천문학의 좌표계 볼께요

자 드디어 좌표계로 이야기를 시작합니다. 먼저 좌표계라고 하면 아마 수학에서 내용하는 보통 2차원 좌표계(x, y)가 우 각각 신고 3차원 좌표계(x, y, z)도 부상합니다. 간단하게 내용하자면, 좌표계의 기능은 공간인 지점의 위치를 숫자로 표시하는 것입니다.그렇다면 밤하늘, 즉 천구로 빛나는 별의 위치는 어떻게 표시해야 할까? 동남쪽 하늘에서 밝게 빛나는 천체라면 그것이 무슨 별인지 절대로 알 수 없습니다. 그렇게 내용하는 사람 옆에 가서 같이 쳐다보지 않는 이상 아는 노하우는 없습니다. 천체를 조사하기 위해서는 관측이 필요하고 그 결과를 기록하는 작업이 확실히 이루어져야 한다. 그리고 조사결과를 다른 사람들과 공유하고 공동으로 조사하거나 자신을 분석하는 작업이 천문학에서는 흔히 이루어지고 있다. 그러므로 밤하늘의 모든 천체에는 확실히 숫자로 표시되는 좌표값이 필요하다. 그래야 갈등 없이 천체의 위치를 설명할 수 있기 때문이죠. 방금 전 천구 위의 별 위치를 확실히 숫자로 표시할 수 있는 좌표계가 필요한 이유를 이해하실 수 있으시겠죠?먼저 가장 간단한 지평좌표부터 살펴보겠습니다. 영어로는 Horizontal Coordinate, 그림으로 표시하면 관측자가 위치한 지역의 지평선을 그리고 그 지평면을 덮고 있는 천구를 그립니다. 우리가 보는 천체는 모두 천구면에 위치해 있습니다. 이 천체의 위치를 어느 가격에 자신에게 치면 좋을까요? 어떤 기준점을 먼저 정하고 그 기준점에서 어느 정도 자신감이 떨어졌는지를 숫자로 표시하면 됩니다. 그런데 기준점을 정했다고 해도 천구는 관측자로부터 거리, 즉 반경이 무한대인 가상의 구체이기 때문에 천구면을 우리의 거리 단위(미터, 킬로미터 등)를 사용할 수 없을 뿐 아니라 구형이므로 직비선 거리에서 측정할 수도 없습니다. 이 구형 표면에서의 위치를 표시할 수 있는 유일한 단위는 각도 밖에 없습니다.지평 좌표계에서 천체의 위치를 표시하기 위해서는 먼저 있는 천체에서 지평면을 향해 선을 그습니다. 이때 지평면과 만자는 직각이 돼야 한다. 이 선을 그걸로 지평면과 천체 사이의 각도를 재요. 이 각도는 천체가 지평선에서 얼마나 자신있게 떠 있는가 하는 값을 자신 있게 합니다. 이것을 고도라고 부릅니다. 고도는 0~90°의 값을 갖게 됩니다.그리고 다시 이 선이 지평선에 가라앉는 지점과 정북 방향 사이의 각도를 計니다. 이를 방위각이라고 한다. 이때 방위각을 측정하는 방향은 정북에서 동쪽으로 돌아가면서 측정합니다. 방위각은 0~360°까지의 값을 가집니다. 그럼 방위각을 측정하는 방향은 왜 동쪽으로 돌면서 나는 것일까요? 우리가 바로 북쪽을 향해 서면 동쪽은 시계 방향이죠. 우리가 각도계로 각도를 をはかる 때 시계방향으로 재니까 당연히 북,동,남,서방향으로 재죠.지평좌표계에서는 천체의 위치를 방위각과 고도로 표시한다.​​

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자, 그럼 중요한 용어 몇 가지 더 배워보도록 하겠습니다.먼저 관찰자가 있는 지점에서 수직으로 천구를 향해 레이저를 발사한다고 가정합시다. 그렇다면 레이저가 가리키는 지점은 관찰자가 있는 지점에서 바라보는 천구의 가장 높은 곳이겠지요. 이 지점을 정이라고 합니다. 텐구에서 천정 반대 방향으로 위치한 지점은 관찰자가 보면 땅 밑을 통과해 텐구와 만과인이라는 지점이라고 할 수 있습니다. 여기는 천저라고 합니다.천정과 천저를 지과인이라고 하는 천구형의 원을 그릴 수 있는데, 이것은 수직권이라고 합니다. 이 선들은 항상 지평면과 수직으로 만과하기 때문에 수직으로 감는다고 명명되었습니다. 아까 어떤 천체의 방위각과 고도를 測る 때 사용했던 선이 바로 그 천체를 가리키는 수직권이다.수직권을 그려서 천장과 천체 사이의 각도를 천장거리라고 합니다. 그리고 청천 고리와 고도의 관계는 90°-청천 고리=고도로 표현할 수 있습니다.그래서 정북과 천정, 정남을 잇는 수직권은 특히 자오선이라고 부릅니다. 이 자오선을 천체가 지나갈 때 '남중하다'라고 표현합니다. 자오선과남중은앞으로도자주사용될개념이기때문에이해를해두셔야합니다. 태양이 자오선을 지날 때 태양이 남중한다고 하고, 이것을 정오라고 합니다.자오선을 영어로는 meridian이라고 하는데, 왜 북남선이라고 하지 않고 자오선이라고 했을까요? 자오선이라는 이름의 유래도 알아두면 재미있지만, 여기서 설명하면 주제에 관계없이 옆으로 길게 빠질 수 있기 때문에 이것은 따로 과인 중에 글을 올리는 것으로 하겠습니다. 천문학의 용어중에는 한국의 전통문화와 관련된 용어가 많습니다. 알아두면 힘들게 용어를 외울 필요없이 머릿속에 들어옵니다.지평좌표계는 과인을 기준으로 천구의 어느 지점(어느 방향, 어느 정도의 높이)에 천체가 있는지를 표시할 수 있어 쉽게 알 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 지평 좌표계는 단점이 있습니다. 시간이 지날수록 지구의 자전에 따라 천체의 위치가 바뀌기 때문에 방위와 고도가 변화합니다. 그런데 동일한 천체에 대해 좌표계의 값이 계속 달라도 아무래도 불편합니다.변하지 않는 좌표값을 갖도록 하려면 다른 좌표계를 사용해야 합니다. 그것이 나중에 과민해질 적도좌표계다. 그러나 지평 좌표계가 전혀 도움이 되지 않는 것은 아닙니다. 어떤 천체를 관측하기 위해 미리 계획을 세울 때 천문학자는 그 천체의 방위각이나 고도 등을 미리 조사합니다. 천체의 고도가 낮아 토지의 각종 방해요소(대기상태, 건물, 광해 등)가 많아지기 때문에 어느 고도 이하로 내려가면 관측이 어렵기 때문이다.그럼 천문학에서 가장 많이 사용되는 적도 좌표계에 대해 알아보도록 하겠습니다.