천문도 ( 별자리판 ) 사용법
이 천문도는 순우천문도의 그림이다 . 1247 년 중국 송나라때 실제 별의 위치를 관측해서 만든 천문도로 1440 개의 별을 석판에 새긴 천문도로 세계에 현존하는 가장 오래된 석판에 새겨진 천문도이다 . ( 이 그림은 ' 사기 2- 表序, 書 ( 역자 정범진 ,1996 도서출판 까치발행 )' 의 136 페이지에 있는 그림을 스캔 한 그림이다 .)
이 천문도는 북극을 중심으로 전체하늘의 별을 표시한 그림으로 , 조선시대의 천상열차분야지도 혹은 현대의 회전 별자리판등 북극을 중심으로 하는 별자리 그림판은 모두 같은 구조로 되어 있기 때문에 이 순우 천문도를 기준으로 천문도 사용법을 설명한다 .
우선 천문도를 이해하기 위해서는 미리 알아야 하는 기본지식이 필요하다 .
우리가 보는 하늘에는 거의 고정된 위치를 갖는 별들이 있고, 그 별들 사이에서 계속 움직이는 물체들이 있다 .
천문도에는 고정된 위치의 별들이 표시되어 있다 .
천문도에 표시되지 않은, 움직이는 물체 종류는 해와 달 , 행성 그리고 잡것들 ( 소행성 , 혜성 및 기타 등등 ) 이 있고 , 지구 자체도 자전과 공전을 하면서 천문도상에서 계속 움직인다 .
천문도는 고정된 별들의 위치파악과 움직이는 천체들의 위치를 파악하기 위한 용도로 사용된다 .
지구의 자전과 공전이 천문도에 어떻게 적용되는지 아는 것이 천문도를 사용하는데 가장 필요한 사항이다 . 이 부분은 아래에서 구체적으로 설명한다 .
북극 중심의 천문도는 지구의 북극점 위의 하늘 - 북극점 천정이 천문도의 중심이고 , 3 차원의 우주 공간을 구의 형태로 인식하고 , 그 구(천구라고 부른다)를 평면으로 펼쳐놓은 그림이다 .
그러므로 그림의 중심(원의 중심)이 북극이고 , 원의 바깥쪽이 남극이다 . 천문도상에 남극은 아주 큰 원으로 그려지지만 실제로는 큰 원이 아니라 하나의 점 ( 남극 ) 이다 .
천문도상에 특정 지점에서 다른 특정 지점까지는 거리는 각도단위로 표시된다. 3차원인 천구의 중심에 지구가 있고, 중심인 지구에서 무한히 확장된 부분을 천구로 표현하기 때문에 거리를 길이의 단위가 아니라 각도의 단위로 표시한다.
이상이 간단하게 설명한 기본지식이고 , 천문도를 이해하기 위해서는 수많은 기초지식이 필요한데 , 여기서 설명하지 않는 내용들은 다른 인터넷 검색 등을 이용해서 스스로 알아내도록 하자 .
1. 기본구조
아래 그림에 천문도의 기본 구조 설명이 나와 있다 .
그림 중심에 북극점 (1. 북극점 ) 이 있고 , 북극점을 중심으로 북극에서 각으로 90 도 떨어진 거리에 지구의 적도 (2. 적도 빨간색 원 ) 이 있다 . 이 적도는 지구의 위도가 0 도인 평면을 우주공간으로 무한 확장한 평면이다 .
이 적도면과 전혀 별개로 해가 지나가는 원이 있다 . 이 원을 황도 (3. 황도 노란색 ) 라고 부르며 , 지구의 공전 때문에 해는 1 년에 한 바퀴 (360 도 ) 씩 황도원을 시계방향으로 돌게 되고 , 하루에 약 1 도씩 시계방향으로 이동한다 .
달과 행성 및 소행성은 이 황도 주변에서 움직인다 .
천문도상에 움직이는 천체는 아무것도 나와있지 않지만, 해의 위치가 1 년을 기준으로 황도로 표시되어 있다 .
황도와 적도가 만나는 점이 춘분점 (4. 춘분점 ) 과 추분점 (5. 추분점 ) 이다. 그리고 적도와 황도의 차이가 가장 많이 나는 지점이 하지점과 동지점이다 . 하지일때 태양은 북위 23.5 도에 위치하고 , 동지일때 남위 23.5 도에 위치한다 .
매년 태양은 황도원을 따라서 시계방향으로 춘분점을 지나 하지점 , 추분점 , 동지점을 차례로 회전하고 , 해당 시점에 그림에 표시된 지점에 위치한다 .
어느 특정일자 / 특정시각의 별자리 그림을 확인하려면 제일 먼저 해가 어디에 위치해 있는지 알아야 한다 .
2. 관측자의 천정 위치
천문도의 기본구조를 이해했다면 천문도상에서 관측자의 천정 위치를 파악해야 한다 .
관측자 천정위치는 관측자의 위도에 의해 결정된다 . 아래 그림의 보라색원은 중심이 북극천정이고 , 적도원과 같은 중심의 원이다 .
천정위치가 결정되어도, 지구의 자전 때문에 관측자의 천정은 해당 위도상에서 시계방향으로 매일 한 바퀴씩 회전한다 .
위의 그림이 관측자의 위도에 따라서 회전하는 천정의 원을 그린 그림이다 . ( 그림에서 보라색으로 표시된 관측자의 위도는 대략 37.5 도 )
현대에는 위도를 사용해서 관측자의 위치를 표시하지만 , 과거에는 거극도라는 북극에서 떨어진 거리를 기준으로 관측자의 위치를 표시했다 .
3. 실제 사용법
이 천문도를 사용하려면 먼저 태양의 위치를 결정하고 , 그 다음에 관측자 천정의 위치를 알아야 한다 .
태양의 위치는 지구의 공전 때문에 계속 황도상을 이동하고 ,, 관측자 천정의 위치는 지구의 자전 때문에 계속 변한다 .
이제부터 예를 들어가며 사용법을 알아보자 .
먼저 5 월 20 일 무렵의 태양의 위치는 다음 그림과 같다 . 태양은 황도상에서 춘분점을 지나서 하지점을 향해서 계속 움직이고 있다 .
태양은 황도 ( 검은색원 ) 상에 위치한다 . 관측자의 위치가 태양에 가장 가까울 때가 하루 중의 정오이고 , 태양에서 가장 멀 때가 자정이다 .
우리가 사용하는 시간은 자정이 0 시이고 , 정오가 12 시이다 ( 우리나라는 여기에 약 30 분을 더해야 한다 ),
다시 설명하면 북극점을 중심으로 태양의 위치와 자기위치의 천정이 이루는 각도가 해당 지역의 시각이다 . 이 각도가 180 도라면 0 시 ( 자정 ) 이고 ,
13 시 ( 오후 1 시 ) 에는 북극점을 중심으로 태양과 천정위치가 이루는 각이 15 도이다 .
18 시 ( 오후 6 시 ) 에는 이 각이 90 도가 되고 , 천정의 위치는 정오위치에서 시계방향으로 90 도에 위치한다 .
하루 ( 지구 자전 360 도 ) 는 24 시간이므로 , 한시간당 15 도의 차이가 발생한다 .
이제 달력을 이용해서 특정시점의 태양위치를 알 수 있고 , 그 시점에 시계를 이용해서 태양으로부터 떨어져있는 내 관측위치의 천정을 알 수 있다 .
이제 정오일때의 상황을 살펴보면 다음 그림과 같다 .
정오일 때 관측자 위치를 기준으로 해와 가장 가까이 있으며, 가장 남쪽에 위치하고, 이때를 해가 남중했다고 한다. 지구의 북극방향이 당연히 북쪽이다 . 보통 지표면을 그린 지도에서 남쪽이 아래이고 , 북쪽이 위라면 동쪽이 오른쪽이고 , 서쪽이 왼쪽이다 . 이는 하늘에서 지상을 보았을 때의 동쪽과 서쪽의 위치이고 , 지상에서 하늘을 보았을 때는 동쪽과 서쪽의 위치가 반대가 된다 . 천문도는 지상에서 하늘을 보는 그림이기 때문에 남쪽이 아래이고 , 북쪽이 위쪽일 때 오른쪽이 서쪽이고 , 왼쪽이 동쪽이다 .
관측자는 자신의 천정위치에서 모든 방향으로 각거리 90 도 범위까지 볼 수 있다 . 이 뜻은 지평선 ( 혹은 수평선 ) 이 천정에서 90 도 거리에 있다는 뜻이다 . 천정은 지면에서 수직에 위치하므로 당연히 지평선이나 수평선은 천정에서 90 도에 위치한다 .
위 그림에서 보라색 타원이 천정에서 90 도 거리에 해당하는 영역이다 . 실제로 보라색 타원 내부의 면적이 천문도 전체 원면적 ( 전체우주영역 ) 의 정확히 반 (1/2) 이다 .( 여기 그림들은 대충 그려서 반이 아닌 것 같아 보인다 .)
천문도상에서는 타원으로 보이지만 이 타원은 실제 3차원 공간에서는 원이다. 천문도가 북극중심이고, 중심인 북쪽에 비해 남쪽이 훨씬 넓기 때문에 타원으로 보인다.
특정시점에 관측자는 지평선위 ( 타원내부 ) 에 있는 절반 우주를 볼 수 있고 , 지평선 아래 ( 타원 외부 ) 절반의 우주는 볼 수 없다 .
위 그림에서 관측자 천정은 지구의 자전 때문에 시계방향으로 매일 1 회전을 하고 , 타원 영역도 관측천정을 따라 움직이기 때문에 매일 1 회전을 한다 .
위 정오 그림에서 타원 안의 별들은 관측자의 시선으로 볼 수 있는 위치에 있지만 , 낮에 햇빛이 밝기 때문에 별들은 전혀 보이지 않는다 .( 개기일식이 일어날 때는 정오라도 타원내부의 별을 볼 수 있다 .)
특정 날자 / 시각에 천정위치를 구했는데 , 그 천정 위치를 중심으로 하는 타원 내부에 해가 있으면 낮이고 , 해가 없으면 밤이다 . 일출이나 일몰시에는 타원의 경계선에 해가 걸쳐있다 .
달력과 시계를 이용해서 관측천정위치를 구하는 것은 쉬운데, 특별한 도구없이 해당 관측천정위치를 기준으로 하는 타원을 그리는 것은 거의 불가능하다 . 그러므로 관측천정위치를 정확히 구하는 것이 천문도 사용법의 끝이다 .
관측자는 관측천정위치를 중심으로 하는 천문도 면적을 절반으로 분할하는 타원 같은 것이 존재한다는 것만 생각하고 있으면 된다 . 지평선 부근의 천체는 잘 보이지 않기 때문에 별다른 도구 없이 천문도를 사용하는 경우에 정확한 타원이 필요하지는 않다 .
별자리판을 사용하는 경우는 별자리 판 자체의 이미 타원 표시창이 있으므로 타원을 그릴 필요는 없다 . 다만 이 타원의 중심이 자신의 관측위치 천정이고, 이 타원의 내부 범위가 천정에서 90 도 거리의 영역이라는 것만 알고 있으면 된다 .
다음으로 자정일 때의 상황을 살펴보면 다음 그림과 같다 .
위 그림에서 관측천정 위치는 해로부터 가장 멀리 떨어져 있다 .
따라서 날씨와 대기 상황이 좋다면 타원 안의 모든 별들을 볼 수 있다 . 각 별들은 천문도상에서 자신의 위치에 존재하고, 이 위치에 해당하는 방향과 고도에서 관측할 수 있다 .
지구의 자전으로 관측범위 타원은 시계방향으로 이동하기 때문에 해는 동쪽에서 뜨고 ( 일출 ), 남중했다가 서쪽으로 지게 된다 . ( 일몰 )
관측자는 관측위치에서 북쪽으로 북극을 지나서 자신의 위도 만큼에 해당하는 구간을 더 볼 수 있다 . 위의 정오그림과 자정그림에서 이 구간이 겹치는 부분이 있는데 ,
이 영역을 항상 볼 수 있는 영역이라는 뜻으로 항현권이라고 부르고 , 이 영역을 표시하는 원이 천문도 내부에 그려져 있다 . 이 원을 항현원이라고 부른다. 이 원은 주극원 혹은 내규라는 이름으로 불리기도 한다.
항현원 내부의 별들은 1 년 365 일 24 시간 항상 관측자의 지평선 위쪽에 있어서 볼 수 있지만 , 낮에는 햇빛이 너무 밝아서 볼수 없다 .
천문도상에서 적도원의 반경과 항현원의 반경의 비율을 통해서 계산되는 위도가 해당 천문도를 작성한 관측자의 위도가 된다 .
관측자의 위도가 북극에 가까워지면 항현원의 크기가 커지고 , 관측자가 북극에 위치한다면 항현원의 크기는 적도원과 일치하게 된다 .
관측자의 위도가 적도에 가가워지면 항현원의 크기가 작아지고 , 관측자가 적도에 위치한다면 항현원의 크기는 0 이 된다 .
위의 그림들에서 관측자가 북반구에 있기 때문에 북극 주변에 항현권이 존재하는데 , 이때 남극부근에는 은현권이 생긴다 . 북반구에 존재하는 관측자는 남극점 천정주변의 별을 볼 수 없다 .
은현권은 항현권과 반대되는 영역으로 항상 관측자의 시선 외부에 있는 영역이다 . 은현권을 표시하는 은현원은 북극 중심 천문도에서 아주 크게 나타나고, 남극점(외곽선)에서 자신의 위도 만큼 떨어져 안쪽에 있다. 이 원을 외규라고 부르기도 한다.
위 그림들에서 정남쪽과 정북쪽의 방향은 찾기 쉽지만 , 정동쪽과 정서쪽방향은 타원상에서 찾기가 약간 어렵다.
정동쪽과 정서쪽 방향은 타원 외곽선 위의 남쪽과 북쪽의 중간점이 아니라 타원과 자신의 위도선이 만나는 지점이 정동 , 정서쪽 방향이다 .
위의 그림들은 천문도이기 때문에서 관측자가 천문도상의 모든 별들을 한 눈에 볼 수 있다 .
하지만 관측자가 관측하는 특정 시점에 밤하늘은 위에서 설명한대로 지평선위의 타원의 형태로 보여지고 , 해당 타원내부가 관측자가 볼 수 있는 3차원 공간이다 .
관측자는 천문도상에서 남쪽과 북쪽을 동시에 볼 수 있지만 , 실제 3 차원 공간에서는 남쪽과 북쪽을 동시에 볼 수 없다 .
3 차원 공간에서 관측자는 먼저 자신이 보려는 방향을 결정하고 , 해당 방향의 지평선을 바라보고 서서 , 천천히 고개를 들어서 자신의 천정까지 볼 수 있다 .
( 혹시 요가를 잘한다면 목과 허리를 뒤로 젖혀서 반대방향까지 볼 수
있을 수도 있다 .)
그리고 반대 방향을 보려면 몸을 돌려서 반대 방향의 지평선을 바라보고 서서 고개를
들어서 보면 된다 .
4. 천문도 사용법 요약
가. 먼저 달력의 날짜를 이용해서 천문도상에서 관측시점의 해의 위치를 결정한다 .( 지구 공전궤도상의 태양위치 확인)
나. 관측지점의 위도 , 해의 위치 , 해당 시각 해의 위치와 천정 각도 차이를 통해서 관측자의 천정위치를 구한다 .( 지구 자전 중에 자기의 위치 구하기 )
다. 천문도상에서 관측천정위치를 확인하고, 이 위치를 기준으로 동서남북방향을 파악하고 천문도( 혹은 별자리판 ) 를 사용한다 .
이상 끝