열대와 태양이 머리 위에 오는 곳

북위 21.3° 호놀룰루에서는 한낮의 해가 1년에 두 번, 5월 26일과 7월 15일 무렵 바로 머리 위에 옵니다.

태양 바로 아래의 점

어느 순간이든 지구 위에는 태양이 90°로 바로 머리 위에 떠 있는 지점이 딱 하나 있습니다. 지리학에서는 이곳을 태양 직하점이라고 부릅니다. 이 점의 위도가 바로 태양의 적위입니다. 모형 아래 표시에 나오는 「해가 머리 위에 오는 곳」이 그 값입니다. 지구가 자전하므로 직하점은 하루에 한 바퀴씩 지구를 서쪽으로 빠르게 돌아갑니다. 또 지구가 기울어진 축을 가진 채 공전하므로, 직하점은 1년 동안 남북으로도 천천히 오갑니다. 그래도 직하점이 적도에서 23.44°보다 멀리 벗어나는 일은 없습니다.

직하점의 달력은 그대로 계절의 달력입니다. 춘분에 직하점은 적도를 지나 북쪽으로 올라갑니다. 하지에는 가장 북쪽 위도인 북위 23.44°에 닿는데, 이 선이 북회귀선입니다. 직하점은 여기서 더 올라가지 않고 다시 남쪽으로 돌아섭니다. 추분에는 다시 한번 적도를 지나 이번에는 남쪽으로 내려갑니다. 그리고 동지에는 가장 남쪽 위도인 남위 23.44°에 닿는데, 이 선이 남회귀선입니다. 하지와 동지를 가리키는 영어 낱말 solstice는 「해가 멈춘다」는 뜻의 라틴어에서 왔습니다. 해가 거기서 잠시 멈춘 듯 머물렀다가 방향을 바꾸기 때문입니다.

어디서나 한낮의 태양 고도

직하점의 위도 δ를 알면 어느 위도 φ에서든 한낮의 태양 고도를 쉽게 구할 수 있습니다. 90°에서 두 위도의 차이를 빼면 되는데, 식으로 쓰면 90° − |φ − δ|입니다. 내가 직하점 바로 위에 서 있다면 위도 차이가 0이므로 태양은 90°, 머리 꼭대기에 있습니다. 직하점에서 북쪽이든 남쪽이든 위도 1°씩 멀어질 때마다 한낮의 태양은 1°씩 낮아집니다. 예를 들어 춘분의 적도에서는 한낮의 태양 고도가 90°입니다. 시드니(남위 33.9°)라면 동지에는 90° − |−33.9° + 23.44°| ≈ 79.5°이고, 하지에는 약 32.7°에 그칩니다.

열대에서의 1년

두 회귀선 사이의 띠는 지구에서 태양이 바로 머리 위에 올 수 있는 유일한 곳입니다. 이 띠 안에 있는 모든 곳은 1년에 두 번 그런 날을 맞습니다. 직하점이 북쪽으로 올라가며 한 번 지나가고, 다시 돌아오며 또 한 번 지나가기 때문입니다. 북위 21.3°에 있는 호놀룰루는 띠의 북쪽 끝인 북회귀선 가까이에 있습니다. 그래서 두 날짜, 5월 26일 무렵과 7월 15일 무렵이 7주쯤밖에 떨어져 있지 않습니다. 반면 적도 가까이에서는 두 날짜가 약 반년 떨어져 있고, 둘 다 춘분과 추분 무렵에 가깝습니다.

열대에서는 한낮의 해가 언제나 높이 떠 있습니다. 그래서 날마다 땅에 들어오는 햇빛 에너지가 1년 동안 고위도보다 훨씬 덜 변합니다. 낮 길이도 1년 내내 거의 바뀌지 않습니다. 그래서 열대의 많은 곳에서는 「여름」과 「겨울」의 기온 차이가 작습니다. 이런 곳에서는 기온이 아니라 비가 얼마나 오는지가 계절을 정합니다. 예를 들어 오스트레일리아 기상청은 북부 열대 지방의 1년을 기온에 따른 네 계절로 나누지 않습니다. 대신 비가 많은 우기(10월~4월)와 비가 적은 건기(5월~9월), 이렇게 둘로 나눕니다.

이 규칙은 거꾸로도 쓸 수 있습니다. 옛날 바다를 건너던 뱃사람들이 실제로 그렇게 했습니다. 먼저 한낮에 태양이 지평선 위로 얼마나 높이 떠 있는지 잽니다. 그다음 역서에서 그날의 적위를 찾으면 위도가 나옵니다. 식으로 쓰면 φ = δ ± (90° − 한낮 고도)입니다. 예를 들어 직하점이 적도에 있고 한낮의 해가 남쪽 지평선 위 60°에 떠 있다면, 나는 적도에서 북쪽으로 30° 떨어진 곳에 있습니다. 위성 항법이 나오기 전 수백 년 동안, 항해사들은 육분의로 이렇게 자기 위치를 찾았습니다.