지구과학 고2 태양계 천체와 별과 우주의 진화

천구와 좌표계

Q: 춘분점이 정확히 무엇인가요?

황도(태양의 연주 운동 경로)와 천구 적도가 만나는 두 점 중, 태양이 남쪽에서 북쪽으로 넘어가는 점입니다. 하늘에 표시가 있는 것이 아니라, 두 큰 원의 교점으로 정의된 기준점입니다.

Q: 적경은 왜 각도가 아니라 시간 단위를 쓰나요?

자전 때문에 하늘이 24시간에 한 바퀴 돌기 때문입니다. 24h = 360, 즉 1h = 15로 두면 적경 차이가 곧 남중 시각 차이가 되어 관측 계획을 세우기 편합니다.

Q: 방위각을 남점 기준으로 재는 책도 있던데요?

네, 기준점을 남점으로 잡는 정의도 있습니다. 어느 쪽이든 '지평선을 따라 어느 방향에서부터 재는지'를 먼저 확인하고 한 문제 안에서 일관되게 쓰면 됩니다. 고도의 정의는 어느 책이나 같습니다.

천구 상의 천체 위치를 적도 좌표계(적경·적위)와 지평 좌표계(방위각·고도)로 나타내는 방법을 이해한다.

천구는 관측자를 중심으로 하늘을 무한히 큰 구로 가정한 것이고, 그 위의 천체 위치를 지평 좌표계(방위각·고도)나 적도 좌표계(적경·적위)로 나타냅니다.

지구 표면의 한 지점을 위도·경도로 적듯이, 하늘의 한 점도 두 개의 각도로 적습니다. 다만 '어디서 언제 보느냐에 따라 바뀌는 주소'(지평 좌표계)와 '누가 언제 봐도 같은 주소'(적도 좌표계) 두 가지가 있습니다.

쉽게 말하면

천체까지의 거리는 제각각이지만, 하늘을 볼 때 우리가 실제로 아는 것은 '어느 방향에 있는가'뿐입니다. 그래서 거리를 일부러 버리고 방향만 남긴 도구가 천구입니다. 거리를 버렸기 때문에 위치를 두 개의 각도만으로 적을 수 있습니다.

지평 좌표계는 내가 서 있는 자리를 기준으로 합니다. 지평선에서 잰 각이 고도( $0^{\circ} \sim 9 0^{\circ}$ ), 북점을 기준으로 지평선을 따라 시계 방향(북 → 동 → 남 → 서)으로 잰 각이 방위각( $0^{\circ} \sim 36 0^{\circ}$ )입니다. 직관적이고 망원경을 돌리기 편하지만, 치명적인 약점이 있습니다. 지구의 자전과 공전 때문에 같은 별의 고도와 방위각이 시시각각 변하고, 관측 장소가 달라도 값이 달라집니다.

그래서 성도에는 적도 좌표계를 씁니다. 지구의 적도와 자전축을 하늘로 늘려 천구 적도와 천의 북극·남극을 만들고, 천구 적도에서 잰 각을 적위( $- 9 0^{\circ} \sim + 9 0^{\circ}$ ), 춘분점을 기준으로 천구 적도를 따라 동쪽으로 잰 각을 적경( $0^{h} \sim 2 4^{h}$ )이라 합니다. 기준점이 천구에 붙어 있으므로 별의 적경·적위는 관측 시각이나 장소가 달라져도 거의 변하지 않습니다.

적경에 시·분·초를 쓰는 것은 자전 때문입니다. 하늘이 $24$ 시간에 $36 0^{\circ}$ 를 돌므로 $1^{h} = 1 5^{\circ}$ 이고, 적경 차이를 그대로 '남중 시각 차이'로 읽을 수 있습니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

북극성의 고도는 그 지역의 위도와 같다

천의 북극은 자전축의 연장선이므로, 관측자의 위도가 높을수록 하늘에서 더 높이 올라갑니다. 위도 $37. 5^{\circ}$ N인 곳에서는 북극성이 고도 약 $37. 5^{\circ}$ 에 보입니다. 적도에서는 지평선에 걸쳐 보이고, 남반구에서는 아예 보이지 않습니다.
예시 2

적경 차이를 남중 시각 차이로 읽기

$1^{h} = 1 5^{\circ}, Δ (적경) = 3^{h} \Rightarrow 남중 시각 3 시간 차이$

적경이 큰 별일수록 나중에 남중합니다. 두 별의 적경이 $3^{h}$ 차이 나면, 한 별이 남중한 뒤 $3$ 시간 있다가 다른 별이 남중합니다.
예시 3

적위로 그 별이 뜨는지 지는지 판단하기

위도 $ϕ$ 인 곳에서 적위가 $δ > 9 0^{\circ} - ϕ$ 인 별은 지평선 아래로 내려가지 않는 주극성이고, $δ < - (9 0^{\circ} - ϕ)$ 인 별은 절대 뜨지 않습니다. 위도가 별의 하늘을 잘라 내는 셈입니다.

지평 좌표계와 적도 좌표계

구분	지평 좌표계	적도 좌표계
기준	관측자의 지평선과 북점	천구 적도와 춘분점
좌표	방위각, 고도	적경, 적위
시각에 따라	계속 변한다	거의 변하지 않는다
장소에 따라	달라진다	같다
쓰임	지금 어디를 봐야 하는지 알려줄 때	성도·천체 목록에 위치를 기록할 때

자주 하는 오해

천구를 실제로 존재하는 껍데기라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움별들은 지구를 둘러싼 커다란 구 위에 붙어 있고, 그 구가 회전한다

실제로는천구는 거리 정보를 버리고 방향만 남기기 위해 사람이 도입한 가상의 구입니다. 별들의 실제 거리는 제각각입니다.

천구 위에서 나란히 보이는 두 별이 실제로는 수백 광년 떨어져 있을 수 있습니다. 별자리가 '모양'일 뿐 '무리'가 아닌 이유도 여기 있습니다. 천구가 도는 것처럼 보이는 것도 지구가 자전하기 때문이지, 하늘이 도는 것이 아닙니다.

적도 좌표계도 시간에 따라 변한다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움별이 하늘을 가로질러 움직이니까 적경·적위도 시간마다 달라진다

실제로는변하는 것은 방위각과 고도이고, 적경·적위는 그대로입니다.

적경·적위의 기준인 천구 적도와 춘분점은 별들과 함께 도는 눈금입니다. 눈금이 별과 같이 돌기 때문에 별의 좌표값은 제자리입니다. 반대로 지평선과 북점은 지구에 붙은 눈금이라 하늘에 대해 계속 어긋납니다. 성도에 적도 좌표를 쓰는 이유가 바로 이것입니다 — 값이 안 변해야 인쇄해 둘 수 있습니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

지구의 자전과 공전고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 태양계 천체와 별과 우주의 진화

자주 묻는 질문

Q1춘분점이 정확히 무엇인가요?

황도(태양의 연주 운동 경로)와 천구 적도가 만나는 두 점 중, 태양이 남쪽에서 북쪽으로 넘어가는 점입니다. 하늘에 표시가 있는 것이 아니라, 두 큰 원의 교점으로 정의된 기준점입니다.

Q2적경은 왜 각도가 아니라 시간 단위를 쓰나요?

자전 때문에 하늘이

24

시간에 한 바퀴 돌기 때문입니다.

2 4^{h} = 36 0^{\circ}

, 즉

1^{h} = 1 5^{\circ}

로 두면 적경 차이가 곧 남중 시각 차이가 되어 관측 계획을 세우기 편합니다.

Q3방위각을 남점 기준으로 재는 책도 있던데요?

네, 기준점을 남점으로 잡는 정의도 있습니다. 어느 쪽이든 '지평선을 따라 어느 방향에서부터 재는지'를 먼저 확인하고 한 문제 안에서 일관되게 쓰면 됩니다. 고도의 정의는 어느 책이나 같습니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 지구과학 · 태양계 천체와 별과 우주의 진화 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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