맨눈 한계등급에 대해 의문을 가진 적이 있어서 찾아 본 것을 정리해 봅니다.
별하늘 지기에 올린 글에 약간 살을 붙였습니다.

맨눈 한계등급은 사람마다 다를 수 밖에 없다는 단점이 있지만,
그래도 직관적이고, 특별한 기구없이, 누구나 측정할 수 있기 때문에 하늘 상태를 얘기할때 가장 많이 쓰이는 방법입니다.

원칙은
1) 충분히 암적응
2) astronomical twilight(천문박명)를 지나고 나서
3) 달이 안 떴을때
4) 천정 근처를 대상으로
측정을 해야 합니다.
천문박명은 태양이 지평선아래로 18도 이상  내려갔을 때를 말하는데, 일반적으로 해가 지고 나서 1시간 반 정도 걸립니다.
산속에서 관측시에 달이 산에 가려서 안 보이기 시작하면 하늘이 충분히 어두워 진 것으로 생각합니다만, 실제로는 달빛이 하늘을 밝히는 광해로 작용합니다. 달이 어디 까지 지어야(moonset) 달의 광해로 부터 벗어난 것인지에 대해서는 자료가 없습니다만, 달은 태양만큼 밝지 않기 때문에 지평선 밑으로 내려가면 한계등급 측정에는 영향을 미치지 않을 것으로 생각됩니다.

보통은 미리 밝기를 아는 별이 보이는지를 체크하는 방법을 씁니다.
하지만, 모든 별들의 밝기를 외우고 있을 수는 없지요.
예를 들면 어떤 별이 5.3등급인데 그것이 보였다고 해서 그 하늘이 5.3이 되는 것은 아닙니다.
이 경우에는 5.4등급의 별을 찾아 봐야 겠지요.
만약 5.4등급 별이 보였다면 그 다음은 5.5등급 별을 찾아봐야 겠고요...
캄캄함 데서 레드라이트를 켜고 성도를 보고 이렇게 찾아 가는 것은 매우 어려운 일입니다.
레드라이트도 계속 보고 있으면 암적응에 영향을 받구요.

또다른 방법으로는 Ursa Minor의 별들이 약간씩 밝기가 다른 것에 착안해서 어떤 별까지 보이는지를 가지고 한계등급을 정하기도 합니다.
이 방법의 문제점은 작은곰자리 별들의 밝기가 0.1등급씩 차이나는 것은 아니라는 점과,
북위 35도 정도의 우리나라에서는 작은곰자리가 그리 높게 뜨지 않는 다는 것입니다.

그래서 외국별장이들이 조금 다른 방법을 도입했습니다.
간단히 설명드리면,
미리 잘 알려진 별자리의 별들을 연결한 삼각형, 사각형을 만들어 놓고 그 안에 몇개의 별이 보이는 지를 세어 봅니다.
보이는 별의 갯수와, 그에 해당하는 등급을 미리 표로 만들어 놓고, 이를 비교하는 방법입니다.
예를 들어, Arcturus와 Seginus(gamma BOO)와 Alphekka(alpha Corona Borealis) 세 별을 연결한 삼각형을 그리고, 그 안의 보이는 별을 모두 셉니다.
만약 이 삼각형안에 12개의 별이 보였다면 표에 의해 5.5등급이 되는 겁니다.
이 방법의 장점은 어느 계절, 어느 시간에도 천정근처의 도형을 선택해서 측정할 수 있다는 것입니다.
일단 가장 잘 정리된 웹페이지 두 군데 링크 합니다.
http://www.saguaroastro.org/content/LimitingMagnitude.htm
http://www.project-nightflight.net/limiting_mag.pdf
둘다 비슷한 내용인데, 첫번째 것이 도형이 조금 더 많고, 설명이 잘 나와 있습니다. 두번째 것이 PDF라서 출력이 편합니다. 그냥, 두번째 것을 출력해서 가지고 다녀도 좋을 것 같아요.

이 마지막 방법이 가장 정확히 맨눈 한계등급을 측정하는 것으로 생각됩니다.
하지만, 이 방법도 개인간의 차이를 극복하지는 못합니다.
일례로, 저는 약간의 근시가 있지만 안경을 안 끼고 다녀도 크게 불편함이 없습니다.
하지만 밤하늘의 별을 맨 눈으로 볼 때와 안경을 낄 때 1등급 이상의 차이를 보입니다.
또 다른 예를 든다면, 같은 날 같은 시간, 같은 장소에서 서로 다른 두 명이 이 방법으로 측정을 한다고 하면 다른 결과가 나올 수 있다는 것입니다. 한 사람은 4.5등급 하늘에서 관측한 것으로 관측기에 썼지만, 다른 사람은 5.5등급 하늘이었다고 말 할 수도 있습니다.
남들과 비교하지 않고 한 개인이 자신만의 기록들을 비교한다면 꽤 유용할 것입니다.
하지만, 나이가 먹으면서 눈이 나빠지지요.
또, 안경을 낄 경우 안경 돗수가 일정하다는 전제를 해야 합니다.
몇 년 전 관측기록을 보면 같은 관측지라 하더라도 지금 보다 한계등급이 높았던 것을 느낄 수 있을 것입니다.
물론 하늘 상태가 점점 나빠지는 것일 수도 있지만, 내 눈이 나빠진 것일 수도 있습니다.

이런 개인차이를 없애고 밤하늘 상태를 수치로 객관화하기 위해서 sky quality meter를 이용해서 하늘 상태를 측정합니다.
유니헤드론이란 곳에서 나온 휴대용광자측정기입니다. 아주 작고 가벼워서 주머니에도 쏙 들어갑니다.
http://unihedron.com/projects/sqm-l/
센서로 들어오는 광자의 양을 측정해서 magnitude/square arc second의 수치로 나타내는데,
이 자체로 비교해도 되고, 맨눈 한계등급과의 상관관계는 몇 몇 환산표를 이용하시면 됩니다.
그 중 하나를 링크하면 다음과 같습니다.
http://unihedron.com/projects/darksky/NELM2BCalc.html
예를 들어 저희 집 옥상에서는 17.5(밤 10시)-18.1(새벽 1시) 정도가 나옵니다.
이 수치는 환산표를 이용하면 맨눈 한계등급 3.5-4.0 정도에 해당하고, 실제 위의 방법으로 구한 맨눈 한계등급값과 거의 일치합니다.
국내에서 가장 좋았던 하늘은 21.3 이었고, 3월말 호주에서 측정한 결과 21.7 까지 나왔었습니다.
혹시 구입하실 분은 sqm이 있고 sqm-l이 있으니까 후자로 구입하셔야 합니다.
이 방법은 광자의 양 만을 측정하기 때문에 transparency를 반영하지 못한다는 비판이 있었지만,(즉, 이 기계의 측정값으로는 아주 캄캄한 것으로 나왔지만, 하늘에 먼지가 있으면 실제는 별이 많이 안 보일 것이라는 비판) transparency를 나쁘게 하는 대기중의 수증기, 먼지 등이 결국 멀리 있는 광해를 반사시켜서 광자를 많이 측정자에게 보낼 것이기 때문에, sqm은 transparency도 고려한 측정값이라는 주장도 있습니다. 제 경험도 후자인 것 같습니다.
실제 cloudy night에 5년 전 부터 SQM데이터를 올리는 thread가 있는데, 자세히 보면 같은 사람이 같은 장소에서 다른 날 측정한 sqm 값이 transparency에 따라 달라지는 것을 볼 수 있습니다.
http://www.cloudynights.com/ubbthreads/showflat.php/Cat/0/Number/1316025/page/7/view/collapsed/sb/7/o/all/fpart/16/vc/1
예를 들면 starman 1 이란 사람이 Mt. Pinos에서 주로 관측하는데, 어떤 날 transparency를 below average라고 한 날은 sqm 21.2라면, average라고 한 날은 21.4가 되는 식입니다. 결국, sqm만 측정해도 그것이 별이 보이는 정도(결국, 망원경으로 deepsky object를 잘보여 주는 정도) 를 말해 준다고 생각됩니다. 즉, sqm값이 darkness와 transparency를 합해서 말해 주는 것 같습니다.

참고로, sqm이나 위의 어떤 맨눈 한계 등급 측정이라도 seeing은 말해 주지 못합니다.