제 글들을 보시면
별이나 우주에 관한 사진과 내용이 종종 등장합니다.
관심이 많습니다.
하지만 가끔 ‘어두워진 세상 중에 눈을 들어 하늘 보고’(찬송가 515장)
시편 8편의 기자 같은 마음 품었을 뿐이었습니다.
이번에 화성을 본 것을 계기로
밤하늘 관찰 준비를 조금씩 해보려고 합니다.
그 첫걸음은 학생 때 배운 천체 관측 기본 개념을 정리하는 것입니다.
당시에 시험문제 답은 그런대로 맞추었지만
이해하지 못하고 덮어둔 점들이 몇 가지 있었습니다.
지금 느긋하게 그런 점들을 정리해보고 있습니다
1.
앞글에서 “서쪽에서 동쪽으로 회전하거나 전진한다”는 말이 어떤 맥락에서 나오는 것인지 설명했습니다. “시계 방향 회전 또는 반 시계 방향 회전”도 마찬가지입니다. “어떤 시점”에서 보았을 때 그러한지 살펴보아야 합니다. 예를 들어 지구는 북극 위에서 보는 시점에서 “반 시계 방향”으로 회전합니다. 그러나 남극 위에서 보면 "시계 방향"으로 회전합니다. 북극을 바라보는 우리 시점과 남극 위에서 보는 시점이 비슷하기 때문에 북반구에 사는 우리에게는, 지구가 자신의 축을 중심으로 “시계 방향”으로 회전합니다. 재미 삼아 화살표를 만들어 윗면 아랫면에 다른 색깔을 칠한 후 유리에 놓고 찍어보았습니다. 반 시계 방향 화살표를 위에서 촬영한 후 유리 아래에서 같은 화살표를 촬영했습니다.
2.
요즘은 네비게이션같은 컴퓨터 프로그램을 이용하여 관측 대상을 찾을 수 있어 편리합니다. 하지만 지도 보는 법을 기본적으로 알아야 하는 것처럼, 천구 좌표계를 보는 법을 알아두어야 합니다.
지도(地圖)는 평면이지만 별의 위치를 보는 ‘지도’는 공(球)처럼 생겼습니다. 이런 공을 “천구”(天球)라고 하며 그래서 별의 지도를 ”천구 좌표계“라고 부릅니다. 정확히 말하면 관측자가 공(천구)의 중심에서 공의 표면 가죽 이면에 기록된 별들의 표시를 바라보는 방식의 지도입니다. 각각의 별과 지구의 거리는 무시하고 모든 별의 위치는 천구 표면 안의 가죽에 표시됩니다.
(1) 지평좌표계
출처: 한국천문연구원
같은 장소, 같은 시간에 관측하는 사람들에게 편리한 지도입니다. 옆 사람에게 어떤 별을 바라보라고 할 때 두 마디면 됩니다. ”천구의 북점에서 시계 방향으로 방위각 120도! 고도(高度)는 45도!“
관측자 지평선이 천구 끝까지 연장되고 그곳에 천구의 북점(北點)이 있기 때문에 ‘지평좌표계’라고 합니다. 단점은 같은 장소, 같은 시간에 있어야 쓸모 있다는 것입니다. 그 별의 좌표가 장소 따라 시간 따라 변하기 때문이지요. 스텔라리움 같은 프로그램은 사용자의 장소와 시간을 계산하여 이러한 천구 지도를 보여줍니다. 관측자가 어느 때 어디에 있든지 옆에 훌륭한 조수가 따라다니는 셈입니다.
확인하지 못했지만 ”계절별 별자리“ 개념은 옛날식 지평좌표계라고 볼 수 있습니다.
(2) 적도좌표계
출처: 한국천문연구원
지평좌표계처럼 어떤 관측자의 지평선이 출발점이 아니고, ”지구“의 적도를 천구 끝까지 연장하여 천구의 적도를 설정하고 이 적도에 중요한 기준점을 두기 때문에 ‘적도좌표계’라고 합니다. ”지구 전체“를 기준으로 하여 각 별들에게 고정된 좌표를 부여하는 것이지요. 이런 좌표계를 만들기 위해서는 먼저 두 가지 문제를 해결해야 합니다. 첫째, 지구의 자전으로 별이 천구의 축을 중심으로 회전을 하는데 어떻게 좌표를 부여할 수 있느냐입니다. 지평좌표계에서 북점을 방위각의 기준으로 했듯이, 적도좌표계에서도 이런 기준이 필요한데 이 좌표계의 기준점은 별들과 일정한 관계를 유지하며 함께 회전하니 각 별들은 고정값을 가질 수 있습니다. 지구 자전의 영향은 이렇게 제거됩니다. 둘째, 지구 전체를 관측자로 설정한다고 하더라도 지구가 한 곳에 머물지 않고 공전을 한다는 점입니다. 우리에게 지구의 공전이 큰 이동이지만 별들과의 관계에서 지구의 공전은 거의 움직이지 않는 것과 같기때문에 무시해도 됩니다. 학생 때 이해하지 못하고 덮어두었던 의문이 이 두 가지 점이었던 것 같습니다. 원점(O)이 움직인다는 꺼림칙함... (보충: 지구 공전에 따라 지구와의 상대적 위치가 크게 달라지는 태양과 달과 행성은 공전의 영향이 반영되어 적경과 적위가 변함)
모든 관측자가 한 점으로 축소된 지구 중심에 모여, 적도좌표계 천구 끝에 있는 별 표시를 볼 때, 대부분의 별 표시는 세월이 흘러도 움직이지 않습니다. 실제로 그 별들은 빠른 속도로 움직일 겁니다. 그러나 워낙 먼 거리에 있어서 우리에게는 움직이지 않는 것처럼 보입니다. 수 천 년이 흘러도 북두칠성이 국자 모양이듯이 말입니다. 하지만 우리와 가까이 있는 달은 물론이고 화성 같은 행성이나 태양은 적도좌표계에서 한자리에 머물지 않습니다. 변함이 없는 별들 표시 사이로 날마다 태양의 위치 표시는 일년을 주기로 움직이는데 그 점들을 연결하여 만든 선이 황도(黃道)입니다. 태양이 노란색이니 ‘황’이라는 한자를 썼을 겁니다. 적도좌표계에서는 춘분일 때의 태양 위치 표시를 중요한 기준점으로 합니다. ”춘분점“이라고 하는데요. 지구의 적도가 연장되어 천구의 적도가 되었으니 이 춘분점은 천구의 적도에 있습니다. 이 춘분점과 몇도 벌어져 있는지 적경이 말해줍니다. 적경의 단위는 ”시“이고 1시는 15도입니다. 그 별의 적경에 춘분점 태양이 몇 시 몇 분 몇 초 지나야 도달하는지를 표현합니다. 그래서 "시간권"이라고 하지요. 위 아래로 몇도 벌어져 있는지는 적위가 말해줍니다. 적경과 적위로 각 별의 천구상 위치에 고정값을 줄 수 있습니다. 그림의 별은 대략 적경이 4시이고 적위는 45도입니다.
3.
지평좌표계와 적도좌표계는 서로 변환이 가능합니다. 스텔라리움 프로그램에는 각 별들의 적도좌표계 값이 입력되어 있을 겁니다. 사용자가 어느 특정한 날, 특정 시간에 사용하면 설치 때 입력해놓은 위치를 감안하여 사용자에게 맞는 지평좌표계를 그림으로 보여주도록 작동할 겁니다.
그 외 황도좌표계나 은하좌표계도 있습니다만, 지평좌표계와 적도좌표계를 ‘입체적으로’ 파악해두면 이해를 어렵지 않게 확장할 수 있습니다.
[註] 제 나름대로 정리한 것이니 참고만 하십시오.
