소백산천문대

61cm 망원경

관측자설명서

차  례

제 1 장.  소 개	1

제 2 장.  PIXIS 2048B CCD	2

1. 제원과 양자효율	2

2. 냉각방식	3

3. 관측시야	3

제 3 장.  TCS 프로그램	5

1. 위치 표시	5

2. 망원경의 이동	6

3. Focus	6

4. 센서	6

제 4 장.  CCD 프로그램	7

1. Readout Setting	7

2. DIPHO(DIfferential PHOtometry)	8

제 5 장.  관측 전 준비사항	9

1. CCD 온도 확인	9

2. 질소 가스 확인	10

제 6 장.  관측과 관측 시 주의사항	11

1. Bias, Dark, Flat 얻기	11

2. 망원경 주경덮개과 돔 구동 확인	11

제 7 장.  관측종료	12

제 1 장.  소 개

이 설명서는 소백산천문대 61cm 망원경을 사용하고자 하는 관측자를 위한 안내서입니다. 이 설명서에서는 CCD 제원, 구동프로그램, CCD 제어프로그램, 관측방법에 대한 내용들이 간략하게 설명되어 있습니다. 61Cm 망원경을 사용하여 관측을 하기 전에 이 설명서의 내용을 숙지하여 원활한 관측과 양질의 데이터를 얻길 바랍니다.

※ 보다 자세한 내용은 별도의 매뉴얼을 참고하거나 소백산천문대 오퍼레이터에게 문의 바랍니다.

제 2 장.  PIXIS 2048B CCD

1. 제원 및 양자효율

Princeton Instruments 사에 제작된 PIXIS 2048B는 2048 × 2048(Pixels)로 13.5micron/pixel 크기의 e2v칩으로 구성되어 있습니다. 아래에는 PIXIS 2048B CCD의 기본 제원(표 2-1)과 양자효율(그림 2-1)이 소개되어 있습니다.

CCD format	2048x2048 image pixel, 13.5 x 13.5㎛ pixels
CCD 칩셋	e2v CCD42-40 back-illuminated, grade 1, AIMO
냉각방식	-70℃ ( 수냉식 & 공랭식 냉각 )
관측 시야 (FOV)	17.64 x 17.64 arcmin - 0.51''/pixel (Focal Reducer 부착)
구동 프로그램	SOAO CCD 2011(winXP/win7) - 자체개발(차상목)

(표 2-1) PIXIS 2048B의 기본 제원

(그림 2-1)  PIXIS 2048B의 Quantum Efficiency Curve. ( 붉은색 실선 )

2. 냉각방식

PIXIS 2k CCD는 공랭식 냉각방법 뿐 아니라 칠러(CoolCUBE II)를 이용해 냉각수를 순환시키는 수냉식 냉각도 가능합니다. 소백산천문대 관측은 수냉식 냉각을 통해 –70℃까지 냉각하여 관측합니다. 아래 (그림 2-2)는 수냉식 쿨링시스템인 CoolCUBE II를 장착한 관측 시스템의 개념도를 나타내고 있습니다.

(그림 2-2) 수냉식 쿨링시스템(CoolCUBE II)를 장착한 관측 시스템 개념도.

3. 관측시야

소백산천문대의 61cm 망원경의 f/13.5 초점면에서 PIXIS 2048B CCD (13.5micron/pixel칩)의 pixel scale은 0.34“/pixel이고, 관측시야는 11.52분각(arcmin)입니다.

소백산천문대 61cm 망원경의 image scale과 관측 대상(주력 관측 연구 주제인 변광성의 모니터링 관측에 필요한 관측시야는 최소 20분각(arcmin) 전후), 그리고 소백산천문대의 시상이 2“ 이상임을 고려해 Focal Reducer를 도입하였습니다. Focal Reducer는 직경 90mm NBK7(Schott) + NSF2(Schott) doublet을 사용하여 설계하였고 90mm 렌즈는 특별 주문 제작되었습니다.

제작된 Focal Reducer를 장착하여 관측 테스트 한 결과 평균적인 Pixel Scale은 0.51''/pixel 이고, 따라서 관측시야는 17.64분(arcmin)입니다. (그림 2-3)은 시야각 20분(arcmin)에 Focal Reducer를 장착하기 전 시야각(노란색 실선)과 Focal Reducer를 장착한 후 시야각(흰색 실전)을 표시하여 나타내었습니다.

(그림 2-3) 이미지 시야각 20분각(arcmin) 위에 Focal Reducer를 장착하기 전 시야각인 11.52분각(노란색 실선)과 장착한 후의 시야각인 17.64분각(흰색 실선)을 표시.

제 3 장. TCS 프로그램

관측 시 61cm 망원경 제어 프로그램은 구동부를 제어하는 TCS(Telescope Control System) 프로그램(tcs.exe)과 CCD를 제어하는 CCD 프로그램(ccd.exe)으로 나누어집니다. 두 제어 프로그램은 61cm 망원경 관측실에 있는 관측 컴퓨터에 설치되어 있습니다. 관측 컴퓨터는 User 계정에 비밀번호를 입력하면 관측 컴퓨터의 초기 화면이 열립니다. 비밀번호 등의 정보는 오퍼레이터에게 문의하기 바랍니다.

(그림 3-1) TCS Main panel.

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

(그림 3-2)  TCS.

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

TCS 프로그램은 크게 2개의 패널로 이루어져 있습니다. (그림 3-1)은 TCS의 기본 패널이고 (그림 3-2)는 TCS 기본 패널에서 UTIL 메뉴를 누르면 나오는 TCS 패널입니다. TCS 패널은 망원경에 설치된 센서 정보(그림 3-2⑤)와 적경, 적위, 필터의 counter와 encoder 값 등(그림3-2 ④)을 보여줍니다.

1. 위치 표시

TCS 프로그램은 망원경의 홈 위치의 시간각, 적위, 방위각, 고도의 기본 입력 값을 기준으로 시간에 따라 계산됩니다. UTCk 프로그램에서 받은 시각정보를 바탕으로 계산되기 때문에 관측 전 미리 시각동기를 해야합니다. UTCk 프로그램 ON/OFF 여부는 (그림 3-2) ②에 나타나므로 프로그램에서 시각정보를 인식하였는지 확인할 수 있습니다. 간략하게 기본 정보를 살펴보면 (그림 3-1) ①은 망원경 위치 정보와 적경과 적위의 리미트 센서를 나타내고, (그림 3-1) ②은 망원경의 상태(정지, 이동, 추적 등)를 나타냅니다.

2. 망원경의 이동

- 위치 초기화 : (그림 3-1) ⑤의 초기화를 누르면 적경과 적위의 홈센서에서 벗어나기 시작하는 시점으로 망원경을 위치시키고 counter와 encoder 값을 1000근방 값으로 변환합니다. 이는 입력된 좌표로 정확하게 이동시키기 위해서 반드시 필요한 과정입니다.

- 이동 : (그림 3-1) ⑤의 GOTO 버튼을 누르면 (그림 3-1) ④번에 입력된 좌표로 이동시키고, 정지버튼을 누르면 이동이 중지됩니다.

- 가이드 : 망원경 가이딩 창을 띄워 망원경의 위치를 미세조정 하는데 사용하고 키패들을 이용해 망원경을 이동시킬 경우, 조작 mode가 수동키로 변하여 자동 팝업 됩니다. 이때 망원경이 센서 0 ~ 3번이 켜지며, 이동 방향을 표시합니다.

- 파킹 : 망원경을 홈 위치로 이동시킵니다.

3. Focus : (그림 3-1) ⑦

망원경의 부경을 in(주경에 가까워지는 방향)과 out(주경에서 멀어지는 방향)으로 입력 시간만큼 움직여 Focus를 조정합니다. Focus 값은 상대적인 값으로 현재위치에서부터 입력된 시간(sec)만큼 이동합니다. Focus는 망원경 가이딩 창과 CCD 프로그램 상에서도 조절 가능 합니다.

4. 센서

망원경에는 프로그램상에서 현재 망원경의 상태를 확인할 수 있는 상태 확인용 센서와 망원경을 보호하기 위해 적경과 적위 등의 이동을 제한하는 리미트센서가 설치되어 있습니다. 망원경의 상태를 표시하는 센서는 0 ~ 13번으로 표시되어 (그림 3-2) ⑤에 빨간색 불로 표시됩니다. 아래에 상태표시센서 0 ~ 13번의 정보를 나타냈습니다. 한편 망원경의 위치가 안전범위에서 벗어나 이동 제한 센서가 작동되면 (그림 3-2) ④와 (그림 3-1) ①에 표시됩니다.

- 0(동), 1(서), 2(남), 3(북) : 가이드 창을 이용해 망원경을 동서남북의 방향으로 이동 시 불이 켜집니다.

- 5(전원) : 망원경 전원(항상 켜져 있음)

- 8(적경 프리로더), 9(적위 프리로더) : 프리로더가 기어를 잡고 있을 때 불이 켜집니다.

- 10(Focus_in), 11(Focus_out) : 부경이 이동 중이면 방향에 따라 불이 켜집니다.

- 12(Filter) : 정상적으로 필터 신호가 감지되면 불이 켜집니다.

- 13(Shutter) : 셔터가 개방된 경우에 센서 불이 켜집니다.

제 4 장. CCD 프로그램

(그림 4-1) CCD Program 실행 화면

CCD 프로그램(그림 4-1)은 크게 Fits Viewer와 Telescope control, CCD camera control 패널로 나누어져 있습니다. Fits Viewer는 촬영된 영상을 띄워 각 픽셀의 정보를 읽어 정보창에 표시하고, Telescope control 패널은 TCS와 통신하여 RA, DEC, Alt., Azm. 등의 정보를 나타냅니다. CCD 프로그램은 TCS 프로그램에서 망원경의 정보를 읽어옵니다. 또한 망원경을 이동시키거나 초점을 조정할 수 있습니다. CCD camera control 패널은 Header에 입력되는 정보(image type, object name, observer, Exp. time)를 표시하고 CCD 설정(gain, readout speed, RD port, Filter, binning, ccd temperature 등)을 돕습니다.

1. Readout Setting

PIXIS 2KCCD는 다중 채널 readout이 지원되지 않지만 readout 속도를 normal과 fast mode 중에 선택 할 수 있어 빠른 readout이 가능 합니다. Readout 속도와 bining에 따른 readout time은 (표 4-1)에 나타냈습니다. 1 frame 관측 시 걸리는 시간은 아래에 나타내었고 시간은 bining에 따라 달라집니다.

(표 4-1) Binning과 Readout speed에 따른 Readout time.

* CCD 1 frame 관측 시간 = CCD configuration + Flush + Exposure + Readout + Download time

- CCD configuration = 0.6 sec

- Flush time = flush 횟수(관측자가 설정) x 0.62 sec

- Readout time = Readout time(표 4-2 참고)

- Download = 0.1 sec

(표 4-2) RD Port, RD Speed, System Gain에 따른 Readout noise와 time(2x2기준).

RD Port	RD Speed	Sys Gain (e-/(adu))		Readout Noise (e- rms)	Readout Time (sec)
Low noise	Slow rate (100KHz)	Low	4.0	3.5	9.4
		Medium	2.0
		High	1.0
	Fast rate (2MHz)	Low	4.0	12	0.9
		Medium	2.0
		High	1.0
High capacity	Slow rate (100KHz)	Low	14.0	3.5	9.4
		Medium	7.0
		High	3.5
	Fast rate (2MHz)	Low	14.0	12	0.9
		Medium	7.0
		High	3.5

소백산천문대에서는 2×2 Binning에 Gain 1.0(e-/ADU), RDNOISE 3.5(e-rms)를 Precision Photometry라 명명하여 기본 관측모드로 사용하고 있습니다.

2. DIPHO(DIfferential PHOtometry)

CCD 프로그램의 부프로그램인 DIPHO(그림 4-2)는 사용자의 관측편의를 위해 제작되었습니다. 관측 시 매번 필터와 노출 시간을 바꾸어 입력하는 수고를 줄이기 위해 Dipho Sequence에 필터와 노출 시간, 촬영 반복 횟수를 입력하면 자동으로 CCD control 패널의 입력값을 바꿔가며 관측을 수행 합니다. 더불어 Fits Viwer에서 보여진 변광성(V)과 비교성(C)의 좌표를 입력하면 1 frame 촬영 시마다 변광성과 비교성의 기기등급차이를 실시간으로 시간에 대해 그래프로 보여줍니다.

(그림 4-2) DIPHO.

제 5 장. 관측 전 준비 사항

1. CCD 온도 확인

CCD 쿨링은 기본적으로 공냉식 냉각방식과 수냉식 냉각방식으로 이루어지며, 관측 전 최소 3시간 전에는 CCD 전원이 켜져 있는지와 수냉식 냉각기기 CoolCUBE II의 전원 또한 켜져 있는지 확인하고, 호스 안 부동액의 순환이 잘 이루어지고 있는지도 확인해야 합니다. 이 때 CoolCUBE II 상자 안에서 펌프 소리와 발열 팬이 돌고있어 약간의 소음이 발생하지만 이는 정상적인 작동 상태입니다.

CoolCUBE II는 영하의 온도에서는 작동 되지 않기 때문에 히터박스를 제작하여 그 안에 CCD전원과 함께 넣어 놓았으며, 온도가 영하로 내려갈 경우, 히터를 동작시켜 박스 내부의 온도를 상온으로 유지시키고 있습니다. 돔 내부 온도가 영하로 떨어질 경우, 칠러 호스 역시 열선을 감아 온도를 따뜻하게 유지시키고 있습니다.

(그림 5-1)은 히터박스와 칠러호스(좌), 히터박스 안의 구조(우) 입니다. 히터박스는 2단 구조를 가지고 있어 1단에는 전원선과 히터의 온도 설정 기기가 있고, 2단에는 CoolCUBE II와 CCD 전원, 히터가 들어 있습니다.

(그림 5-1) 히터박스와 칠러호스(좌), 히터박스 안의 구조(우)

2. 질소 가스 확인

PIXIS 2K CCD 전면 window에 발생하는 수증기 응결을 막기 위해 질소가스를 불어 넣어줍니다. 이를 위해 소백산천문대에서는 Nitrogen Gas Generator(이하 NGG)를 구입하여 공기 중 질소가스만을 걸러 순도 99.0%이상의 질소 가스를 유입시키고 있습니다. (그림 5-2)는 천문대 지하에 있는 NGG 본체이고 (표 5-1)은 간략한 제원을 표시하였습니다. 61cm 망원경 관측실의 왼쪽 바닥을 보면 유량계와 밸브가 있습니다. 이 밸브로 가스의 유입 및 차단을 시킬 수 있습니다. 또한 가스 유량계를 확인하여 가스량이 2.0 L/min인지 확인해야 합니다. 반드시 CCD의 온도를 낮추기 전에 미리 NGG의 전원을 켜 질소 가스가 정상적으로 만들어져 유입되는지 확인 하여야 합니다.

	Model Item	M2NT-0.4-6(AC220V)
	Nitrogen gas purity	99.0%
	Nitrogen gas capacity	12.5 NL/min.
	Nitrogen gas pressure	0.4 MPa
	Nitrogen gas dew point	Below - 60 ℃
	Flow meter range	20.0 NL/min.
	Oxygen analyzer	Indication range : 1.999% Measuring range : 0.1 ~ 1% (O2) Accuracy : Within ± 0.1% at 1%O2
	Power source	AC220V 60Hz
	Power consumption	0.4kW
	Operational system	Local (Manual)/Remote operation type
	Signal input/output	(Input)Remote signal
	Nitrogen gas outlet	Rc 1/4
	Ambient temperature	5 ~ 35 ℃
	Ambient humidity	10 ~ 80 % RH
	Dimensions	450W × 655D × 750H
	Weight	105 kg
(그림 5-2) Nitrogen Gas Generator.	(표 5-1) NGG의 간략한 제원.

제 6 장. 관측 및 관측 시 주의사항

1) Bias, Dark, Flat 얻기

PIXIS 2K CCD는 Gain, RD Speed, Binning을 관측에 따라 조절할 수 있습니다. 각 설정에 따라 노출 초과 값이 다르므로 Bias, Dark, Flat을 촬영할 시 주의 하여야 합니다. (표 6-1)은 CCD 설정에 따른 이론적인 노출 초과값과 Dome flat으로 확인한 노출 초과 시 얻는 최대값과 최소값을 정리한 표입니다.

(표 6-1) CCD 설정에 따른 이론적인 노출 초과값과 Dome flat으로 확인한 노출 초과 시 최대, 최소값.

RD Port	RD Speed	sys.Gain (e-/ADU)	1 x 1			2 x 2
			Saturation level Calculation	Domeflat		Saturation level Calculation	Domeflat
				Max.	Min.		Max.	Min.
Low noise	slow	high(1.0)	65535	65535	65535	65535	65535	65535
		medium(2.0)	51789	65535	65535	65535	65535	65535
		low(4.0)	26806	65535	40438	65535	65535	65535
	fast	high(1.0)	65535	65535	65535	65535	65535	65535
		medium(2.0)	51539	65535	65535	65535	65535	65535
		low(4.0)	26731	65535	39402	65535	65535	65535
High capacity	slow	high(3.5)	30348	65535	36842	65535	65535	65535
		Medium(7.0)	16082	35672	18838	58939	65535	65535
		low(14.0)	8950	18225	9775	30379	65535	36392
	fast	high(3.5)	30297	65535	36552	65535	65535	65535
		Medium(7.0)	16094	35414	18655	58951	65535	65535
		low(14.0)	9008	18093	9673	30437	65535	35674

소백산천문대에서는 관측에 적합한 CCD 쿨링 온도를 -70℃로 유지합니다. 테스트 결과 이 온도에서의 Dark 관측은 무시해도 좋습니다. 다만 쿨링 시스템에 문제가 생겼을 경우 Dark를 CCD 온도에 따라 촬영해야 합니다. 촬영 방법은 CCD 프로그램의 CCD control 패널에서 관측하고자 하는 Image Type을 설정한 후 촬영하면 됩니다. bias는 입력된 노출 값과는 상관없이 셔터가 열리지 않고 0초 노출 촬영을 하고 Dark는 입력된 노출 값에 따라 셔터가 열리지 않고 촬영됩니다.

2) 망원경 주경덮개와 돔 구동 확인

61cm 망원경의 부경 뒤편에는 초소형 카메라가 부착되어 있습니다. 이는 평상시에 망원경 주경덮개에 의해 닫혀져 있다가 관측 준비 시 망원경 주경덮개를 열면 카메라를 확인 할 수 있습니다. 카메라 영상은 실시간으로 관측실에 준비된 소형 모니터에서 확인 할 수 있고, 또한 마이크가 설치되어 있어 돔 내부의 소리를 선명하게 들을 수 있습니다. 한편 소백산천문대의 반구형 돔은 돔 내부에서만 개폐되어 집니다. 따라서 관측 전 미리 돔을 열어 두었다가(기상이 괜찮다면) 관측 도중 기상이 나빠지면 돔 내부에서 슬릿을 닫아야 합니다. 그 이외에 돔의 좌, 우 회전은 돔 내부와 관측실에서 모두 작동 가능합니다. 관측실에서 돔을 회전 시킬 때에는 반드시 돔 내부의 불을 켜고 카메라 영상을 확인하면서 돔이 정상적으로 회전하는지 확인하여야 합니다.

제 7 장. 관측 종료

천체 관측이 종료되면 돔 슬릿을 제일 먼저 닫습니다. 돔 슬릿은 하부, 상부 순으로 닫아야 하고 돔이 닫히는 것을 확인한 후 제습기를 가동시켜 돔 내부의 습도를 50-60%사이로 유지시킵니다. 돔 내부 습도가 안정적으로 유지되면 망원경의 주경덮개를 닫도록 합니다. 망원경의 파킹은 TCS 프로그램 상에서 parking 버튼을 누르거나 돔 내에서 마운트에 나타나는 RA, HA, DEC의 다이얼을 보고 키패들을 이용해 할 수 있습니다. 단, TCS 프로그램 상에서 parking 버튼은 누르면 자동 추적 해지 되지만, 키패들로 parking 할 경우 망원경이 추적 중인지 반드시 확인하여야 합니다.

망원경 정리가 끝내면 돔을 회전 시켜 돔 슬릿 방향이 서쪽으로 향하게 하고 CCD 프로그램 상에서 Cooling을 중단시킵니다. TCS 프로그램을 종료하면 돔에서는 망원경을 구동할 수 없으므로 종료 시키지 않아야 하며, CCD 프로그램은 CCD 온도가 0도 이상으로 상승했을 때 종료시킵니다. 히터 박스 내의 CoolCUBE II와 CCD전원(달리 전원 on/off 장치가 없으므로 코드를 빼야함)을 끄고, 마지막으로 가스 질소 생성기(NGG)의 전원을 off 시킵니다.

만약 관측 시 또는 관측 종료 시 발생하는 문제는 반드시 오퍼레이터에게 알리고, 발생한 문제에 대해서는 관측일지에 자세하게 기록합니다. 오퍼레이터는 문제를 신속하게 대처하여 다음 관측에 지장을 주지 않도록 최선을 다해 처리합니다.