천문학의 기초 지식 - (2) 천구와 좌표계

안녕하세요. 우유맛 코코레오 입니다.

 

오늘은 천구와 좌표계에 대해 말씀을 드려볼까 합니다.

 

천구나 좌표계라 하면 뭔가 매우 어려운 것 같은 말처럼 들기도 합니다. 하지만 원리를 알게 되면 그다지 어렵지 않습니다.

 

우리가 사는 "지구"가 구체임은 이미 알고 있습니다. 그러나 평소 우리가 사는 생활 속에서는 지구가 구체라는 것은 거의 의식하지 않고 있습니다.

우리는 지금 넓은 들판 한가운데 서서 밤하늘을 올려다보고 있습니다. 머리 위에는 많은 별들이 빛나고 있습니다. 별까지의 거리는 다양하지만 매우 멀리 있기 때문에 거리감을 느낄 수 없습니다. 마침 큰 구체의 안쪽에 붙어 있는 것처럼 보일 것입니다. 이 큰 구체를 천구라고 합니다.(오른쪽 그림)

항성뿐 아니라 태양이나 달, 행성 등도 이 천구면을 이동하는 것처럼 보입니다.

 

지구는 이 천구의 중심에 위치하고 있습니다. 그리고 우리가 서있는 들판 한가운데서는 이 천구 면이 거의 절반 밖에 보이지 않습니다. (나머지는 지평선 밑 입니다.)

우리 머리 바로 위로 뻗은 선과 천구면의 교차점을 천정이라 하고 반대로 뻗은 선 (땅을 뚫고)과 천구면의 교차점은 천저라고 합니다.(왼쪽)

 

이러한 천구상에 천제의 위치를 표시하기 위해서는 몇가지 좌쵸계가 더 있어야 합니다. 아래에서 주요 촤표계에 대해서 하나하나씩 설명해 보기로 하겠습니다.

 

-지평 좌표

우리가 실제로 하늘에 있는 별의 위치를 나타내는 가장 간단한 방법으로는 방향과 높이를 이용하는 것입니다. 예를 들어

 

   "서쪽 하늘의 낮은 곳에 달이 보이고 있습니다."
   "남쪽 하늘의 중앙에서 오리온자리가 보이고 있습니다."

 

등과 같은 표현 방법입니다.

표현 방법중 "서쪽", "남쪽" 이라는 부분이 "방향"을 나타내며, "낮은 곳", "중앙" 이라는 부분은 "높이"를 나타내고 있는 것입니다.

지평 좌표는 이들의 표현과 똑같은 방법으로 별들의 위치를 나타내는 좌표계입니다. 단,"서쪽", "남쪽" 또는 "낮은 곳", "중앙" 이라는 애매한 표현이 아니라, 기점을 정한 후에 수치로 표현하게 됩니다. (오른쪽 그림).

 

그림과 같이 지평 좌표는 방위(방향:Azimuth)와 고도(높이:Altitude)를 나타내는 2개의 수치로 구성된 좌표계입니다.

방위는 남쪽을 기점(0')이라하고 서쪽으로 회전하며 360'까지의 숫자로 나타냅니다.그래서 정서방향이 90', 정북 방향이 180', 정동방향이 270'이 됩니다. 높이는 수평선을 기점(0')으로, 천정(머리 바로 위)방향으로 +90' 까지, 정저 방향으로 -90' 까지의 숫자로 나타냅니다. 위의 표현을 지평 좌표로 바꾸게 되면

 

  "방위 85', 고도 10'에 달이 보이고 있습니다."
  "방위 355', 고도 55'에 오리온자리가 떠오르고 있습니다."

 

라는 식으로 표현 할 수가 있습니다.

 

※방위각은 북쪽을 기점(0')으로 하며 동쪽으로 돌며 360'까지의 숫자로 나타내는 방법도 있습니다. 이 경우, 정북방향이 90', 정남방향이 180', 정서방향이 270'이 됩니다.

 

-적도 좌표

지평 좌표는 간단하면서 매우 쉬운 좌표계인데, 아쉽게도 별의 위치는 시간과 함께 변화하기 때문에 절대 위치를 나타내는 다른 좌표계가 필요하게 됩니다. 그런 변화하는 좌표를 표현하는것이 적도 좌표입니다(오른쪽 그림).

 

적도 좌표는 별의 절대 위치를 드러내기 때문에 이용되는 방법으로 지구의 자전을 기준으로 한 좌표계에서 "적경(키 키케이:α 또는 R.A.=Right Ascension의 약자)","적위(기침?:δ 또는 Decl.=Declination의 약자)"로 불리는 2개의 수치를 추가 하여 나타 냅니다.

 

지구의 자전축을 북쪽으로 뻗어 천구와 교차점을  " 하늘의 북극", 남으로 뻣어 천구와 교차점을 "하늘의 남극"으로 합니다. 이 선은 지구상의 경도, 위도 선을 그대로 천구상에 붙인 것으로 보면 됩니다.

 

적위는 적도 면을 기점(0')이라며 남(-)북쪽(+)로 각각 90'사이의 수치로 나타냅니다. 하늘의 북극은+90' 하늘의 남극은-90' 이 되는 것입니다. 적경은 춘분점(태양이 하늘의 적도 남쪽에서 북쪽으로 가로지르는 점)를 기점(0'=0시), 동쪽으로 회전하며 15'=1시 15'=1분 15"=1초로 24시까지의 수치로 나타냅니다.

 

적경 기점으로 한 춘분점과 적위를 기점으로 하고 적도 면세차 운동(지구의 지축의 이동에 의한 회전 운동)와 정동으로 조금씩지만 이동하고 있습니다. 그래서 그 시점에서의 겉보기 밝기를 시적경·콜리 적위(시 위치)라 부르고 변동분을 고른 것을 평균 적경 평균 적위라고 부르고 있습니다.

1991년까지는 서기 1950.0년(B1950.0)에 따른 평균 적경, 평균 적위(1950년 분점)이 주로 이용되어 왔지만 1992년부터는 서기 2000.0년(J2000.0)에 근거한 것(2000년 분점)으로 바꾸셨어요.

하늘 전체 최고의 밝기를 가진 항성이며 큰 개 자리의 α 별 시리우스의 위치를 1950년 분점, 2000년 분점에서 표기하면 다음과 같이 됩니다.

 

시리우스(α CMa)α=6h42.9mδ=-16'39'(B1950.0)
시리우스(α CMa)α=6h45.2mδ=-16'43'(J2000.0)

 

-황도 좌표

 

지구에서 보면 태양은 1년 동안 밤하늘에서 천구상을 1바퀴 돌고 있는 듯 보입니다. 태양은 지구에서 보면 12별자리(실제로는 13별자리가 되지만..)을 통과합니다.운세에서 유명한 12별자리들입니다.이 태양의 길을 황도라고 부르며 황도 면을 기준으로 한 좌표계를 황도 좌표로 합니다(아래 그림).

태양계의 각 행성의 궤도 평면은 거의 일치하고 있으니까, 지구에서 본 행성도 태양과 마찬가지로, 황도에 따라서 움직이고 있는 것처럼 보입니다. 그래서 주로 행성과 달 등 태양계 천체의 궤도와 위치를 나타내는 때 사용하는 좌표입니다.(오른쪽 그림).

황도 좌표의 경도는 "황경(λ)", 위도는 "황도 위도(β)"이라고 불립니다. 황도 경도는 적경과 마찬가지로 춘분점을 기점(0')로서 동쪽으로 돌며 360'사이의 수치로 그려집니다. 황도 위도는 황도를 기점(0')이라며 남(-)북쪽(+)로 각각 90'사이의 수치로 그려집니다. 황도 북극은+90'(용 자리 방향), 황도 남극은-90'(황새치 자리 방향)입니다.

좌표의 원점을 태양 중심에서 찍은 것을 일 심황도 좌표, 지구 중심에서 찍은 것을 땅 심황도 좌표로 합니다.또 황도 좌표도 적도 좌표처럼 기점인 봄 분점의 이동에 의해서 변화합니다.

 

-은하 좌표계

은하 좌표는 은하계 내의 천체의 분포나 운동을 표할 때에 이용되어 은하면과 불리는 기준면(거의 은하수의 흐름의 중심에 따라서 하늘 전체를 1바퀴 돌고 있습니다)을 기점으로 한 좌표입니다.(오른쪽 그림).

은하 좌표의 경도는 "은경(l)", 위도는 "은위(b)"이라고 불립니다. 은경은 궁수 자리에 있는 강력한 전파원 궁수 자리 A와 은하 북극을 연결하는 대원으로 은하면과의 교점을 기점(0')로서 동쪽으로 돌며 360'사이의 수치로 그려집니다.은위는 은하면을 기점(0')이라며 남(-)북쪽(+)로 각각 90'사이의 수치로 나타냅니다.은하 북극은+90'(머리털 자리 방향), 은하 남극은-90'(조각가 자리 방향)이 되는 것입니다.

 

 

 

이상으로 우리는 천체의 위치를 표현하는 방법을 배웠습니다.