북극성과 위도

북위 37.6°인 서울에서 북극성은 북쪽 지평선 위 약 37.6° 높이에 떠 있습니다.

거의 움직이지 않는 별

앞 단원에서는 하늘 전체가 천구의 극을 중심으로 돌았습니다. 한국에서 북쪽 하늘을 보면, 천구 북극 거의 바로 그 자리에 적당히 밝은 별이 하나 있습니다. 바로 북극성(폴라리스)입니다. 북극성은 하늘에서 가장 밝은 별이 아닙니다. 목록에 적힌 등급이 2.02이므로, 이보다 밝은 별이 수십 개나 있습니다. 북극성이 특별한 까닭은 그 자리에 있습니다. 2000년 기준의 위치를 싣는 예일 밝은 별 목록에서 북극성의 적위는 89.26°이고, 극에서 약 0.74° 떨어져 있습니다. 그 뒤로 세차 운동 때문에 극에 조금 더 다가와서, 2026년에는 약 0.63° 떨어져 있습니다. 이것은 보름달 지름보다 조금 더 큰 거리입니다. 하늘이 도는 동안 북극성은 아주 작은 원만 그리며 거의 제자리에 머물고, 다른 별들은 모두 그 둘레를 빙빙 돕니다.

북극성이 언제나 극 옆을 지켰던 것은 아니고, 앞으로도 계속 그 자리에 머물지는 않을 것입니다. 지구의 자전축은 도는 팽이처럼 아주 천천히 흔들립니다. 이 움직임을 세차 운동이라고 하며, 한 바퀴를 다 도는 데 약 2만 6천 년이 걸립니다(NASA). 목록에 적힌 위치에서 시작해 세차 공식을 앞으로 계산해 보면, 극은 2100년 무렵 약 0.46°까지 북극성에 가장 가까워집니다. 그다음에는 다시 조금씩 멀어집니다. NASA 스타차일드 자료는 약 1만 3천 년 뒤에는 밝은 별 베가가 북극성 자리를 맡게 된다고 설명합니다.

극의 높이가 위도와 같은 까닭

여러분이 북극점에 서 있다고 상상해 보세요. 그곳에서는 지구의 자전축이 머리 위를 곧바로 가리킵니다. 그래서 천구 북극이 천정에 있고, 북극성은 고도 90°에 떠 있습니다. 그리고 이 90°는 그곳의 위도이기도 합니다. 이제 남쪽으로 걸어서 위도 0°인 적도까지 간다고 해 봅시다. 여러분은 지구 둘레의 4분의 1을 걸었고, 여러분이 생각하는 「바로 위」라는 방향도 여러분과 함께 90° 기울었습니다. 자전축은 이제 북쪽 지평선을 따라 납작하게 누워 있습니다. 그래서 북극성은 고도 0°, 다시 말해 지평선 위에 놓입니다. 그 사이의 어느 곳에서든 기울기는 비례해서 바뀝니다. 남쪽으로 위도 1°를 옮길 때마다 극은 1°씩 낮아집니다. 그래서 천구 극의 고도는 그곳의 위도와 같습니다.

뱃사람들은 수백 년 동안 이 방법을 써 왔습니다. 사분의나 육분의로 바다 수평선에서 북극성까지의 높이를 잽니다. 그리고 북극성이 극에서 약 0.6° 어긋나 있는 만큼을 조금 보정하면, 지도가 없어도 자기가 있는 곳의 위도를 알 수 있습니다. 모형에서 직접 확인해 보세요. 서울의 위도는 37.57°이고, 2026년 10월 18일 밤의 카드에는 북극성이 약 37.9°로 나옵니다. 위도보다 조금 더 높게 나오는 것은 바로 그 어긋남 때문입니다. 모형은 목록에 실린 2000년 기준 위치를 쓰기 때문에, 모형 속 어긋남은 그보다 조금 더 큰 0.74°입니다.

지지 않는 별

극 가까이에는 지평선에 한 번도 닿지 않고 계속 원을 그리며 도는 별들이 있습니다. 이런 별을 주극성이라고 부릅니다. 어떤 별이 극에서 떨어진 거리가 극의 높이보다 작으면, 그 별은 일 년 내내 밤새도록 떠 있습니다. 서울에서는 극이 37.6° 높이에 있습니다. 그러므로 적위가 90° − 37.6° = 52.4°보다 큰 별은 서울에서 지지 않습니다. 예를 들어 적위가 61.8°인 두베는 서울에서 주극성이고, 고도 약 9° 아래로는 내려가지 않습니다. 반면 북두칠성 손잡이 끝에 있는 알카이드는 적위가 49.3°이므로 주극성이 아닙니다. 알카이드는 하루에 잠깐 동안 북쪽 지평선 아래로 약 3° 내려갑니다. 더 북쪽으로 갈수록 주극성이 늘어납니다. 북극점에서는 보이는 별이 모두 주극성이고, 적도에서는 주극성이 하나도 없습니다.

남쪽 하늘

남쪽 멀리 있는 별들에 대해서는 같은 규칙이 거꾸로 적용됩니다. 적위가 천구 적도에서 남쪽으로 52.4°보다 더 멀리 있는 별은 서울에서 아예 떠오르지 않습니다. 밤하늘에서 두 번째로 밝은 별인 카노푸스는 적위가 −52.7°로, 그 한계를 살짝 넘어서 있습니다. EarthSky는 북위 약 37°보다 북쪽에 있는 곳에서는 카노푸스가 뜨지 않는다고 설명합니다. 북위 약 33.3°에 있는 제주 서귀포에서는 겨울 저녁에 카노푸스가 남쪽 지평선 위 약 4°까지 올라옵니다. 그래서 서귀포 천문과학문화관은 해마다 2월에 이 별을 보는 관측 행사를 엽니다. 우리 전통에서는 이 별을 노인성이라고 부르는데, 「노인의 별」이라는 뜻이며 장수와 이어져 있습니다. 남십자자리는 이보다 더 남쪽에 있습니다. 남십자자리에서 가장 밝은 별인 아크룩스는 적위가 −63.1°라서, 북위 약 27°보다 남쪽에서만 떠오릅니다.

천구 남극에는 밝은 별로 된 표지가 없습니다. 남극에 가장 가까이 있으면서 맨눈으로 보이는 별은 팔분의자리 시그마입니다. 하지만 이 별은 목록상 5.47등급이라서, 대부분의 도시에서는 너무 어두워 보이지 않습니다. 그래서 남반구의 길잡이들은 이 별 대신 남십자자리의 긴 축을 씁니다. 이 축이 대략 천구 남극 쪽을 가리키기 때문입니다. 모형에서 시드니를 고르고 남쪽 하늘을 보세요.