보이저 호는 어떻게 외행성 사진을 찍었을까??

--------------------------------------------------------

보이저호는 어떻게 사진을 찍었고, 이 사진을 지구로 보낼 수 있었을까?

먼저, 이당시 1970년대의 기술에는 요즘 흔히들 말하는 '디지털 카메라'는 존재하지 않았다는 점을 상기하자.

그래서 이때의 탐사선들의 사진촬영은 'TV 생중계'와 별다른 차이가 없었다고 해.

1. 센서와 촬영

방송용 디지털카메라가 나오기 전에, TV중계에 사용된 vidicon.

1980년대 CCD가 개발되면서 대체되기 전까지, 비디오 카메라에는
음극선관(Cathode-Ray Tube, CRT)이 사용되었어.

예전 컴퓨터모니터를 써본 게이들은 기억할거야 CRT라는 명칭. 그 커다랗고 열 많이 나던
모니터도 일종의 CRT이지.

아날로그 신호를 빛으로 뿌려주는 반대로, 빛을 아날로그 신호로 바꾸는 것도 가능하다는 거야. 

이런 비디오카메라를 광각(Wide-Angle), 망원(Narrow-Angle) 2개를 싣고 갔다고 한다.

이 비디콘(Vidicon; Video Conductor)으로 800*800 픽셀의 이미지를 얻었는데 800개의 
픽셀을 800개의 라인으로 각각 한줄씩 읽어 내려가는 식이었어.

그리고 한 프레임을 읽어서 전기신호로 변환하는 데엔 48초가 걸렸다고 하네.

(아 물론 사진 한 장이 64만 화소라고 생각하면 ㄴㄴ해. 행성사진을 여러장 여러부분 찍어서 합성한 사진이 대부분이다.)

그리고 읽어들인 이 신호들은 아날로그 신호였으니, 증폭(amplified), 컬러필터링, 그리고 8-비트 디지털로 변환되었어.

2. 저장

이제 이걸 메모리에 저장해야되는데 1970년대에 메모리 카드가 있을리가 없잖아?

이때는 반도체도 엄청 비쌌기 때문에, 결국 우리가 쓰던 카세트 테이프와 비슷한 녀석이 사용된다.

8-track 테이프 레코더가 사용되었다고 해.

3. 전송

이 테이프레코더에 들어있는 디지털 사진을 전파로 전송하였는데, 전송속도는 115,2kbit/초 였다. 

이게 비트니까 14.4kb/s라고 이해하면 될 듯.

전송된 전파는 미미하겠지만, 보이저호는 심우주 통신망을 사용하였어.

골드스톤(미국 캘리포니아), 캔버라(호주), 마드리드(스페인)에 위치해 지구자전에도 놓치는 부분이 없도록 설계되었다.

이렇게 전송받은 사진이 지구에 올 때는, 스캔라인 한 줄 한 줄이 천천~히 도착하고
이걸 컴퓨터가 하나하나 합성하였어.

그렇게 얻어진 사진을 보정한 후에 여러장을 합쳐서 둥근 모양으로 완성하면 목성이든 토성이든 행성사진이 되었던 거지.

---------------------------------------------------------------

그럼 가장 대표적이고 지릴것만 같은, 목성에 접근하면서 찍은 보이저 1호의 사진을 보자.

(사실은 엄청난 노가다와 계산수정의 결과...)

보이저1호의 토성사진

보이저 2호가 찍은 토성의 고리. 보이저 2호 덕분에 토성고리에 A,B,C,D... 이름을 붙일 수 있을 정도로 

자세한 연구가 이루어졌다.

보이저 1,2 호는 직접 태양계의 외행성들을 탐사하면서 주변의 위성들 사진도 많이 찍었어. 

덕분에 수많은 위성을 더 찾아내고,

유황화선이 있는 목성의 행성 이오

두꺼운 대기를 가지고 있어 항상 SF의 소재가 된 토성의 타이탄

갈릴레오 위성중 하나인 목성의 가니메데

칼리스토 .. 유명한 녀석들과

얼음위성 유로파

등등의 행성지도까지 만들어 내는 등 승승장구하며 임무를 수행해 나가.

The Grand Tour...

보이저 1호는 토성까지 탐사하는 본연의 임무를 마치고 우주로 뛰쳐나가, 최근에
'태양계를 완전히 벗어났다'고 판명이 되었고, 보이저 2호는 계속해서 탐사를 이어 나가지.
토성의 고리의 비밀을 밝혀 내고,  한번도 가보지 못했던 천왕성과 해왕성에 가는
인류최초의 업적을 위해서 말야.

그런데 천왕성부터는 좀 난관에 부딪히게 된다.

천왕성은 10억마일 거리인 토성의 2배인 20억 마일에 있었고, 태양빛은 더욱 희미했기 때문이지.

정말 나사 JPL은 천재들만 모아놓은듯

로 이런식으로 장노출이 필요한 사진에서 움직이는 피사체를 따라가며 사진기를 회전시켜주면, 중요한 피사체는 흔들리지 않은 것 같은 (steady) 결과물을 얻을 수 있다. 탐사선은 빠르게 움직이는 중이고, 행성도 태양을 공전하는 중이니까  

비슷한 맥락에서 이런 식의 사진을 찍을 수 있게 프로그래밍을 했다는 뜻이겠지.

이런 원리는 요즘 사진기의 소위 '손떨방'에도 사용되는데,

여기에서는 움직이는 화상에 반대 방향으로 센서를 강제로 움직여주면서 피사체를 추적해 

흔들림을 상쇄하는 원리가 사용된다.

여하튼 덕분에 천왕성과 해왕성도 탐사하면서, 잘 보이지 않았지만 거대행성들은
모두 고리가 있음을 발견해 내.

천왕성의 고리

다큐에서 잠깐동안 사진 받아들이는 영상이 같이 나오는데,

정말 게이들 피씨통신 할 때 야짤 한줄한줄 뜨듯이 해왕성 사진이 한줄 한줄 뜨는걸 보고

나사게이들이 모두 환호성을 지르고 있음 ㅋㅋ

마지막으로, 보이저 탐사의 계획에 공헌하고 우주과학의 대중화에도 큰 역할을 하셨던 

고 칼 세이건 아저씨의 '창백한 푸른 점(Pale Blue Dot)'으로 마무리를 하자

이 사진은 1990년에 보이저 1호가 마지막으로 찍은 사진이야.

보이저 1호는 이미 본래의 임무를 마치고 태양계 행성들을 벗어나 날아가던 상황이었어.

칼세이건 옹은 태양계를 떠나가는 보이저 1호가, 마지막으로 지구쪽으로 사진을 찍으면 어떨까 하고
제안하게 돼. 이렇게 사진을 찍으려면 보이저 1호의 각도를 지구쪽으로 돌리는 추가 동력도 필요하며,

비디오캠이 손상되어 다시는 사진을 찍지 못하게 될 거라며 반대의 목소리도 있었어. 

사실 과학적인 성과와는 별 관련이 없지만, 사진 한 장 만으로도 충분히 의미가 있지 않을까 하는 것이 

칼세이건 옹의 생각이었고.

사진을 보고 감격에 젖은 칼세이건은 다음과 같은 헌사를 바쳐.

"여기 있다. 여기가 우리의 고향이다. 이곳이 우리다. 우리가 사랑하는 모든 이들, 우리가 알고 있는 모든 사람들, 당신이 들어 봤을 모든 사람들, 예전에 있었던 모든 사람들이 이곳에서 삶을 누렸다. 우리의 모든 즐거움과 고통들, 확신에 찬 수많은 종교, 이데올로기들, 경제 독트린들, 모든 사냥꾼과 약탈자, 모든 영웅과 비겁자, 문명의 창조자와 파괴자, 왕과 농부, 사랑에 빠진 젊은 연인들, 모든 아버지와 어머니들, 희망에 찬 아이들, 발명가와 탐험가, 모든 도덕 교사들, 모든 타락한 정치인들, 모든 슈퍼스타, 모든 최고 지도자들, 인간역사 속의 모든 성인과 죄인들이 여기 태양 빛 속에 부유하는 먼지의 티끌 위에서 살았던 것이다.

지구는 우주라는 광활한 곳에 있는 너무나 작은 무대이다. 승리와 영광이란 이름 아래, 이 작은 점의 극히 일부를 차지하려고 했던 역사 속의 수많은 정복자들이 보여준 피의 역사를 생각해 보라. 이 작은 점의 한 모서리에 살던 사람들이, 거의 구분할 수 없는 다른 모서리에 살던 사람들에게 보여주었던 잔혹함을 생각해 보라. 서로를 얼마나 자주 오해했는지, 서로를 죽이려고 얼마나 애를 써왔는지, 그 증오는 얼마나 깊었는지 모두 생각해 보라. 이 작은 점을 본다면 우리가 우주의 선택된 곳에 있다고 주장하는 자들을 의심할 수밖에 없다.

우리가 사는 이곳은 암흑 속 외로운 얼룩일 뿐이다. 이 광활한 어둠 속의 다른 어딘 가에 우리를 구해줄 무언가가 과연 있을까. 사진을 보고도 그런 생각이 들까? 우리의 작은 세계를 찍은 이 사진보다, 우리의 오만함을 쉽게 보여주는 것이 존재할까? 이 창백한 푸른 점보다, 우리가 아는 유일한 고향을 소중하게 다루고, 서로를 따뜻하게 대해야 한다는 책임을 적나라하게 보여주는 것이 있을까?"