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경선

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목차

1. 개요

자오선은 남극점과 북극점을 연결하는 대원의 절반에 해당하는 호를 의미하며, 경도 0도를 기준으로 동서로 180도까지 나뉜다. 1884년 국제 자오선 회의에서 영국 그리니치 천문대를 지나는 자오선을 본초 자오선으로 정하고, 이를 기준으로 세계 표준시를 결정했다. 자오선은 진 자오선, 자기 자오선 등으로 구분되며, 천문학에서는 천체의 자오선 통과를 통해 위치를 파악하고 표준시를 결정하는 데 활용된다.

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경선
지도 정보
기본 정보
정의지구의 남극과 북극을 잇는 가상선
설명같은 경도를 가진 지점들을 연결하는 선
특징모든 경선은 서로 평행하지 않음
길이20,003.93 km
어원
영어meridian
라틴어meridies
한국어자오선(子午線)
천문학적 자오선과 지리적 자오선
천문학적 자오선천문 관측자가 위치한 지점의 천구 자오선
지리적 자오선지구 표면의 남북극을 잇는 선
주요 경선
본초 자오선그리니치 천문대를 지나는 경선, 경도 0도
날짜 변경선본초 자오선의 정반대편에 위치, 경도 180도
용도
항해과거 항해에서 위치 파악의 기준선으로 사용
지도 제작지구 좌표계의 기준선으로 사용
시간 측정지구 자전 운동에 따라 시간대 설정 기준
수학적 특징
형태지구를 완전히 둘러싸는 큰 원(대원)의 일부
길이모든 경선의 길이는 동일 (약 20,003.93 km)
간격극지방에서 가장 가깝고, 적도에서 가장 멀리 떨어짐
자오선 거리적도에서 극까지의 거리와 관련됨

2. 어원

"자오선"이라는 용어는 "정오"를 의미하는 라틴어 meridieslat에서 유래했다. 태양은 정오에, 즉 해당 자오선에서 일출과 일몰 시간의 중간 지점에 주어진 자오선을 통과한다.[3] 마찬가지로, 태양은 동시에 천구 자오선을 통과한다. 같은 라틴어 어근에서 오전(ante meridiemlat, a.m.)과 오후(post meridiemlat, p.m.)라는 용어가 유래했는데, 이 용어들은 12시간제를 사용할 때 하루의 시간을 명확히 구분하는 데 사용된다.

한국어 “자오선”이라는 말은 자의 방향(북쪽)에서 오(午)의 방향(남쪽)으로 뻗는 선을 가리킨다. 이는 방향을 십이지에 대입하는 방식에서 유래한 것이다. 밤 12시(자정)를 “정자”(자의 시각), 낮 12시를 “정오”(오의 시각)이라고 하는 것도 같은 기원을 가진다.

3. 역사

경도는 위도와 달리 자연적인 기준점이 없어, 기준선인 본초 자오선을 인위적으로 정해야 했다. 과거에는 여러 지역에서 각기 다른 기준을 사용했으나, 국제적인 교류가 활발해지면서 통일된 기준의 필요성이 커졌다. 1884년 워싱턴 D.C.에서 열린 국제 자오선 회의를 통해 영국 그리니치 천문대를 지나는 그리니치 자오선이 국제 표준 본초 자오선으로 채택되었다. 이후 측지 기술의 발달로 기준이 약간 변경되어 현재는 IERS 기준 자오선이 국제적인 표준으로 사용되고 있다.

3. 1. 그리니치 이전

위도는 적도나 지리극처럼 명확한 기준이 있지만, 경도는 자연적으로 명확한 기준점이 없어 경도 0도의 기준선인 본초자오선을 인위적으로 설정해야 했다.

최초의 본초자오선은 기원전 200년경 에라토스테네스에 의해 설정되었다. 이 본초자오선은 지구 측정에 사용되었지만, 당시 위도 측정 기술의 부족으로 인해 정확성에 많은 문제점을 가지고 있었다.[1] 시간이 흘러 19세기 무렵까지도 본초자오선에 대한 통일된 기준은 마련되지 못했다. 여러 나라에서 각기 다른 지리적 위치를 본초자오선으로 사용했기 때문에, 위치 표시에 혼란과 불일치가 발생했다.[29] 즉, 국제적으로 그리니치 자오선이 본초자오선으로 채택되기 전까지는 세계 여러 곳에서 다양한 자오선이 기준으로 사용되었다.

3. 2. 국제 자오선 회의

세계 경제가 성장하면서 국제적인 여행을 편리하게 하고 국가 간 국제 무역을 증진시키기 위해 국제 표준 자오선을 설정해야 할 필요성이 커졌다. 이에 따라 1884년 미국 워싱턴 D.C.에서 국제 자오선 회의가 열렸고, 26개국이 참석하여 국제 표준 자오선에 대한 투표를 진행했다. 회의 결과, 표준 자오선은 하나로 정하기로 합의했으며, 영국 그리니치 천문대를 지나는 그리니치 자오선을 경도 0°로 채택했다. 또한 경도는 동쪽(동경)과 서쪽(서경)으로 각각 180°까지 표기하고, 세계 공통 시간을 적용하며, 하루는 그리니치 평균시 기준 자정에 시작하기로 결정했다.[4]

이러한 결정에는 두 가지 주요 이유가 있었다. 첫째, 미국은 이미 자국의 국가 표준시 시스템의 기준으로 그리니치를 선택한 상태였다. 둘째, 19세기 후반 세계 무역의 72%가 그리니치를 기준 자오선으로 사용하는 해도에 의존하고 있었다. 결국 그리니치를 경도 0°로 지정하는 것이 가장 많은 사람들에게 이익이 된다는 판단에 따라 위와 같은 결정이 내려졌다.[5]

위도는 적도나 지리극처럼 명확한 기준점이 있지만, 경도에는 자연적으로 명확한 기준이 없기 때문에 경도 0도의 기준점인 본초자오선은 인위적으로 설정할 필요가 있었다. 과거에는 세계 여러 지역에서 다양한 자오선을 본초자오선으로 사용해왔으나,[29] 1884년 국제 자오선 회의 이후로는 그리니치 자오선이 국제적인 본초자오선으로 널리 사용되었다. 현재는 이를 계승한 IERS 기준 자오선이 그리니치 자오선의 동쪽 102.478m 지점을 통과하는 선으로 정의되어 사용되고 있다.

3. 3. 본초 자오선의 변화

영국 그리니치의 천문학적 본초 자오선. WGS84 채택 이후 지오데틱 본초 자오선은 이 지점에서 동쪽으로 떨어져 있다.


경도 0도의 기준이 되는 본초 자오선의 위치는 역사적으로 고정되지 않고 여러 차례 변경되었다.[29][6] 이러한 변화는 주로 그리니치 천문대의 관측소가 이전 관측소 옆으로 이전하면서 발생했다. 과거에는 여러 지역에서 각기 다른 자오선을 본초 자오선으로 사용했으나,[29] 1884년 국제 자오선 회의를 통해 영국 그리니치를 지나는 그리니치 자오선이 국제적인 기준으로 설정되었다.[6]

그러나 현대적인 측지 기술의 발달로 세계 지구측지계 84(WGS84)가 위치 시스템으로 채택되면서, 지오데틱 본초 자오선은 기존의 천문학적 위치(그리니치 천문대 기준)에서 동쪽으로 102.478m 이동하게 되었다.[8][9] 현재 국제적으로 통용되는 기준은 이 지점을 지나는 IERS 기준 자오선이다.

현재 지오데틱 본초 자오선의 정확한 위치는 그리니치에 물리적인 표식으로 표시되어 있지는 않지만(과거 천문학적 위치는 표시됨), GPS 수신기를 사용하면 그 위치를 확인할 수 있다.

4. 지리적 특징



자오선(子午線)은 지구 표면에서 남극점과 북극점을 연결하는 대원(大圓)의 절반에 해당하는 호(弧)이다. 동일한 자오선 상에 있는 모든 지점은 동일한 경도를 가진다.

“자오선”이라는 이름은 방향을 십이지에 대응시키는 방식에서 유래했다. 자(子)가 북쪽, 오(午)가 남쪽을 가리키므로, 북쪽과 남쪽을 잇는 선이라는 의미를 가진다. 밤 0시를 “정자”(正子), 낮 12시를 “정오”(正午)라고 부르는 것도 같은 유래이다.

자오선의 길이는 약 20003.93km이다.[27] 이는 1미터의 초기 정의가 적도에서 북극점까지 거리의 1/10,000,000을 기준으로 했기 때문이다.[28]

실제로 나침반의 바늘이 가리키는 선인 자기자오선과, 지구의 양극을 잇는 본래의 자오선인 진자오선 사이에는 차이가 발생하는데, 이를 편차라고 한다.[26]

5. 종류

자오선은 기준에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다.


  • 진 자오선: 지구의 지리적 북극과 지리적 남극을 최단 거리로 잇는 선이다. 이는 실제 지구의 자전축을 기준으로 하며, 정밀한 천문 관측을 통해 결정된다.
  • 자기 자오선: 지구 자기장의 자기 북극과 자기 남극을 연결하는 선이다. 나침반의 바늘은 외부 자기장의 영향이 없다면 이 자기 자오선을 따라 정렬된다.


일반적으로 진 자오선과 자기 자오선은 일치하지 않는다. 두 자오선이 이루는 각도를 편각(자기 편각)이라고 하며, 이 값은 위치와 시간에 따라 변화한다. 따라서 지도를 읽거나 항해, 측량 등을 할 때 정확한 방향을 알기 위해서는 편각을 고려해야 한다.

5. 1. 진 자오선

'''진북자오선'''은 관측자를 지나 양극을 연결하는 선으로, 자북극과 자남극, 그리고 관측자를 지나는 '''자기자오선'''과 구분된다. 진북자오선은 정밀한 천문 관측을 통해 찾을 수 있는 반면, 자기자오선은 단순히 나침반 바늘과 평행하다. 진북자오선과 자기자오선의 차이를 편각이라고 하며, 이는 나침반을 사용할 때 정확한 방향을 찾기 위한 보정에 중요하다.[16]

미국의 사상가 헨리 데이비드 소로는 단순히 방향을 찾는 것을 넘어, 더 질적이고 직관적이며 추상적인 기능을 위해 진북자오선과 자기자오선을 구분하여 사용했다. 그는 자신의 나침반이 실제 북쪽과 몇 도의 편차를 보이는 것을 알았기 때문에 진북자오선을 기준으로 삼았다. 소로는 집에서 창고까지의 진북자오선 방향을 미리 확인해두고, 이를 기준으로 삼아 측량 작업 전후에 나침반의 편각을 점검하고 기록했다.[17]

자오선은 남극점과 북극점을 잇는 대원을 이 두 극점에서 이등분하는 타원형의 호이며, 항상 남북 방향으로 뻗어 있다. 동일한 자오선 위에 있는 모든 지점은 같은 경도를 가진다.

"자오선(子午線)"이라는 이름은 방향을 십이지에 대응시키는 방식에서 유래했다. 자(子)는 북쪽을, 오(午)는 남쪽을 의미하므로, 북쪽에서 남쪽으로 뻗는 선이라는 뜻이다. 밤 12시를 정자(正子), 낮 12시를 정오(正午)라고 부르는 것도 같은 이유에서이다.

지구상에서 극점을 잇는 타원, 즉 자오선은 특히 '''대원'''이라고도 불린다. 철과 같은 자성 물질의 영향을 받지 않는 상태에서 나침반 바늘이 가리키는 선(대원)을 '''자기자오선'''이라고 하며, 이와 구분하여 양 극점을 정확히 잇는 본래의 자오선을 '''진자오선'''이라고 한다. 이 둘 사이에는 지역에 따라 차이, 즉 편각이 발생한다.[26]

자오선의 길이는 약 20000km이다 (정확히는 20003.93km[27]). 이는 1미터의 길이를 정할 때 처음 기준으로 삼았던 것이 '적도에서 북극점까지의 자오선 거리를 1천만 분의 1로 나눈 길이'였기 때문이다.[28]

5. 2. 자기 자오선

'''자기 자오선'''은 자기 남극(South magnetic pole)과 자기 북극(North magnetic pole)을 연결하는 가상의 선이다. 이는 지구 표면을 따라 형성된 자력선의 수평 성분(Component (vector))으로 볼 수 있으며[11], 철기 등의 영향을 전혀 받지 않는 상태에서 나침반 바늘이 가리키는 선(대원)이기도 하다.[26] 따라서 나침반 바늘은 자기 자오선과 평행하게 놓인다. 그러나 나침반 바늘은 동서 방향의 경도가 완전한 측지선(geodesic)이기 때문에 자기 자오선에서 안정적으로 유지되지 않는다.[12]

북극점과 남극점을 잇는 본래의 자오선은 진자오선이라고 한다. 자기 자오선과 진자오선 사이의 각도는 자기 편각(magnetic declination)이며[13], 이 둘 사이에는 편차가 발생한다.[26] 이 자기 편각은 나침반을 이용한 항해에 중요하며[13], 과거 항해사들은 해 뜨는 방향과 해 지는 방향의 방위각(azimuth)(나침반 방위의 수평 각도 또는 방향)[14]을 이용하여 자기 편각(자기 북극과 진북 사이의 차이)을 측정할 수 있었다.[15]

6. 천문학적 의미

천문학에서 자오선(子午線)은 지평선상의 진북에서 천정(天頂)을 지나 진남에 이르는 천구(天球)상의 가상적인 대원을 의미한다. 따라서 북반구(北半球)에서는 천구의 북극, 남반구(南半球)에서는 천구의 남극이 반드시 이 자오선 위에 위치한다. 자오선은 항상 지평선(地平線)과 수직으로 교차하는 대원으로 고정되어 있다. 지구의 자전(自轉)에 따라 천체는 일주운동(日周運動)을 하며 자오선을 통과하는데, 이를 자오선 통과라고 부른다.

6. 1. 자오선 통과

'''자오선 통과'''(transiteng 또는 culminationeng)는 천체가 관측자의 경도 자오선을 통과하는 순간을 의미한다. 이 시점에서 천체는 가장 높은 고도에 위치하게 된다.[18] 천문학에서 자오선(子午線)은 지평선상의 진북에서 천정(天頂)을 지나 진남에 이르는 천구(天球)상의 가상적인 대원을 말한다. 따라서 북반구(北半球)에서는 천구의 북극, 남반구(南半球)에서는 천구의 남극이 반드시 자오선상에 있다. 자오선은 항상 지평선(地平線)과 직교하는 대원으로 고정되어 있기 때문에, 지구의 자전(自轉)에 따라 천구상의 천체는 일주운동(日周運動)을 하며 자오선을 통과한다.

태양이 상승과 하강 시 두 번 같은 고도를 통과할 때, 이 고도의 평균값을 이용하여 자오선 통과 시간을 구할 수 있다. 과거 항해사들은 위도를 계산하기 위해 자오선 통과 시 태양의 고도와 적위를 사용했다.[18] 위도 계산 공식은 다음과 같다.

: 위도 = (90° – 정오 고도 + 적위)

여기서 적위는 천구 적도로부터 남북 방향의 각도를 의미한다.[19] 지구 공전 궤도의 이심률 때문에 태양의 자오선 통과는 정확히 정오 12시에 발생하지 않는다(시간 방정식 참조).

천체의 적경(赤經)과 관측지에서의 지역 항성시(恒星時)를 알면, 그 천체가 해당 관측지에서 자오선을 통과하는 시각을 구할 수 있다(시각 참조).

7. 현대적 응용

경선은 현대 사회에서 다양한 방식으로 응용되고 있다. 대표적으로 각 지역의 표준시를 결정하는 중요한 기준으로 사용되는데, 1884년 국제 자오선 회의에서는 런던의 그리니치 천문대를 지나는 그리니치 자오선을 본초자오선으로 정하여 전 세계 시간의 기준점을 마련했다.[21][22][23] 이 외에도 경선 측정 기술은 지구의 정확한 경도와 위도를 파악하고 지구의 자전 등을 측정하는 데 필수적으로 활용된다.[9]

7. 1. 표준시 결정

표준 자오선은 표준시를 결정하는 데 사용되는 자오선이다.[20] 예를 들어, 동경 30도(UTC+02:00)는 동유럽 표준시의 표준 자오선이다.

과거에는 지역마다 다른 시간을 사용하여 혼란이 있었으나, 국가들의 경제 발전과 생산성 향상, 특히 철도와 같은 교통 수단의 발달로 통일된 시간 기준의 필요성이 커졌다.[10] 이전의 불규칙한 시간 체계는 증가하는 이동성을 감당하기 어려웠고, 표준 자오선을 통해 마차와 기차 운행의 효율성을 높일 수 있었다.[10] 어떤 자오선이 더 과학적인지에 대한 논쟁보다는 실용적인 이유로 가장 편리한 자오선을 표준으로 삼기로 합의했다. 또한 세계시는 평균 태양일을 기준으로 하고, 하루는 자정에 시작하며, 세계시 사용이 지역 시간 사용에 영향을 미치지 않도록 결정되었다.[10]

19세기 후반과 20세기 초, 많은 국가들이 지역 평균시나 태양시 대신 시간대를 채택하기 시작했다. 대부분의 국가는 1884년 국제 자오선 회의에서 결정된 24개의 표준 자오선 중 자국의 지리적 위치에 가장 가까운 것을 기준으로 표준시를 채택했다.[21][22][23] 이 회의에서는 영국 런던 그리니치 천문대를 지나는 그리니치 자오선을 본초자오선(경도 0도)으로 결정하기도 했다.

하지만 모든 국가가 정확히 1시간 단위의 시간대를 사용하는 것은 아니다. 채텀 제도, 오스트레일리아(남호주), 네팔 등 일부 지역에서는 기준 자오선에서 30분 또는 45분만큼 추가로 차이가 나는 시간대를 사용한다.[24]

7. 2. 지구 회전 측정

경선 측정 등에 사용되는 장비의 대부분은 지구의 경도와 위도를 측정하는 능력에 의존한다. 이러한 장비들은 일반적으로 지역 중력의 영향을 받았으며, 이는 자기 자오선과 같은 기존 기술과 연관성이 있었다.[9]

8. 한국과 자오선

위도와 달리 경도는 자연적으로 명확한 기준이 없기 때문에, 경도 0도의 기준선인 본초자오선은 인위적으로 설정할 필요가 있다. 과거에는 세계 여러 곳에서 다양한 자오선이 본초자오선으로 사용되었다.[29] 국제적으로는 1884년 이후 영국 런던 교외의 구 그리니치 천문대를 통과하는 그리니치 자오선이 본초자오선으로 널리 사용되었다. 현재는 이를 계승한 IERS 기준 자오선이 공식적인 기준으로 사용되며, 이 자오선은 기존 그리니치 자오선보다 동쪽으로 약 102.478m 떨어진 지점을 지난다.

본초자오선 이외의 다른 자오선들은 지구 중심을 꼭짓점으로 하여 적도를 따라 측정한 본초자오선과의 각도 차이로 구별된다. 본초자오선을 기준으로 동쪽에 위치한 경도는 동경, 서쪽에 위치한 경도는 서경이라고 부른다. 경도에 대한 더 자세한 내용은 경도 항목에서 확인할 수 있다.

참조

[1] 논문 Zero Degrees Harvard University Press
[2] 논문 So, What is Actually the Distance from the Equator to the Pole? – Overview of the Meridian Distance Approximations 2013
[3] 서적 First Teachings about the Earth; its lands and waters; its countries and States, etc https://books.google[...] 1870
[4] 웹사이트 The Prime Meridian: Establishing Global Time and Space https://www.thoughtc[...]
[5] 웹사이트 Royal Museum Greenwitch https://www.rmg.co.u[...]
[6] 논문 Zero Degrees Harvard University Press
[7] 웹사이트 What is the Prime Meridian? - Definition, Facts & Location - Video & Lesson Transcript {{!}} Study.com https://study.com/ac[...] 2018-07-25
[8] 논문 Where exactly is the prime meridian? 2015-10
[9] 논문 Why the Greenwich meridian moved 2015-12
[10] 논문 Greenwich time and the prime meridian 1976-01
[11] 논문 Induction effects of geomagnetic disturbances in the geo-electric field variations at low latitudes 2017-01-04
[12] 논문 On the relative dynamic value of the degrees of the compass; and on the cause of the needle resting in the magnetic meridian. 1851-01-01
[13] 논문 Research on magnetic declination in Lithuanian territory 2008-01-01
[14] 웹사이트 Definition of AZIMUTH https://www.merriam-[...] 2018-07-28
[15] 논문 The Lost Art of Finding Our Way
[16] 서적 Principal Facts of the Earth's Magnetism and Methods of Determining the True Meridian and the Magnetic Declination https://books.google[...] U.S. Government Printing Office 1919
[17] 논문 Thoreau's True Meridian: Natural Fact and Metaphor 1968
[18] 논문 The Lost Art of Finding Our Way
[19] 논문 The Lost Art of Finding Our Way
[20] 웹사이트 standard meridian 2022-04-09
[21] 서적 Harper's School Geography: With Maps and Illustrations https://books.google[...] American Book Company 1885
[22] 서적 Standard Time Throughout the World https://books.google[...] United States National Bureau of Standards
[23] 서적 What Shall be the Prime Meridian for the World? https://books.google[...] International Institute for Preserving and Perfecting Weights and Measures 1884
[24] 뉴스 How time zones confused the world https://www.bbc.co.u[...] 2022-04-09
[25] 일반
[26] 서적 誰にもわかる地文航法 海文堂出版
[27] 논문 So, What is Actually the Distance from the Equator to the Pole? – Overview of the Meridian Distance Approximations 2013
[28] 웹사이트 https://www.nippo1.c[...]
[29] 웹사이트 Prime Meridian http://www.geog.port[...]
[30] 간행물 경선


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