천문학의 기초 지식 - (3) 천구의 회전

안녕하세요~ 오늘은 벌써 3번째 기초 지식 편 지난회에 배웠던 천구에 대한 회전에 대해 이야기 해보겠습니다.

 

우리가 올려 보는 밤하늘에는 빛나는 별은 항상 같은 자리 정해진 위치에 정지 해 있는 것은 아닙니다. 이번 화에서는 천구의 움직임에 대한 기초적인 내용을 간단히 설명하여 보겠습니다.

 

-일주 운동

 밤하늘의 별을 차분히 관찰해 보세여. 매우 느리지만 천천히 움직이고 있으며, 다양한 동작을 하고 있음을 관찰할수 있습니

다.(오른쪽 그림). 북녘 하늘의 별들은 북극성을 중심으로 반 시계 방향으로 움직이고 있습니다. 남쪽 하늘의 별들은 완만한 원호를 그리며 움직입니다. 또한 동쪽 하늘의 별들은 지평선에서 비스듬히 떠서 오는데, 서쪽 하늘의 별들은 비스듬히 지평선 쪽으로 가라앉아 갑니다.

 

 이러한 밤하늘의 움직임은 여러방향으로 제각기 움직이는 것 같은데, 주의해서 하늘 전체를 보면 어느 일정한 규칙을 가지고 움직이고 있음을 알게 됩니다.

 

 천구의 별들은 한축을 중심으로 서쪽 주변에 회전하고 있습니다. 이 축은 지구의 지축입니다.즉, 지구의 자전 운동의 영향을 받는 것입니다. 지구는 하루에 1회 지축을 중심으로 자전하고 있습니다. 이 움직임을 지구상에서 보면, 천구가 하루에 1회 서쪽 중심 주위에서 회전하는 것처럼 보이는 것입니다. 이런 별들의 움직임을 일주 운동이라고 합니다.

 

 일주 운동의 중심에 있는 북극성은 지구의 지축을 북쪽으로 연장한 곳에 위치하고 있는 셈이지요. 북극성의 고도는 그 관측지의 위도와 같아집니다. 그래서 서울에서의 북극성의 고도는 지평선에서 약 36'이 됩니다. 북극에서는 천정에 보이는 적도에서는 지평선에 보이게 됩니다. 남반구에서는 지평선 아래에 위치하게 되어 북극성은 보이지 않습니다. 당연히 각각의 관측지로 일주 운동에 의한 별의 움직임도 크게 변합니다.

 

-연주 운동

 

 "태양은 하루 한번, 동쪽에서 떠서 서쪽으로 진다." 이런 일은 이제 모두 잘 알고 있습니다. 왠지 일상 같지만 태양도 다른 별들과 마찬가지로 일주 운동의 영향을 받고 있습니다. 그렇다면 태양의 움직임과 별들의 움직임은 똑같을 까요?

 

 답은 No! 입니다. 이전에 황도 좌표에서 설명했듯이 태양은 1년 걸처 천구를 1바퀴 돌고 있습니다. 그 길을 황도라고 한다고 했습니다. 그래서 하루에 약 1'정도의 속도로 천구에서 서쪽부터 동쪽으로 향하여 이동하는 것입니다. 만약 태양과 밤하늘의 별들의 움직임이 똑같다고 하면, "사계절의 별자리" 같은 말이 나오지 않았을 거예요. 왜냐하면 1년 중 동일한 범위의 별 하늘밖에 보이지 않기로 되기 때문입니다(저녁 밤하늘, 심야의 밤하늘, 새벽의 밤하늘로 구분합니까?).

 태양이 하루에 1'씩 동쪽으로 이동한다는 것은 별들은 태양에 대해서 하루에 1'씩 서쪽을 향해서 움직이고 있는것처럼  보인다는 것입니다. 1'은 시간(시각)로 약 4분이니까 별들은 매일 약 4분씩 빨리 떠오르고, 4분씩 빨리 져물어 갑니다. 이렇다는 것은 1개월에서 120분, 즉 2시간(=30')도 빨리 떠오르고 오겠다는 것입니다. 1년에서 24시간(=360')이니까, 정확히 1바퀴 분이라는 것입니다. 지상에서 보면 태양은 1년간 365회전합니다만, 그 사이에 천구는 366회전하는 것입니다. 이러한 움직임을 연주 운동이라고 합니다.

사계절의 별자리와 태양도, 어느 시점에서 갑자기 밤하늘의 모습이 변하는 것은 아닙니다. 이렇게 천천히 변화하는 것입니다.

 

-세차 운동

 일주 운동과 연주 운동은 지구의 운동에 의해서 일어나는 것이었습니다. 여기서 다시 한가지 중요한 운동을 설명하지 않으면 안됩니다.

 지구의 지축은 일정하지 않아 큰 원을 그리며 회전하고 있습니다. 마치 팽이가 쓰러지기 직전의 운동과 비슷해 보입니다(오른쪽 그림). 지구의 지축은 황도 면에 대해서 23.5'의 기울기를 가지고 있지만 태양의 중력 차리오 인해 지구의 자전축은 회전을 하게 됩니다. 이를 "세차"라고 합니다.

팽이 회전 운동은 눈에 보일 만큼 커다란 것이지만, 지구의 경우 세차 운동은 매우 천천히 회전 하게 되며, 1회전하는 데 25,920년이나 걸립니다.

그런데 지축이 움직이게 된다는 것은 일주 운동의 중심이 바뀌는 것을 의미합니다.하늘의 북극은 황도의 북극을 중심으로 그려진 반경 23.5'의 원주 위를 25,920년 걸려서 1바퀴 돕니다(그림 오른쪽). 즉 1년에 약 50초(360'×60'×60"÷25,920년)정도의 각도로 이동하는 셈이지요.

현재 북극성은 하늘의 북극에서 0.85' 만한 곳에 위치하고 있지만 2100년경에 하늘의 북극에 0.46'까지 접근합니다. 그러나 그 이후에는 서서히 빠져나갑니다. 기원전 3000년경에 번성했던 이집트 왕조의 시대에는 용 자리의 α 별을 북극성으로 하고 있었습니다. 또 기원전 12000년경에는 칠석의 직녀 별인 거문고 자리의 α 별(베가)이 기원전 17000년경에는 고니 자리의 α 별(데네브)이 하늘의 북극 근처에 있던 것으로 나타납니다.

 앞으로 일주 운동의 축이 최대 47'도로 어긋나게 될것이기 때문에, 보이는 밤하늘의 모습도 많이 달라지게 될것 입니다. 현재 서울에서 볼 수 없는 남 십자성도 서기 13,000년 10월 22일 오전 0시에는 고도 23'에 남쪽에서 보이게 될 겁니다. 또 이때 북녘 하늘에는 여름의 대삼각형이 주극성으로 빛나고 있겠지요.

 

 

 

 

 

이상으로 천구의 일주 운동에 대해 알아봤습니다. 만년정도가 더 지나면 서울에서도 남 십자성이 보일 수 있다니 기대되네요... (못보겠죠...)