NPF 법칙과 500 법칙의 차이: 별이 흐르지 않는 셔터 속도 계산

별이 흐르는 것은 지구가 자전하기 때문

밤하늘의 별은 지구의 자전 때문에 천구의 극(북반구에서는 북극성 바로 근처)을 중심으로 도는 것처럼 보입니다. 한 바퀴에 걸리는 시간은 약 23시간 56분(항성일)으로, 1시간에 약 15.04° 움직입니다. 1초로 따지면 약 0.0042°로 아주 작지만, 망원일수록, 또 화소가 촘촘한 카메라일수록 이 작은 움직임이 사진 위에서 눈에 띄게 됩니다.

카메라를 고정한 채 별을 점으로 찍으려면, 별의 상이 센서 위에서 움직이는 거리를 눈으로 봐서 신경 쓰이지 않는 크기로 억눌러야 합니다. 그 “몇 초까지”의 기준을 구하는 것이 500 법칙과 NPF 법칙입니다. 둘 다 삼각대에 고정해서 찍는 것을 전제로 한 식이며, 적도의나 포터블 적도의로 별을 추적하는 경우에는 해당하지 않습니다.

• 초점 거리가 길수록(망원일수록) 별의 움직임이 크게 확대되어 빨리 흐른다
• 화소가 촘촘할수록(고화소일수록) 같은 움직임이라도 걸치는 화소 수가 늘어난다
• 천구의 적도 부근(오리온자리 등)의 별이 가장 빨리 움직이고, 북극성에 가까울수록 느리다
• 조리개를 열수록 별의 상이 작고 날카로워져 약간의 흐름도 눈에 띈다

500 법칙의 계산식과 조견표

500 법칙은 필름 시대부터 쓰여 온 기준으로, 5×7인치~8×10인치 정도의 인화에서 별이 점으로 보이는 것을 기준으로 합니다. 식에 화소 수가 들어 있지 않기 때문에 센서 해상도가 아무리 높아도 초수는 같습니다. 더 엄격하게 보고 싶을 때 400 법칙·300 법칙처럼 상수를 작게 해서 쓰는 방법도 있습니다.

표는 찍는 방향을 천구의 적도(적위 0°)로 한 경우로, 별이 가장 빨리 흐르는 조건입니다. 풀프레임 2400만 화소 카메라로 500 법칙대로 찍으면 초점 거리와 관계없이 별은 센서 위에서 약 6픽셀 움직입니다. 스마트폰 화면에서는 점으로 보여도 컴퓨터에서 100%로 확대하면 짧은 선이 되어 있는 것은 이 때문입니다.

NPF 법칙의 계산식

NPF 법칙은 프랑스 천문학회의 프레데릭 미쇼(Frédéric Michaud)가 고안한 식으로, 조리개 값(N)·픽셀 피치(p)·초점 거리(f) 세 가지를 쓰는 데서 이름이 붙었습니다. 500 법칙과 달리 화소의 촘촘함과 조리개 값이 초수에 반영됩니다.

SNS나 블로그에서 자주 보이는 “(35×조리개 값＋30×픽셀 피치)÷초점 거리”는 간이 NPF라고 불리는 식입니다. 정밀식보다 2배 정도 긴 초수가 나오며, 100%로 보면 조금 흐르지만 축소해서 보면 점으로 보이는 정도의 기준이 됩니다.

같은 조건에서 별이 센서 위를 움직이는 양은 NPF 법칙으로 약 1.6픽셀, 간이 NPF로 약 3.4픽셀, 500 법칙으로 약 6.1픽셀입니다. 1~2픽셀이면 100%로 봐도 거의 둥근 점, 3~4픽셀이면 100%에서 약간 타원, 6픽셀을 넘으면 확실히 선으로 보이는 것이 기준입니다.

고화소 카메라일수록 초수가 짧아지는 이유

픽셀 피치는 센서의 가로 폭을 가로 방향 화소 수로 나눈 값입니다. 풀프레임(36×24mm) 2400만 화소라면 가로 6000화소로 약 6.0µm, 4500만 화소라면 약 4.4µm가 됩니다. 화소 하나가 작을수록 별이 조금만 움직여도 옆 화소로 넘어가기 때문에 점으로 찍을 수 있는 시간이 짧아집니다.

표는 14mm F2.8로 은하수 중심(궁수자리, 적위 −29°)을 찍는 경우입니다. 500 법칙의 초수는 화소 수와 관계없이 약 40.8초지만, 흐르는 양은 6100만 화소에서 약 9.7픽셀까지 늘어납니다. 고화소 카메라를 샀더니 별이 흐르게 되었다고 느끼는 것은 이 차이 때문입니다. 다만 사진을 축소해서 쓴다면 화소 수의 영향은 작아집니다. 6100만 화소 사진을 2400만 화소 상당으로 축소하면 흐르는 양도 비슷한 수준까지 줄어듭니다.

찍는 방향(적위)에 따라 초수는 늘어난다

별이 움직이는 속도는 천구의 적도에서 얼마나 떨어져 있는지(적위)에 따라 달라지며, cos 적위에 비례합니다. 천구의 적도 위의 별이 가장 빠르고, 천구의 극 주변은 거의 움직이지 않습니다. NPF 법칙도 500 법칙도 적위 보정을 하면 다음과 같이 초수가 늘어납니다.

표는 풀프레임 2400만 화소·14mm F2.8의 경우입니다. 광각 렌즈에서는 화면 안에 적위가 다른 별이 여럿 들어오기 때문에, 화면 가장자리에 있는 적도 쪽 별부터 먼저 흐릅니다. 망설여지면 적위 0°로 계산해 두면 어느 방향이든 안전한 초수가 됩니다.

결국 어느 쪽을 쓰면 좋을까

• 컴퓨터에서 100%로 확대해 확인하거나 크게 인화한다 → NPF 법칙
• SNS나 스마트폰 화면으로 보며, 약간의 흐름보다 밝기를 우선하고 싶다 → 간이 NPF
• 1200만 화소 전후의 오래된 카메라나 콤팩트 카메라로 가볍게 찍는다 → 500 법칙으로도 실용상 문제없음
• 별의 흐름보다 지상의 밝기를 우선하고 싶다 → 500 법칙을 상한으로 하고 조금 흐르는 것을 허용한다

NPF 법칙의 초수는 생각보다 짧아서 그만큼 ISO 감도를 올려야 합니다. 14mm F2.8로 10초라면 아주 어두운 하늘에서 ISO 6400 전후입니다. 어디까지 흐름을 허용할지는 노이즈와의 균형으로 정하게 됩니다. 은하수를 찍을 때의 설정 전체는 은하수 촬영 설정에 정리했습니다.

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   카메라 조건을 넣는다

   별 사진 계산기의 “별이 흐르지 않는 초수” 탭에서 센서 크기와 유효 화소 수, 렌즈의 초점 거리와 조리개 값을 넣습니다. APS-C나 마이크로 포서드라도 렌즈에 적힌 초점 거리를 그대로 넣으면 환산은 자동으로 됩니다.

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   찍는 방향을 고른다

   은하수 중심, 오리온자리, 북두칠성 등에서 고릅니다. NPF 법칙·간이 NPF·500 법칙의 초수와, 그 초수에서 별이 몇 픽셀 흐르는지가 나란히 표시됩니다.

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   카메라에서 설정할 수 있는 값을 확인한다

   계산한 초수를 넘지 않는 1/3단 간격의 값(10초, 8초 등)이 표시됩니다. 그대로 셔터 속도로 설정하고 ISO 기준도 확인합니다.

자주 묻는 질문

NPF 법칙과 500 법칙 중 어느 쪽이 맞나요?

둘 다 기준이며, 보는 크기에 대한 전제가 다릅니다. 500 법칙은 필름이나 저화소 카메라로 인화를 보는 전제, NPF 법칙은 고화소 디지털카메라로 100%로 확대해도 점으로 보이는 전제입니다. 풀프레임 2400만 화소·14mm F2.8이라면 500 법칙의 약 35초에서는 별이 약 6픽셀 흐르고, NPF 법칙의 약 9초라면 약 1.6픽셀 안에 들어옵니다.

NPF 법칙의 계산식을 알려 주세요.

t＝(16.856×조리개 값＋0.0997×초점 거리＋13.713×픽셀 피치 µm)÷(초점 거리×cos 적위)입니다. 간이식은 (35×조리개 값＋30×픽셀 피치)÷초점 거리로, 정밀식의 2배 정도 긴 초수가 나옵니다.

APS-C에서 500 법칙을 쓸 때 초점 거리는 어떻게 하나요?

35mm 환산 초점 거리로 나눕니다. 소니·니콘·후지필름의 APS-C는 약 1.53배이므로 16mm라면 환산 약 24.5mm로 500÷24.5＝약 20초입니다. 은하수 방향이라면 약 23초까지 늘어납니다.

조리개 값을 바꾸면 NPF 법칙의 초수가 바뀌는 이유는?

조리개를 열수록 별의 상이 작고 날카로워져 약간의 흐름도 눈에 띄기 때문입니다. 14mm·2400만 화소·은하수 방향에서는 F1.4로 약 8.7초, F2.8로 약 10.6초, F4로 약 12.3초가 됩니다. 다만 조리개를 조이면 어두워지므로 대부분 개방 부근에서 씁니다.

별이 흘렀는지 어떻게 확인하나요?

찍은 이미지를 재생해서 화면 가장자리에 있는 밝은 별을 최대로 확대합니다. 둥근 점이면 문제없고, 가늘고 긴 타원이나 짧은 선이 되어 있으면 초수를 줄입니다. 광각 렌즈에서는 중앙보다 가장자리의 별이 흐르기 쉽고 렌즈의 수차로도 모양이 무너지므로 네 모서리도 확인하세요.