밤하늘의 별들에게 정확한 주소를 부여하는 천구 좌표계. 적도좌표계와 지평좌표계, 황도좌표계의 원리를 이해하면 천체의 위치를 정확히 찾고 관측 계획을 세울 수 있습니다. 천문학의 기본 도구인 천구 좌표계를 알아봅니다. 오늘은 "천구 좌표계, 하늘의 주소 체계 이해하기"에 대해서 자세히 살펴보겠습니다
천구 좌표계, 별에게 주소를 주다
밤하늘을 본다. 수많은 별이 있다. 어떻게 구분할까. 어떻게 위치를 말할까. "저기 밝은 별"로는 부족하다. 정확한 주소가 필요하다. 천구 좌표계가 답이다. Celestial Coordinate System이다. 하늘을 거대한 구로 본다. 천구다. Celestial Sphere다. 지구가 중심이다. 무한히 큰 구다. 별들이 표면에 박혀 있다. 실제론 다른 거리에 있다. 하지만 좌표계에선 같은 구 위다. 방향만 중요하다. 거리는 따로 쓴다. 천구에 좌표를 그린다. 지구 좌표계와 비슷하다. 위도와 경도가 있다. 하지만 여러 종류다. 세 가지가 주로 쓰인다. 첫째, 적도좌표계다. Equatorial Coordinate System이다. 가장 많이 쓴다. 별의 위치를 정하는 표준이다. 적경과 적위로 나타낸다. 둘째, 지평좌표계다. Horizontal Coordinate System이다. 관측자 기준이다. 방위각과 고도로 나타낸다. 망원경을 조준할 때 쓴다. 셋째, 황도좌표계다. Ecliptic Coordinate System이다. 태양계 천체에 쓴다. 황도 기준이다. 각 좌표계는 용도가 다르다. 변환도 가능하다. 수학으로 계산한다. 천문학자는 이걸 익숙하게 쓴다. 별 카탈로그를 본다. 좌표가 적혀 있다. 망원경에 입력한다. 자동으로 조준한다. 별을 찾는다. 좌표 없이는 불가능하다. 하늘은 너무 넓다. 무작정 찾을 수 없다. 주소가 필요하다.
적도좌표계의 이해
적도좌표계가 가장 중요하다. 별 위치의 표준이다. 두 좌표가 있다. 적경과 적위다. 적위는 쉽다. Declination, Dec라 쓴다. 지구 위도와 같다. 천구 적도가 0도다. 북쪽이 양수다. 북극성은 +90도 근처다. 정확히는 +89도 15분이다. 남쪽은 음수다. -90도가 천구 남극이다. 각도로 나타낸다. 도, 분, 초 단위다. 1도는 60분이다. 1분은 60초다. 예를 들어 +23도 26분 21초다. 십진법으로도 쓴다. +23.4392도다. 적경은 복잡하다. Right Ascension, RA라 쓴다. 지구 경도와 비슷하다. 하지만 시간으로 나타낸다. 0시부터 24시까지다. 왜 시간일까. 지구가 회전한다. 24시간이다. 360도다. 1시간이 15도다. 편리하다. 시, 분, 초로 나타낸다. 예를 들어 5시 14분 32초다. 5h 14m 32s라 쓴다. 십진법으로는 5.2422시다. 각도로 78.63도다. 적경 0시는 어디일까. 춘분점이다. Vernal Equinox다. 봄에 태양이 지나는 점이다. 황도와 천구 적도가 만난다. 여기가 기준이다. 동쪽으로 잰다. 별이 천구를 돈다. 하루에 한 바퀴다. 정확히는 23시간 56분이다. 항성일이다. 별은 고정됐다. 좌표가 안 변한다. 거의. 세차운동 때문에 조금 변한다. 수만 년 단위다. 별 카탈로그는 기준 시점이 있다. J2000.0이 표준이다. 2000년 1월 1일 정오다. 그때 좌표다. 지금은 2025년이다. 조금 다르다. 정밀 관측은 보정한다. 예를 들어 베텔게우스를 본다. 적경 5h 55m 10s, 적위 +7도 24분 25초다. J2000.0 기준이다. 오리온자리 어깨에 있다. 이 좌표로 망원경을 조준한다. 찾을 수 있다.
지평좌표계와 좌표 변환
지평좌표계는 관측자 중심이다. 지평선이 기준이다. 두 좌표가 있다. 방위각과 고도다. 방위각은 Azimuth, Az다. 북쪽이 0도다. 동쪽으로 잰다. 동쪽이 90도다. 남쪽이 180도다. 서쪽이 270도다. 나침반과 같다. 고도는 Altitude, Alt다. 지평선이 0도다. 천정이 90도다. 머리 바로 위다. Zenith라 한다. 음수는 지평선 아래다. 안 보인다. 예를 들어 별이 방위각 120도, 고도 45도에 있다. 동남쪽 하늘 중간이다. 망원경 조준에 편하다. 직관적이다. 하지만 문제가 있다. 계속 변한다. 별이 뜬다. 지평선에서 나온다. 고도가 증가한다. 남중한다. 가장 높다. 진다. 지평선 아래로. 하루 종일 변한다. 관측지마다 다르다. 서울과 부산이 다르다. 위도가 다르니까. 같은 시각, 같은 별도 좌표가 다르다. 표준화가 안 된다. 별 카탈로그에 못 쓴다. 그래서 적도좌표계를 쓴다. 고정됐으니까. 하지만 관측할 땐 지평좌표계가 필요하다. 망원경을 어디로 향할까. 변환이 필요하다. 적도좌표를 지평좌표로. 수식이 있다. 복잡하다. 삼각함수가 많다. 컴퓨터가 계산한다. 관측 시각, 위도, 경도를 입력한다. 적경, 적위를 입력한다. 방위각, 고도가 나온다. 망원경 프로그램이 자동으로 한다. 황도좌표계도 있다. 태양계 천체에 쓴다. 황도가 기준이다. 태양이 도는 길이다. 정확히는 지구 궤도면이다. 황경과 황위가 있다. 황경은 Ecliptic Longitude다. 춘분점에서 동쪽으로 잰다. 0도에서 360도다. 황위는 Ecliptic Latitude다. 황도면에서 수직으로 잰다. -90도에서 +90도다. 행성은 황도 근처에 있다. 황위가 작다. 몇 도 이내다. 황도좌표가 편하다. 황도와 천구 적도는 기울어졌다. 23.5도다. 지구 자전축이 기울었으니까. 변환 수식이 있다. 천문 소프트웨어가 한다. 스텔라리움, 카르트 뒤 시엘이 있다. 무료다. 좌표를 입력한다. 별을 보여준다. 관측 시뮬레이션을 한다. 좌표계를 이해하면 하늘을 읽는다. 별의 주소를 안다. 언제 어디 뜨는지 안다. 관측 계획을 세운다. 천문학의 기본이다. 좌표 없이는 시작도 못 한다.