하늘을 둥근 지붕으로 보기: 지평선, 천정, 도는 하늘

하늘 전체는 23시간 56분에 한 바퀴, 1시간에 약 15°씩 돕니다.

하늘이 그릇처럼 보이는 까닭

밤에 탁 트인 들판에 서 보면, 하늘은 땅 위에 엎어 놓은 커다란 그릇처럼 우리 둘레를 덮고 있는 것처럼 보입니다. 별들은 모두 같은 거리에서 그 그릇 안쪽 면에 붙어 있는 듯합니다. 하지만 실제로는 그렇지 않습니다. 가장 가까운 밝은 별인 알파 센타우리는 약 4.4광년 떨어져 있고, 눈에 보이는 별 가운데 많은 수는 수백 광년 밖에 있습니다. 그런데 우리 눈은 그런 거리를 가늠하지 못합니다. 그래서 하늘에서 길을 찾을 때에는 이 그릇 그림이 아주 쓸모 있습니다. 천문학자들은 이 그릇을 끝까지 늘려 완전한 공으로 만든 모습을 천구라고 부릅니다. 천구는 지구를 가운데에 둔 상상의 공이고, 모든 별이 그 안쪽 면에 박혀 있다고 생각하는 것입니다.

어느 순간이든 천구는 그 절반만 우리 머리 위에 떠 있습니다. 나머지 절반은 우리가 서 있는 땅이 가리고 있습니다. 하늘과 땅이 서로 만나는 선을 지평선이라고 부릅니다. 머리 바로 위에 있는 점은 천정이라고 부릅니다. 정북에서 시작해 천정을 지나 정남까지 내려오는 선을 그리면, 그 선이 자오선입니다. 자오선은 하늘을 동쪽 절반과 서쪽 절반으로 나눕니다. 지평선, 천정, 자오선이라는 이 세 가지 생각은 하늘이 아니라 보는 사람 자신에게 딸린 것입니다. 그래서 다른 도시로 걸어가면 여러분의 천정도 여러분과 함께 옮겨 갑니다.

하늘의 한 점을 나타내는 두 숫자

친구에게 하늘의 어디를 보라고 알려 주려면 각도 두 개가 필요합니다. 첫째는 고도인데, 지평선에서 잰 높이입니다. 지평선 위가 0°이고 천정이 90°입니다. 둘째는 방위각인데, 지평선을 따라 돈 방향입니다. 방위각은 북쪽에서 시작해 동쪽 방향으로 잽니다. 그래서 북쪽이 0°, 동쪽이 90°, 남쪽이 180°, 서쪽이 270°입니다. 예를 들어 고도 30°, 방위각 135°인 별은 남동쪽 하늘에서 3분의 1쯤 올라간 높이에 있습니다. 팔을 쭉 뻗고 주먹을 쥐면, 대부분의 사람에게 그 주먹은 하늘을 약 10°만큼 가립니다. 그래서 아무 도구가 없을 때에도 하늘에서 쓸 만한 자가 되어 줍니다.

별이 움직이는 까닭

한 시간쯤 하늘을 지켜보면 그릇 전체가 도는 것처럼 보입니다. 동쪽의 별은 위로 올라가고, 남쪽의 별은 오른쪽으로 미끄러지며, 서쪽의 별은 내려가다가 집니다. 하지만 하늘에서 실제로 무언가가 돌고 있는 것은 아닙니다. 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하기 때문에, 하늘은 그 반대 방향인 동쪽에서 서쪽으로 도는 것처럼 보이는 것입니다. 별을 기준으로 지구가 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 23시간 56분 4초이고, 이것을 항성일이라고 부릅니다. NASA 글렌 연구소는 이 값을 이렇게 계산해 보입니다. 지구는 공전 궤도를 따라서도 움직이기 때문에, 하루에 360°에 더해 0.9856°를 더 돌아야 한다는 것입니다. 360°를 약 24시간으로 나누면 1시간에 15°가 나오는데, 이것은 주먹 하나 반에 해당합니다.

위 모형에서 재생을 눌러 보세요. 재생하는 1초가 하늘에서는 1시간에 해당합니다. 별들은 동쪽에서 비스듬히 기운 길을 따라 떠오르고, 자오선을 가로지를 때 가장 높은 곳에 이르며, 그다음 서쪽으로 집니다. 모형 아래에 있는 카드에는 항성시가 나옵니다. 항성시는 별 지도의 어느 부분이 지금 바로 여러분의 자오선을 지나고 있는지를 알려 줍니다. 「고도 눈금」을 켜면 고도 30°와 60° 높이를 나타내는 원이 하늘에 그려집니다.

천구의 극과 천구 적도

지구의 자전축을 하늘까지 쭉 늘이면, 천구와 두 점에서 만납니다. 이 두 점이 천구 북극과 천구 남극이고, 모든 별은 이 두 점을 중심으로 돕니다. 지구의 적도를 바깥으로 넓혀 나가면 하늘에 큰 원이 하나 그려집니다. 이 원이 두 극의 정확히 한가운데에 있는 천구 적도입니다. 천구 위에서 별의 위치는 위도와 경도처럼 쓰이는 두 각도로 나타냅니다. 적위는 천구 적도에서 북쪽이나 남쪽으로 잰 각도입니다. 적경은 천구 적도를 따라 동쪽으로 재며, 0시에서 24시까지 시간 단위로 나타냅니다. 고도나 방위각과 달리 이 숫자들은 별 자체에 딸린 값이라서 해가 바뀌어도 거의 그대로입니다. 그래서 별 목록은 적경과 적위를 씁니다.