이 목격되었음에도 불구하고, 당시에 유성 관측 시스템을 갖추지 못하였기 때문에, 유성의 궤적과 정확한 개수에 대한 정보를 즉각적으로 분석하지 못했다. 또한, 유성이 목격되던 당일 유성의 출현을 실시간으로 측정하는데 성공한 유일한 과학 장비는 연세대 탐사천문학연구실이 국내 몇 군데에 설치한 ‘천문조도측정기’이었다. 당시 대한민국에는 유성을 관측하고 궤적 관한 데이터를 분석하는 전문적인 시스템을 갖추지 않았기 때문에 유성에 관한 데이터를 실시간으로 입수하지 못한 것이다.

1.2 연구 목적 및 목표현재까지 유성 연구의 방향성은 크게 세 가지로 분류된다. 첫 번째는 유성의 기원에

관해 연구하는 것, 두 번째는 화학적 구성을 알아보는 것, 그리고 마지막으로 궤적에 관해 분석하는 것이다. 본 연구에서는 대한민국 최초로 유성 관측 시스템을 설치해, 대한민국에서 관측한 유성의 궤적을 분석하고, 그 공전 궤도(heliocentric orbit)가 어떻게 되는지 밝혔다. 그에 따라, 연구의 목적은 크게 유성 관측 시스템의 설치, 관측 시스템을 이용한 유성 관측, 그리고 유성체의 태양 중심의 공전 궤도를 밝히는 것으로 나눌 수 있다.

- 6 -

1.3 이론적 배경1.3.1 태양계 소천체

태양계(The Solar System)은 태양과 그 주위를 공전하는 천체들을 통칭한다. 태양계는 약 46억 년 전에 분자운(molecular cloud)에서의 중력 수축으로 생성되었다. 태양계는 화성과 목성 사이에 (태양으로부터 2.3 ~ 3.3 AU 만큼 떨어진 곳에) 소행성대를 지니고 있다. 소행성은 석질 또는 철질, 그리고 경우에 따라 얼음을 포함하는 태양계 소천체이다. 이들은 태양계 생성 과정 중에서 목성의 중력에 의한 영향으로 뭉치지 못한 부스러기들로 보인다. 소행성의 잔해들은 많은 유성체들이 된다.

행성을 비롯하여, 혜성, 유성체, 소행성 등 천체들의 공전은 케플러 법칙에 따른다. 케플러 1법칙은 태양을 한 초점으로 하는 타원형의 공전 궤도를 갖는다는 점을 알려준다. 케플러 2법칙은 같은 시간 동안 지나간 면적은 일정하다는 것, 3법칙은 주기의 제곱은 장반경의 세제곱에 비례함을 알려준다. 이 법칙들은 유성체의 경우에도 적용된다. 따라서 유성의 궤도, 정확히 말해선 유성체의 궤도를 구할 수 있다. 타원형 궤도에서 중요시할 3가지 요소는 장반경, 이심률, 경사각이 있다.

혜성 또한 태양계 소천체로서, 주로 얼음과 먼지로 이루어져 있다. 이들은 태양 근처까지 갔다가 명왕성 밖으로까지 나가는 찌그러진 궤도를 지니고 있다. 혜성이 태양 근처에 접근할 때, 태양에 의해 얼음이 이온화 되거나 승화한다. 이는 혜성의 이온 꼬리를 만들게 한다. 혜성 중에서 장주기 혜성은 오르트 구름까지 이르는 궤도를 가지며, 그 공전 주기는 수 천 년에 이른다. 단주기 혜성은 그 공전 궤도가 카이퍼 벨트까지 이르고, 공전주기는 수십에서 몇 백 년에 이른다.

유성우는 많은 유성들이 한 점에서부터 나오는 것처럼 보이는 현상을 말한다. 유성우의 조각들은 대부분 혜성이 지나가고 난 자리에 남은 잔해들에서 유래된다. 지구가 공전 하면서 혜성의 잔해들이 분포하는 곳 근처를 지나가면, 지구의 중력은 이 부스러기들을 잡아 당겨 지구 대기로 들어오게 된다. 이 현상은 지구에서 유성우로 보이게 한다. 잔해들은 비슷한 속도로 지구에 평행하게 들어오기 때문에, 마치 한 점에서 뻗어 나오는 것처럼 보이게 하는데, 이 점을 복사점(radiant point)이라고 한다. 또한, 지구의 공전으로 인한 움직임으로 유성우가 발생하는 것이기에, 유성우는 매년 발생한다. 유성우의 이름은 그 복사점이 있는 별자리의 이름을 따서 짓는다.

유성우를 보기 위한 최적의 시각은 1시에서 새벽 사이이다. 그 이유는, 이 시간에 지구의 공전

- 7 -

방향과 유성체들이 날아오는 방향과 반대이기 때문에, 유성이 지구 대기에 부딪힐 확률이 더 크기 때문이다.

유성들 중에서 눈에 띄게 밝은 유성을 파이어볼(fireball)이라고 한다. 한 가지 정의로 통일되진 않지만, IAU(International Astronomical Union)에서는 “어떠한 행성보다도 밝은 유성”이라 정의하고, IMO(International Meteor Organization)에서는 “천정에서 –3등급 이상으로 밝은 유성”이라 정의한다. 2013년에만 미국에서 3556개의 파이어볼이 관찰되었고, 매년 50만개 이상의 파이어볼이 떨어지는 것으로 추정된다. 더 나아가, 파이어볼 중에서 –14등급 이상으로 밝은 것을 bolide이라고 한다.

1.3.2 유성 관측 시스템유성 관측 시스템의 방식은 크게 이중 관측 기지를 통한 검출 방법(double station

detecting system), radio detecting, forward scatter 등이 있다. 이들 중에서 이중 관측 기지를 이용하는 방식은 Ondřejov Observatory에서 처음 시행되었다. 두 관측 기지는 서로 100km 떨어진 곳에 위치하여 유성이 관찰되는 같은 하늘을 바라보게 설치되어야 한다. 대부분의 유성은 지상 80~120km에서 빛을 내며, 100km 즈음에서 가장 밝게 빛난다. 따라서 두 카메라는 지상 80~120km의 같은 하늘을 동시에 바라보도록 방위각과 고도를 설정해야 한다. 일반적으로 한 관측 기지에는 세 개의 카메라가 설치되며, 각각의 카메라는 다른 기지의 각 카메라와 같은 영역의 하늘을 바라보게 한다.

두 관측 지점에서 같은 유성을 탐지하면, 관측 데이터를 이용하여 궤적과, 궤도 분석이 가능하다. 이는 알고리즘을 만들어 수행할 수도 있지만, 인터넷에서도 분석 기능을 제공하는 소프트웨어를 손쉽게 구할 수 있다. Sonota.co에서 제공하는 UFO Capture 프로그램은 CCD카메라 어느 움직임을 관측하면 그것을 기록할 수 있도록 한다. UFO Analyzer를 이용하면 한 관측 지점에서 탐지된 유성에 대한 천구 상 이동 경로를 나타낼 수 있다. 두 관측 지점에서 UFO Analyzer로 얻은 데이터를 이용해 UFO Orbit에서는 3차원적인 궤도를 계산한다.

- 8 -

1.3.3 카메라

기구에서 사용되는 CCD 카메라의 민감성은 작은 크기의 유성을 보는 것도 허용한다. 더욱이, 여기서 사용되는 비디오 테크닉은 시간 경과에 따른 유성의 움직임에 대해서 알려준다는 큰 강점이 있다. 다만, 비디오 데이터가 사진 데이터에 비해 정밀성이 떨어진다는 단점도 존재한다.

이중 관측에 많이 사용되는 CCD 카메라 중 하나는 WATEC WAT-902H2 Ultimate이다. 이 제품은 NASA의 유성 관측 시스템에서도 사용된다. 본 연구에서 사용하게 되는 이 카메라의 정보는 다음 표 1과 같다.

Model WAT-902H₂ ULTIMATE (EIA) WAT-902H₂ ULTIMATE (CCIR)Pick-up element 1/2 inch interline transfer CCD image sensor

Number of total pixels 811(H)ⅹ508(V) 795(H)ⅹ596(V)Number of effective pixels 768(H)ⅹ494(V) 752(H)ⅹ582(V)

Unit cell size 8.4μm(H)ⅹ9.8μm(V) 8.6μm(H)ⅹ8.3μm(V)Synchronizing system Internal

Scanning system 2:1 interlaceVideo output Composite Video, 1.0 V(p-p), 75Ω, unbalanced

Resolution (H) More than 570TVL (Center)Minimum illumination 0.0001 Ix. F1.4

S/N More than 50dB (AGC=5dB, γ =1.0

AE modeFixed

1/60, 1/100 sec. 1/50, 1/120 sec.1/250, 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000, 1/10000, 1/100000 sec.

EI 1/60 - 1/100000 sec.1/100 – 1/100000 sec. 1/50 – 1/100000 sec.1/120 – 1/100000 sec.AGC HI: 5 – 60dB / LO:5 – 32dBMGC 5 – 60dB

Gamma characteristics γ 0.35(HI) / γ 0.45(LO) / γ=1.0(OFF)Lens-iris Video / DC (ElAJ arrangement, Auto-select)

Back light compensation ON / OFFPower consumption DC+12V±10%

Operating temperature 1.38W (115mA)Storage temperature -10 - +40̊COperating / Storage humidity -30 - +70̊C

Lens mount Less than 95% RH (Without condensation)Weight Approx. 98g

표 1 <WATEC WAT-902H2 Ultimate>

- 9 -

CCD 카메라(WATEC WAT-902H2 Ultimate)에 연결할 렌즈(PENTAX CCTV Lenses, Computar)의 초점거리 설정값은 다음과 같다:

초점거리SOAO Camera 1 8.5mmSOAO Camera 2 8.5mmSOAO Camera 3 4.5mmBOAO Camera 1 8.5mmBOAO Camera 2 8.5mmBOAO Camera 3 4.5mm

표 2 <초점거리>

초점거리가 클수록 화각이 작아지고 대상이 더 크게 보인다. 반면 초점거리가 작을수록 화각이 커지고 대상이 작게 보인다. 또한 WATEC 카메라에는 mgc설정이 있는데, 이를 통해 민감도를 측정할 수 있다. 너무 밝게 하면 별들이 많이 보이겠지만, 그만큼 노이즈가 많이 생겨 측성에서 부정확도가 커진다. 그렇지만 너무 어둡게 하면 노이즈는 적지만, 별들은 적게 보여 정확한 측성이 어려워진다.

위 초점거리로부터 각 카메라의 화각을 계산할 수 있다. 수평 화각을 , horizontal length를 h, 초점거리를 d라고 하면 arctan 인데, 화각이 클수록 더 넓은 시야를 볼 수 있지만, 별의 밝기는 줄어들고, 별의 개수 또한 적어진다. 이렇게 하면 나중에 UFO Analyzer에서 측성 작업에서 어려움이 따른다. 반면, 화각을 좁히면 작은 별들까지 볼 수 있지만, field of view가 적어 유성을 관측할 확률이 적다. 아래 표는 각 카메라의 화각에 대한 정보이다.

SOAO C1 SOAO C2 SOAO C3 BOAO C1 BOAO C2 BOAO C3

가로축( ) 45 45 80 45 45 80

세로축( ) 34 34 60 34 34 60

표 3 <카메라 화각>

- 10 -

두 카메라가 같은 유성을 동시에 관측하면, 삼각법을 이용해 유성의 높이, 적경, 적위를 포함한 궤적을 구할 수 있으며 더 나아가 유성의 (태양 중심의) 공전 궤도(heliocentric orbit)까지 계산할 수 있다.

이중 관측 기지에서 사용하는 카메라는 cctv처럼 생긴 일반적인 종류도 있지만, 어안렌즈를 통해 하늘 전체를 관측하는 allsky camera 또한 존재한다. 어안렌즈를 이용한 Allsky camera는 화각이 180에 가까워 하늘 전역을 관측할 수 있지만, 상대적으로 어둡거나 작은 유성들을 잡아내지 못한다. 본 연구에서 사용하는 카메라는 이와는 달리, 세 개의 CCTV housing 내에 CCD 카메라를 설치해 세 영역의 하늘을 보는 방식을 사용한다. 이 경우, 화각은 작지만, 더 작고 어두운 유성을 찾아낼 수 있다.

해외에서도 현재 우리가 진행하는 연구가 진행 되고 있다. 이중 관측 시스템은 일본, 프랑스, 체코, 아일랜드 등 외에도 많은 국가들에도 설치되었다. 미국 NASA에서는 20개의 CCD카메라를 이용하여 하늘 전역을 관측하는 시스템을 개발하고 있다. 여기서 사용되는 CCD카메라와 housing은 본 연구에서 사용하는 것과 유사해 어둡고 작은 유성을 관측할 수 있으면서 동시에 하늘 전역을 탐지할 수 있다. 프랑스에서는 비디오 영상을 기록하는 대신, 하늘을 지속적으로 찍으면서 카메라 앞에 프로펠러를 돌리게 하는 방식으로 유성 관측을 하고 있다. 이렇게 해서 유성을 찍으면, 유성에 어두운 띠들이 찍히게 되고, 비디오 영상 없이 유성의 속도에 대한 정보를 얻을 수 있다.

- 11 -

II. 연구과정 및 방법2.1 설치 계획두 관측 지점인 소백산 천문대와 보현산 천문대의 고도, 위도, 경도는 각각 고도

1369m, 북위 36.93 , 동경128.46 , 그리고 고도 1163m, 북위 36.16 , 동경 128.98이다. 소백산 천문대와 보현산 천문대에 각각 3개의 CCD 카메라가 설치되어야 하는데, 이의 시야가 바라보는 방위각과 고도는 다음 표에서와 같이 설정되어야 이상적이다.

그림1 <소백산 1번 카메라와 보현산 1번 카메라의 100km상공 field of view>표II에서와 같이 카메라 시야가 향하는 고도와 방위각을 설정하면, 그림2에서와

같이 두 카메라씩 지상 100km 하늘을 같이 바라보게 된다. 유성들이 빛을 내는 하늘의 높이는 약 80~120km이므로, 지상 100km 하늘을 바라보는 면적이 많이 겹치는 것이 연구에서 원하는 바이다. 같은 유성을 서로 다른 두 지점에서 관측되어야 하기 때문이다.

소백산 1 소백산 2 소백산 3 보현산 1 보현산 2 보현산 3방위각 95 120 210 45 50 270고도 50 60 53 50 75 53

표 4 <각 카메라의 방위각 및 고도>

- 12 -

2.2 관측 시스템 설치이중관측 기기 시스템에서 하나의 관측 지점에는 다음과 같은 장비들 및 소프트웨어를 필요로

한다.HARDWARE:1 x CCTV camera housing (SAMSUNG) with internal air-fan and heater1 x 1/2", F1.2 CCTV camera lens, varifocal and auto-iris, CS mount

(Computar)1 x WATEC (WAT-902H2 Ultimate) monochrome camera1 x Timer to switch on/off the cameras1 x coaxial video transmission cable1 x USB2.0 analog-to-digital video converter (EzCap)1 x Quadcore PC running Window71 x Metal pier to mount the cameras onto (red metal structure)

SOFTWARE:1 x Windows 7 Professional (OS)1 x UFOCaptureV21 x Time synchronisation Tool (Dimension 4)1 x FTP-based file synchronisation program.

그림 2 <관측 기기 외형1> 그림 3 <관측 기기 외형2>

그림 4 <관측 기기 외형3>

- 13 -

아래 설치 과정은 10월 17일에서 21일까지 소백산 천문대에서 진행되었고, 보현산 천문대에는 11월 11일에 설치가 시작되어 17일 날 마무리했다.

우선 가장 기본이 되는 구조물은 세 가지로 나뉠 수 있다. 3개의 카메라를 올릴 산(山)모양의 카메라 지지대, 그리고 나사 3개로 이것을 고정시킬 기둥, 마지막으로 이들을 4개의 나사로 바닥에 고정시킬 수 있는 콘크리트 기반이다. 바닥에 편평한 콘크리트 기반에 드릴을 할 부분을 표시한다. 표시된 부분을 드릴링한 후, 기둥을 세우고 나사를 조인다. 산(山)모양의 카메라 지지대을 이 위에 세우기 전에, 산(山)형 기둥에 카메라 하우징, 연결대, 렌즈를 연결한 CCD 카메라를 부착한다. 전선은 천문대 건물 내부의 컴퓨터, 전원과 연결한다. 전선 연결 작업은 한국천문연구원에서 도움을 받았다.

그림 5 <하우징 내부 CCD 카메라>

그림 6 <CCD 카메라>

그림 7 <렌즈 부착 CCD 카메라> 그림 8 <카메라 하우징 케이블 연결>

- 14 -

전원 공급과 데이터 전송을 위한 케이블은 그림8과 같이 카메라 하우징 뒤로 연결되어 하부 기둥에 부착된 케이블 상자에 연결된다. 케이블 상자 내에는 타이머가 있어, 오전 6시 즈음에 태양이 뜨면 이들의 전원을 꺼 태양빛으로 인한 CCD 칩의 손상을 방지한다. 오후 6시 태양이 뜨게 되면 다시 전원을 켜 밤 동안 관측을 진행한다. 케이블들은 천문대 본 건물 내부에 연결되어 전원을 공급 받고, CCD 카메라로부터 얻은 동영상 데이터를 전송 받는다.

완성된 관측 기기의 모습은 아래 그림과 같다.

그림 9 <케이블 상자 내부>

그림 10 <소백산 관측 기기>

그림 11 <보현산 관측 기기>

- 15 -

2.3 소프트웨어설치가 완료되고, 유성이 관측되면 컴퓨터의 UFO Capture 프로그램이 실행되어

있다. UFO Capture을 통해 영상이 기록될 수 있는 것인데, CCD 카메라가 어떤 움직임을 포착하면, 그것에 대한 영상 파일, P, M, T file, XML file을 생성해 저장하는 것이다. 이 파일들은 이후 UFO Analyzer, UFO Orbit을 하기 위해서 필요하다. 어느 정도 이상의 움직임에 대해서 기록해야 하는데, 이것은 사용자가 설정할 수 있다. 우선 밝기 변화를 계산한다. 사용자가 설정한 detect level 이상으로 밝기가 변한 픽셀수를 계산하고, 만약 픽셀 개수가 detect level 이상으로 많으면 프레임들을 기록한다.

이 소프트웨어를 통해 유성의 영상자료, M file, P file, T file, 그리고 카메라 정보가 들어 있는 XML 파일이 저장된다. M은 Mask file을 의미하는데, 이는 CCD가 받아들인 자료에서 별들을 최대한 많이 표시해준 BMP 형식의 파일이다. 이 파일은 이후 UFO Analyzer에서 측성하기 위해 필요하다. P file은 picture file을 의미하며, 영상들의 프레임을 모아 유성의 경로를 jpg형식으로 보여주는 파일이다. T file은 Thumbnail file을 의미한다. 여기서 말하는 섬네일이란, 페이지 전체의 레이아웃을 검토할 수 있게 페이지 전체를 작게 줄여 화면에 띄운 것을 의미한다. XML file 에는 UFO Analyzer, UFO Orbit 프로그램에서 필요한 자료들을 모아 두었다. XML file 에는 카메라 정보, 관측 지점의 위치 등에 관한 정보들을 내포한다.

아래 그림은 UTC 2014년 11월 18일 18시 25분에 이중기지에서 관측된 유성에 대한 XML, M, P, T file이다.

그림 12 <XML file> 그림 13 <Mask file>

- 16 -

그림 14 <Picture file> 그림 15 <Thumbnail file>

만일 한 지점에서만 유성이 관측되었다면, 유성이 그 관측 지점에서 얼마나 멀리 떨어져 있고, 지상으로부터 정확히 몇 킬로미터 높이인지 해가 구해지지 않지만, 같은 유성을 두 관측지점에서 동시에 탐지되었다면, 삼각법을 통해 유성 궤적의 정확한 좌표를 구할 수 있고, 이를 통해 유성의 공전 궤도 또한 구할 수 있다. 궤적과 궤도를 계산하는 것은 사용자가 직접 알고리즘을 구현할 수도 있지만, UFO Analyzer와 UFO Orbit 등 소프트웨어를 통해 구현할 수 있다.

www.meteor.kasi.re.kr에 영상자료, M file, P file, T file, 그리고 XML 파일이 올라간다. 궤도 계산을 위해서, 소백산과 보현산에서 같은 시각에 기록된 파일을 선택한다. 이중 관측된 유성에 대한 궤적 분석을 위해 한 유성에 해당하는 위 5개의 파일을 모두 다운받고, UFO Analyzer에서 파일을 연다. Mask 탭을 선택하고 UFO Analyzer에 설정되어 있는 배경별과 정렬시키는 측성 과정을 거쳐야 한다. 우선, 왼쪽 화면의 profile/analyze 탭을 열어, fovh(field of view horizontal), rot(camera rotation angle), az(azimuth), ev(elavation) 값을 설정한대로 맞춘다. 나머지 값들은 XML 파일에서 불러온 정보들이다. 오른쪽의 화면에는 profile/analyze에서 설정한 값에 해당하는 화면에 보일 실제 별들의 위치를 노란색 점으로 나타낸다. 반면, CCD 카메라가 빛으로 인식한 것은 파란색 점으로 보인다.

다음 과정은 관측된 유성을 analyze 하기 위한 과정이다. 여기서 analyze란, 한 지점에서 관측된 유성에 대하여 궤적을 그리는 것으로서, 이 과정을 거치면 유성이 경로를 지나가는 경로를 빨간 선으로 그려진다.

- 17 -

1) manual link를 선택해 실제 별들의 위치와 CCD가 인식한 별들의 위치를 연결시킨다.

2) finish link를 선택하고, <SD를 클릭해 오류가 난 연결을 지우고, adj pos all을 실행한다.

3) auto link을 클릭해 자동적으로 연결, adj pos all로 정렬시킨다. 초록 상자가 나타나면 <SD로 연결을 제외시켜준다.

4) adj pos all을 하고, <SD를 클릭한 뒤, ddpix를 적절히 조절하여 다시 자동 정렬을 시도한다. dpix avr가 0.3 이하, link가 50 이상이 될 때까지 반복한다.

우선 manual link를 선택해 실제 별들의 위치와 CCD가 인식한 별들의 위치를 수동으로 연결시켜야 한다. finish link를 선택하면 몇 개의 별들에 초록색 상자가 그려지는데, 이것은 별과의 연결이 많이 빗나간 까닭으로 나타난 잘못된 보정을 의미한다. 초록색 상자들이 없어질 때까지 <SD를 클릭한 후, adj pos all을 클릭해 정렬시킨다. 그 후 auto link를 클릭해 자동적으로 연결시킨다. auto link를 선택하면 컴퓨터에서는 파란 점과 노란 점을 일치시키려는 알고리즘을 통해 연결시킨다. 다시 <SD를 클릭해서 오류가 큰 링크를 지우고, adj pos all을 클릭해 새로 정렬시킨다. dpix avr가 0.3 이하, link 수가 50개 이상이 될 때가 적절하다. ddpix수를 높이면 link 수를 늘리지만, dpix avr 가 늘어나고, 반대로 ddpix 수를 낮추면 link 수는 낮아지고, dpix avr 가 줄어든다. ddpix를 적절히 조절하면서 자동 정렬을 한다.

정렬이 완료되면, Profile/Analyze 탭에서 save P를 클릭한다. 이렇게 되면 이 카메라에 대한 (아래 그림의 경우, SOAO C2) 방위각, 고도 등 정보들을 저장한 XML file을 PROF 폴더에 저장하게 되고, 나중에 같은 카메라로 유성이 관측될 때, 이 XML file을 불러올 수 있다. 불러오는 것은 read P를 눌러 PROF 폴더에 해당 파일을 선택하면 된다.

Analyze를 실행시켜(A를 누르면 된다) 유성의 궤적을 천구 상에 계산할 수 있다.

- 18 -

그림 16 <analysis of M20141118_182520_SOAO_C2>

Analyze하면 왼쪽 탭의 오른쪽 아래 상자에 class에 spo, ori, 등 어떤 영문자들이 뜬다. spo는 sporadic을 의미하며, 이 유성은 유성우에서 온 것이 아니라는 것을 의미한다. 반면, ori, leo 와 같은 경우는 각각 orionoids, leonoids 등을 뜻하며, 어떤 자리 유성우인지 알 수 있다. 이는 유성우가 한 복사점에서 오는 것처럼 보인다는 사실로부터 얻어지는 정보다.

대부분의 유성이 80km~120km 사이에서 빛을 낸다는 점을 통해, 이 유성이 100km 상공에서 보인 것이라 가정하여, 지도 상 궤적(ground map)을 계산할 수 있다. 물론, 이는 한 관측지점에서 얻은 데이터로서, 유성의 고도를 알 수 없다.

그림 17 <trail map of M20141022_141737_SOAO_C2>

- 19 -

그림18 <ground map of M20141022_141737_SOAO_C2>

두 관측지점 (소백산 천문대, 보현산 천문대)에서 동시에 관측된 유성의 경우, 여기서 더 나아가 UFO Orbit을 이용해 궤도 계산까지 가능하다. 위 과정을 모두 완료한 파일에 대해 Main 탭의 Mcsv를 클릭하면 UFO Orbit에서 사용하게 되는 csv 파일이 생성된다. 각 csv 파일에는 유성의 위치와 속도에 관한 정보를 담고 있다. 소백산 천문대와 보현산 천문대에서 얻은 두 파일에 대한 각각의 csv 파일을 한 폴더에 저장한다. 이제 UFO Orbit에서 이 폴더를 열어 실행시키면 된다. UFO Orbit에 이 csv 파일 두 개를 열고, read Mcsv을 클릭하면 공전궤도가 계산된다. 왼쪽 아래 칸에 장반경, 이심률, 경사도, 등 궤도에 대한 정보를 찾을 수 있다.

- 20 -

그림 19 <UFO Orbit gound map of M20141118_182520>

두 관측 지점에서 얻은 데이터를 토대로, 궤적을 일치시킨 것을 볼 수 있다. 그림19에서, 얻은 결과로 (UNIFIED_2)라고 왼쪽 상자에 뜬 것이 보인다. 이제 이것을 통해 계산한 결과로, 얻은 궤도를 오른쪽 위 Orbit 탭을 클릭해 볼 수 있다.

- 21 -

III. 결과 및 토의

3.1 관측된 유성의 개수 소백산 천문대 관측 기기는 10월 18일부터 관측이 시작되었고, 보현산 천문대 관측 기기는 11월 17일부터 관측이 시작되었다. 12월 3일까지의 관측 동안 각 카메라가 관측한 유성의 개수는 다음과 같다.표IV

SOAO C1 SOAO C2 SOAO C3 BOAO C1 BOAO C2 BOAO C3

개수 420 350~400 69 50 27 0

3.2 오리온자리 유성우의 복사점소백산 관측 카메라는 10월 22일 오리온자리 유성우가 15개 관측되었다. 이때 관측된 데이터를 바탕으로 궤적을 그려 복사점으로 부근을 찾을 수 있었다. 오리온자리 유성우는 복사점이 적경 6.13h~6.67h, 적위 11~19범위 내에 위치한다는 것을 확인할 수 있었다.

그림 20 <오리온자리 유성우의 복사점>

- 22 -

3.3 파이어볼 관측추가적으로, 파이어볼(fireball) 또한 소백산 천문대에서 관측되었다. 다음은 소백산 천문대에서 2014년 11월 13일에 관측된 파이어볼에 대한 Picture file과 Analyze가 완성된 그림이다.

이 정도 규모의 파이어볼의 경우, 대기에 들어오면서 전부 태워지지 않고 일부가 운석으로 지상에 떨어졌을 가능성이 있다. 만일 이중관측으로 이 파이어볼을 관측되었다면, 운석이 낙하한 정확한 위치를 UFO Orbit을 통해 계산할 수 있었을 것이다.

그림 21 <11월 13일 파이어볼 picture>

그림 22 <11월 13일 파이어볼 analyzed>

- 23 -

3.4 Double trigger 관측소백산에서는 double trigger 또한 관찰되었다. Double trigger는 동시에 두 개의 유성이 떨어지는 현상을 말한다. UFO Analyzer로 이를 분석했는데, 다음과 같이 두 개의 결과물을 각각 보여줌을 알 수 있었다. 왼쪽 중간의 직사각형 칸에 두 개의 결과물이 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 2014년 10월 29일에 촬영되었다.

그림 23 <double trigger 1>

그림 24 <double trigger 2>

- 24 -

3.5 궤도 분석보현산 관측 카메라의 관측 시작 이후 12월 3일까지 이중 관측된 유성의 개수는 총 77개이다. (1번 카메라: 50, 2번 카메라: 27, 3번 카메라: 0) 이 중에서 이중관측된 유성은 총 6개이고, 이중에서 19일과 18일에 이중 관측된 것 4개를 궤도 분석을 했다.다음은 궤도 분석을 한 결과물의 예시다.

그림 25 <Orbit pole view of M20141118_182520>

- 25 -

그림 26 <UFO Orbit side view of M20141118_182520>

그림 27 <Orbit pole view of M20141119_182422>

- 26 -

그림 28 <Orbit top view of M20141119_182422>

그림 29 <Orbit side view of M20141119_182422>

- 27 -

그림 30 <Orbit top view of M20141119_182607>

그림 31 <Orbit top view of M20141119_182607>

- 28 -

이 유성에 대한 궤도 계산 결과, 다음과 같은 결과를 내놓을 수 있었다.

장반경 이심률 경사도( )

M20141118_182520

12.416 0.926 97.5

M20141119_182422

4.517 0.816 122.6

M20141119_182607

14.728 0.933 162.2

M20141119_185557

38.539 1.02 126.9

표 6 <궤도 분석 결과>

이와 같이, 이중 관측으로 궤도 분석이 가능함을 보였다.

- 29 -

IV. 결론

소백산 천문대에 설치된 3대의 카메라는 10월 18일부터 12월 3일까지 약 900여개의 유성이 관측되었고, 보현산 천문대에서는 설치를 완료한 11월 17일부터 12월 3일까지 총 80여개의 유성이 관측되었다. 또한, 11월 17일부터 이중 관측을 시작한 이래 12월 3일까지 이중 관측된 유성의 개수는 총 6개이다.

소백산 천문대에서는 오리온자리 유성우가 최대로 보이는 10월 중순에 관측을 시작했기 때문에 10월 22일에서 10월 29일 기간 동안 하루에 10여개 이상의 유성을 관측했다. 이들을 UFO Analyzer을 통해 분석함으로서, 오리온자리의 복사점에서 오는 것처럼 보임을 확인할 수 있었다.

오리온자리 유성우 외에도 흥미로운 관측들이 많았다. 10월 29일에는 double trigger가 관측되었고, 11월 13일에는 파이어볼이 관측되었다. 또한 11월에는 사자자리 유성우 일부도 관측되었다.

이중 관측 시스템의 본 목적인 궤도 분석은, 이중 관측된 6개의 유성에 대해 이루어질 수 있었다. UFO 프로그램들을 통해 타원형 궤도의 자세한 정보들을 얻을 수 있었다. 정보들 중에는 궤도의 장반경, 이심률, 궤도 경사각이 포함되어 있어, 궤도의 개형을 알 수 있었다.

유성 관측 카메라를 소백산 천문대와 보현산 천문대에 설치하고, 작동되는 것을 확인하였다. 이로써 한국 최초로 유성 관측 시스템이 정착되었고, 우리나라에 떨어지는 유성들의 체계적인 분석이 가능해졌다. 만일 이런 시스템이 2014년 3월 이전에 설치되었다면, 3월 진주 운석에 대한 분석이 즉각적으로 수행할 수 있었을 것이고 앞으로 우리나라에 떨어질 운석의 궤도, 이심률, 궤도 경사각들을 알 수 있어 운석이 우주의 어디에서 왔는지 대략적으로 추정해볼 수 있을 것이다.

- 30 -

V. 참고문헌

[1] Jenniskens, P.; Gural, P. S.; Dynneson, L.; Grigsby, B. J.; Newman, K. E.; Borden, M.; Koop, M.; Holman, D. (2011) “CAMS: Cameras for Allsky Meteor Surveillance to establish minor meteor showers”, Icarus, Volume 216 Issue 2, pages 40-61.

[2] Stanislav Vítek; Pavel Koten; Petr Páta; Karel Fliegel, (2009) “Double-Station Automatic Video Observation of the Meteors”, Advances in Astronomy, Volume 2010 Article ID 943145, 4 pages.

[3] D. Koschny, F. Bettonvil, J. Licandro, C. v. d. Luijt, J. Mc Auliffe, H. Smit, H. Svedhem, F. de Wit, O. Witasse, and J. Zender (2013) “A double-station meteor camera set-up in the Canary Islands – CILBO”, Geosci. Instrum. Method. Data Syst., 2, 339-348

[4] 변용일 (2014) “운석은 진주에만 떨어졌을까”, 대전과학고 2014년 11월 23일 접속, 웹 사이트 주소:http://science.dongascience.com/articleviews/article-view?acIdx=13092&acCode=4&year=2014&month=11&page=1

[5] Jürgen Rendtel (1993) “HANDBOOK FOR PHOTOGRAPHIC METEOR OBSERVATIONS PART 1: FAINT METEORS”, 대전과학고 2014년 9월 3일 접속, 웹 사이트 주소:http://www.imo.net/docs/06double_station.pdf

[6] Jürgen Rendtel (1993) “HANDBOOK FOR PHOTOGRAPHIC METEOR OBSERVATIONS PART 6: DOUBLE-STATION CAMERA WORK”, 대전과학고 2014년 9월 3일 접속, 웹 사이트 주소:http://www.imo.net/docs/06double_station.pdf