밤하늘이 계절마다 바뀌는 까닭

별은 밤마다 약 4분씩 일찍 뜨고, 한 달이면 2시간이 됩니다.

같은 시각, 다른 별

1월 밤 9시에 밖으로 나가 보면 오리온자리가 남쪽 하늘 높이 서 있습니다. 그런데 7월 밤 9시에 나가 보면 오리온자리는 어디에서도 보이지 않습니다. 그 자리에는 대신 전갈자리와 여름철 대삼각형이 떠 있습니다. 그동안 별들이 움직인 것은 아닙니다. 바뀌는 것은 지구가 공전 궤도의 어디에 있느냐이고, 그래서 지구의 밤쪽이 어느 방향을 바라보느냐입니다. 밤에 우리는 언제나 해의 반대쪽을 바라보게 됩니다. 그리고 1년 동안 그 방향은 하늘을 한 바퀴 빙 돌며 휩쓸고 지나갑니다.

지구가 해 둘레를 한 바퀴 도는 데에는 365.25일이 걸립니다. 그래서 지구는 하루에 궤도를 따라 360° ÷ 365.25 ≈ 0.986°, 거의 1°씩 앞으로 움직입니다. 이것을 지구에서 보면, 마치 해가 하루에 1°씩 배경의 별들 사이를 동쪽으로 미끄러져 가는 것처럼 보입니다. 날마다 해를 다시 자오선까지 데려오려면, 지구는 360°가 아니라 약 361°를 돌아야 합니다. 그 1°를 더 도는 데에는 약 4분이 걸립니다. 바로 이 4분이 24시간인 태양일과 23시간 56분인 항성일 사이의 차이입니다.

우리가 쓰는 시계는 해를 따라 맞춰져 있습니다. 그래서 하늘의 별은 시계보다 조금씩 빨리 갑니다. 어떤 별이든 밤마다 전날보다 약 4분씩 더 일찍 뜹니다. 일주일이 지나면 30분, 한 달이 지나면 2시간, 석 달이 지나면 6시간 더 일찍 뜹니다. 그리고 1년이 꼬박 지나면 그 차이가 모두 더해져 24시간이 되고, 별은 같은 시각에 처음과 같은 자리로 돌아옵니다. 모형에서 직접 해 보세요. 시각을 21:00에 그대로 두고 날짜를 한 달씩 앞으로 넘겨 봅니다. 그러면 날짜를 넘길 때마다 하늘이 약 30°씩, 다시 말해 두 시간 동안 도는 만큼씩 돌아가 있습니다.

황도와 황도대

1년 동안 해가 별들 사이로 지나가는 길을 황도라고 부릅니다. 황도는 천구 적도에 대해 23.44° 기울어 있습니다. 지구의 자전축이 바로 그만큼 기울어 있기 때문인데, 이 값은 NASA 지구 자료집에 나오는 값입니다. 모형에서 「황도」를 켜 보세요. 황도가 금색 선으로 나타납니다. 황도가 지나가는 별자리들을 한데 묶어서 황도대라고 부릅니다. 전통적인 목록에는 황도대 별자리가 열두 개 있습니다. 하지만 국제천문연맹이 정한 경계로 보면, 해는 열세 번째 별자리인 뱀주인자리도 지나갑니다. 국제천문연맹 교육국은 열세 개를 모두 적고 있습니다. 그리고 EarthSky에 따르면 해는 대략 11월 30일부터 12월 18일까지 뱀주인자리 앞에 있습니다. 별자리들의 크기도 서로 같지 않습니다. 해는 처녀자리 앞에서 약 한 달 반을 머물지만, 전갈자리 앞에서는 일주일쯤만 머뭅니다. 점성술에서 말하는 별자리(궁)는 이것과 전혀 다른 것입니다. 점성술의 궁은 황도를 30°씩 똑같이 자른 열두 칸이고, 과학적인 근거가 없습니다.

황도가 기울어 있다는 것은 하늘에 나타나는 계절의 변화도 설명해 줍니다. 6월 하지에 해는 천구 적도에서 북쪽으로 23.44° 떨어진 곳에 있습니다. 그래서 서울에서 낮 12시 무렵 해의 고도는 90° − 37.57° + 23.44° ≈ 75.9°가 됩니다. 12월 동지에는 해가 남쪽으로 23.44° 떨어진 곳에 있어서, 한낮의 해가 약 29.0°까지만 올라옵니다. 해가 높이 뜨면 하늘에 더 오래 머물고, 땅을 더 곧바로 내리쬐어 데웁니다. 그것이 바로 여름이라는 계절입니다. 밤하늘에도 같은 기하가 작용합니다. 겨울에는 해가 낮게 뜨기 때문에 겨울밤은 깁니다. 그리고 겨울밤에 보이는 황도의 구간은 황소자리와 쌍둥이자리를 지나는데, 이 구간은 하늘 높이 지나갑니다.

한국에서 본 저녁 하늘 달력

이 표는 서울을 기준으로 모형과 하나하나 맞춰 본 것이고, 여러분이 직접 확인해 볼 수도 있습니다. 모형에서 날짜를 4월 15일, 시각을 21:00로 맞춰 보면 사자자리가 자오선 가까이 약 70° 높이에 서 있습니다. 날짜를 10월 18일로 바꾸면 페가수스자리와 백조자리가 하늘 높이 떠 있고, 오리온자리는 아직 떠오르지 않았습니다. 세차 운동은 이 모든 날짜를 아주 천천히 조금씩 옮겨 놓습니다. 스카이 앤드 텔레스코프는 해가 각 별자리에 들어가는 날짜가 약 70년마다 하루씩 늦어진다고 설명합니다.