본초 자오선

1. 개요

본초 자오선은 12간지 중 자시(밤 12시)와 오시(낮 12시)에서 유래된 용어로, 경도 0°를 기준으로 삼는 가상의 선이다. 고대부터 다양한 기준이 사용되었으며, 프톨레마이오스는 카나리아 제도를, 18세기에는 각국의 수도를 기준으로 삼았다. 1884년 국제 자오선 회의에서 그리니치 자오선이 세계의 표준 자오선으로 채택되었으며, 이후 IERS 기준 자오선이 현대적인 기준으로 사용되고 있다. 본초 자오선은 지구뿐 아니라 다른 천체에도 임의로 정의되어 사용된다.

2. 어원

자오선이란 12간지에 따른 12시 중 자(子)시와 오(午)시를 뜻하는 것으로, 자시는 밤 12시(00시), 오시는 낮 12시를 나타낸다. 본초자오선은 '밤 12시와 낮 12시가 근본적으로 시작되는 선'이란 의미를 지닌다.

3. 역사

18세기에는 유럽 대부분의 국가들이 자국의 수도를 통과하는 자오선을 기준으로 삼았다. 예를 들어 프랑스는 파리 자오선, 프로이센은 베를린 자오선, 덴마크는 코펜하겐 자오선, 영국은 그리니치 자오선을 사용했다.

1765년부터 1811년까지 네빌 매스클라인은 그리니치 왕립 천문대의 자오선을 기준으로 49권의 《항해연감》을 출판했다. 매스클라인의 표는 육분의나 옥탄트를 이용한 천문항법을 가능하게 했을 뿐만 아니라, 그리니치 자오선을 보편적인 기준으로 만들었다. 프랑스어 번역판에서조차 파리 자오선이 아닌 그리니치 자오선을 기준으로 한 매스클라인의 계산을 그대로 사용했을 정도였다.

1884년, 워싱턴 D.C.에서 열린 국제 자오선 회의에서 22개국이 그리니치 자오선을 세계의 주요 자오선으로 채택하는 데 투표했다. 프랑스는 아소르스 제도와 베링 해협을 지나는 중립적인 선을 주장했지만, 결국 기권하고 1911년 이후 그리니치 자오선을 본초 자오선으로 인정했다.

3.1. 고대 ~ 중세

그리스에서의 경도 개념은 알렉산드리아의 에라토스테네스(기원전 276년~195년경)와 로도스의 히파르코스(기원전 190년~120년경)에 의해 발전되었고, 지리학자 스트라보(기원전 64/63년~기원후 24년경)에 의해 많은 도시에 적용되었다. 하지만 프톨레마이오스(기원후 90년~168년경)가 그의 Geographia에서 세계 지도에 일관된 자오선을 처음 사용했다.

프톨레마이오스는 대서양의 섬들인 "포르투나테 제도"를 기준으로 사용했는데, 이는 보통 카나리아 제도(서경 13°~18°)와 관련이 있지만, 그의 지도는 카보베르데(서경 22°~25°)와 더 일치한다. 그의 기준 자오선은 오늘날 윈체스터에서 서쪽으로 18° 40'(약 서경 20°)에 해당한다. 당시 경도를 결정하는 주된 방법은 여러 나라에서 보고된 월식 시간을 사용하는 것이었다.

프톨레마이오스의 지리학은 1477년 볼로냐에서 지도와 함께 처음 인쇄되었고, 16세기의 많은 초기 지구본도 그의 방법을 따랐다. 크리스토퍼 콜럼버스는 (1493년) 나침반이 대서양 중간 어딘가에서 정확히 북쪽을 가리킨다고 보고했고, 이 사실은 1494년 새로 발견된 땅에 대한 스페인과 포르투갈 간의 영토 분쟁을 해결한 중요한 토르데시야스 조약에 사용되었다. 토르데시야스 선은 결국 카보베르데 서쪽 370 리그(2,193킬로미터)로 결정되었다. 이는 디오고 리베이루가 1527년과 1529년에 제작한 스페인의 파드론 레알 사본에 나와 있다. 아소르스 제도의 산미구엘 섬(서경 25.5°)은 1594년 크리스토퍼 삭스턴에 의해 같은 이유로 여전히 사용되었지만, 그 당시에는 영자기 편각선이 경도선을 따라가지 않는다는 것이 입증되었다.

1541년, 메르카토르는 유명한 41cm 지구본을 제작하고 기준 자오선을 카나리아 제도의 푸에르테벤투라(서경 14°1')를 정확히 통과하도록 그렸다. 그의 후기 지도는 자기 가설을 따라 아소르스 제도를 사용했다. 그러나 오르텔리우스가 1570년에 최초의 근대 아틀라스를 제작했을 무렵에는 카보베르데와 같은 다른 섬들이 사용되기 시작했다. 그의 아틀라스에서 경도는 0°에서 360°까지 계산되었다. 1634년, 리슐리외 추기경은 파리에서 서쪽으로 19° 55' 떨어진 카나리아 제도의 가장 서쪽 섬인 엘 히에로를 자오선으로 선택했다. 지리학자 들리슬르는 이것을 20°로 반올림하여 파리 자오선으로 위장했다.

18세기 초, 바다에서 경도 측정을 개선하기 위한 경쟁이 시작되었고, 이는 존 해리슨에 의한 해상 크로노미터의 개발로 이어졌다. 존 플램스티드가 개발하고 에드먼드 핼리가 보급한 정확한 항성표 덕분에 항해사들은 토마스 고드프리와 존 해들리가 개발한 옥탄트를 사용하여 월거리법을 통해 경도를 더 정확하게 측정할 수 있게 되었다.

18세기에는 유럽의 대부분의 국가가 수도를 통과하는 자체 '기준' 자오선을 채택했다. 프랑스에서는 파리 자오선, 프로이센에서는 베를린 자오선, 덴마크에서는 코펜하겐 자오선, 영국에서는 그리니치 자오선이 기준이었다.

1765년부터 1811년까지 네빌 매스클라인은 그리니치 왕립 천문대 자오선을 기준으로 해양 연감 49호를 발표했다. 매스클라인의 표는 월거리법을 실용적으로 만들었을 뿐만 아니라 그리니치 자오선을 보편적인 기준점으로 만들었다. 심지어 해양 연감의 프랑스어 번역본조차도 다른 모든 표가 파리 자오선을 기준으로 고려했음에도 불구하고 그리니치의 매스클라인의 계산을 유지했다.

3.2. 근대 초 ~ 19세기

18세기에는 프랑스에서는 파리 자오선을, 프로이센에서는 베를린 자오선을, 덴마크에서는 코펜하겐 자오선을, 영국에서는 그리니치 자오선을 기준으로 삼는 등 대부분의 유럽 국가들이 자국의 수도를 통해 자오선을 조정했다.

1765년부터 1811년까지 네빌 매스클라인은 그리니치 왕립 천문대의 자오선을 기초로 한 49권의 《항해연감》을 출판했다. 매스클라인의 표는 육분의나 옥탄트를 통한 천문항법을 실행 가능하게 했을 뿐만 아니라 그리니치 자오선을 보편적인 기준점으로 만들었다. 프랑스어 번역판마저도 파리 자오선이 아닌 그리니치 자오선을 기준으로 한 매스클라인의 계산을 그대로 사용했다.

1884년에 워싱턴 D.C.에서 열린 국제 자오선 회의에서 22개국이 그리니치 자오선을 세계의 주요 자오선으로 채택하는 데 투표했다. 프랑스는 아소르스 제도와 베링 해협을 통한 중립 노선을 주장했지만 결국 기권하고 1911년 이후 그리니치 자오선을 본초 자오선으로 인정했다.

3.3. 국제 자오선 회의 (1884)

18세기에는 유럽 대부분의 국가가 수도를 통과하는 자체 '기준' 자오선을 채택했으므로, 프랑스에서는 파리 자오선이 기준이었고, 프로이센에서는 베를린 자오선이, 덴마크에서는 코펜하겐 자오선이, 영국에서는 그리니치 자오선이 기준이었다.

1765년부터 1811년까지 네빌 매스클라인은 그리니치 왕립 천문대 자오선을 기준으로 해양 연감 49호를 발표했다. 매스클라인의 표는 월거리법을 실용적으로 만들었을 뿐만 아니라 그리니치 자오선을 보편적인 기준점으로 만들었다. 심지어 해양 연감의 프랑스어 번역본조차도 다른 모든 표가 파리 자오선을 기준으로 했음에도 불구하고 그리니치의 매스클라인의 계산을 유지했다.

1884년 워싱턴 D.C.에서 열린 국제 자오선 회의에서 22개국이 그리니치 자오선을 세계의 기준 자오선으로 채택하는 데 투표했다. 프랑스는 아소르스 제도와 베링 해협을 언급하면서 중립적인 선을 주장했지만, 결국 기권했고 1911년까지 파리 자오선을 계속 사용했다.

4. 국제 본초 자오선

IERS 기준 자오선이 제정되기 이전인 1960~1970년대까지 국제적인 본초 자오선으로는 그리니치 천문대를 기준으로 한 그리니치 자오선이 오랫동안 사용되었다. 이는 IERS 기준 자오선에서 서쪽으로 5.3101초, 거리로는 102.478m 지점을 통과한다. 이 두 자오선은 지구 전체적으로 매우 가까워 현재도 일반적인 설명에서는 “그리니치 자오선”이 “본초 자오선”의 의미로 사용되는 경우가 있다.

일본의 측량법 체계에서도 경도의 기준으로 국제 지구 기준 좌표계(ITRF)에서 경도 0도의 자오선을 채택하고 있지만, 엄밀히 말하면 현대 좌표계의 정의는 그렇지 않다. 현대에는 방향의 기준이 우주 측지 관측소의 위치에서 반대로 정의되어 있다.

일본에서 “본초 자오선”을 정한 법령은 다음과 같으며 이 규정은 현재도 효력이 있다.

국제지구자전 및 기준계 사업(IERS)에서 정의하고 유지하는 측지계인 국제지구기준좌표계(ITRF)의 X축 방향은 IERS 기준 자오선을 따른다. 미국 국방부가 운영하는 GPS의 기준 좌표계인 WGS 84의 기준 자오선도 이것을 사용한다.

IERS 기준 자오선을 기준으로 하면, 그리니치 천문대의 그리니치 자오선(에어리의 자오환)은 1989년 시점에서 서쪽으로 각도로 5.3101초, 거리로는 102.478m 떨어진 위치에 있다. 이러한 차이는 그리니치 자오선이 그리니치에서의 국소적인 연직을 사용한 국소좌표계였기 때문에 발생한 것이다. IERS 기준 자오선은 지심좌표계이며, IERS 기준 자오선을 포함하는 평면은 지구의 중력 중심을 통과한다.

최초의 전지구항법위성시스템인 트랜짓(미국이 1960년 전후부터 개발)은 1960년에 제정된 전지구적 측지계(지심좌표계)인 WGS를 기반으로 하며, 그 기준은 북미 측지계 1927에 의한 기지국 좌표를 사용했다. 미국은 1912년부터 공식적으로 그리니치 자오선을 본초 자오선으로 채택했지만, 트랜짓을 이용하여 1969년에 그리니치 자오선의 위치를 측정한 결과, WGS는(또는 북미 측지계를 그대로 지심좌표계로 간주하면) 그리니치 자오선에서 약 102m 동쪽으로 치우친 자오선을 본초 자오선으로 하고 있다는 것이 명확해졌다. 이것이 IERS 기준 자오선이 되었다.

IERS 기준 자오선의 방향은 지구의 대륙판의 움직임의 가중 평균을 따른다.

국제수로기구는 1983년에 모든 해도에서 국제지구기준좌표계를 채택하고 있다.

과거 여러 나라에서 사용되었던 본초 자오선은 다음과 같다.

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📌 열 고정 해제

지명	GPS 좌표 (경도)	자오선 명칭	비고
베링 해협	서경 168° 30′
워싱턴 D.C.	서경 77° 03′ 56.07″ (1897), 서경 77° 04′ 02.24″ (NAD 27), 서경 77° 04′ 01.16″ (NAD 83)	신 해군 천문대 자오선
워싱턴 D.C.	서경 77° 02′ 48.0″, 서경 77° 03′ 02.3″, 서경 77° 03′ 06.119″, 서경 77° 03′ 06.276″ (both presumably NAD 27). If NAD27, the latter would be 77° 03′ 05.194″ (NAD 83)	구 해군 천문대 자오선
워싱턴 D.C.	서경 77° 02′ 11.56258″ (NAD 83), 서경 77° 02′ 11.55880″ (NAD 83), 서경 77° 02′ 11.57375″ (NAD 83)	백악관 자오선
워싱턴 D.C.	서경 77° 00′ 32.6″ (NAD 83)	의사당 자오선
필라델피아	서경 75° 10′ 12″
리우데자네이루	서경 43° 10′ 19″
푸에르테벤투라섬(카나리아 제도)	약 서경 25° 40′ 32″		중세까지 사용. 국제 자오선 회의에서 피에르 잔센이 "자연스러운 본초 자오선의 가능성"으로 제안.
엘 이에로섬(페로섬)(카나리아 제도)	서경 18° 03′,	페로 자오선	고대, 프톨레마이오스의 『게오그라피아』에서 사용. "그리니치에서 서쪽으로 17° 39′ 46″"에서 "파리에서 서쪽으로 20°"로 재정의.
리스본	서경 9° 07′ 54.862″
마드리드	서경 3° 41′ 16.58″
그리니치	서경 0° 00′ 05.3101″	그리니치 자오선	에어리 자오선
그리니치	서경 0° 00′ 05.33″	United Kingdom Ordnance Survey Zero Meridian영어	브래들리 자오선
그리니치	서경 0° 00′ 00.00″	IERS 기준 자오선
파리	동경 2° 20′ 14.025″	파리 자오선
브뤼셀	동경 4° 22′ 4.71″
앤트워프	동경 4° 24′	앤트워프 자오선	메르카토르가 사용
암스테르담	동경 4° 53′		Westerkerk영어를 통과하는 경선. 1909년부터 1937년까지 네덜란드의 공식 시간을 정의하는 데 사용.
베른	동경 7° 26′ 22.5″
피사	동경 10° 24′
오슬로(크리스티아니아)	동경 10° 43′ 22.5″
피렌체	동경 11° 15′	Florence Meridian영어	Peters World Map영어에서 사용. 대척점(지구의 반대편)은 베링 해협을 통과.
로마	동경 12° 27′ 08.4″	Monte Mario영어의 자오선
코펜하겐	동경 12° 34′ 32.25″		Rundetårn영어의 경도
나폴리	동경 14° 15′
스톡홀름	동경 18° 03′ 29.8″		스톡홀름 천문대의 경도
바르샤바	동경 21° 00′ 42″	Warsaw Meridian영어
오라데아	동경 21° 55′ 16″
알렉산드리아	동경 29° 53′
상트페테르부르크	동경 30° 19′ 42.09″	Пулковский меридиан러시아어	풀코보 천문대의 경도
기자의 대피라미드	동경 31° 08′ 03.69″		1884년
예루살렘	동경 35° 13′ 47.1″		성묘 교회의 돔의 경도
메카	동경 39° 49′ 34″		Mecca Time영어
우자인	동경 75° 47′		4세기부터 인도의 천문학과 역법에 사용
교토	동경 135° 74′		1779년부터 1871년까지 일본의 지도와 역법에 사용. 중경구 서월광정의 교토 개력소를 통과하는 경선.
도쿄	동경 139° 45′ 10″ (당시 환산)		1878년부터 1882년까지 내무성이 사용. 아카사카구 타마이케 아오이초의 내무성 지리국 측량과를 통과하는 경선.
도쿄	동경 139° 45′ 46″ (당시 환산)		1882년부터 1886년까지 내무성이 사용. 에도성 천수대를 통과하는 경선. 1885년에 내무성과 해군에서 경도를 통일할 때 그리니치 환산값을 변경.
도쿄			메이지 초기 내무성이 지도에 사용. 에도성 후지미야구라를 통과하는 경선.
	180°		그리니치 자오선의 반대편. 1884년10월 13일의 국제 자오선 회의에서 샌포드 플레밍이 제안.

4.1. 그리니치 자오선과의 관계

18세기에는 프랑스에서는 파리 자오선을, 독일에서는 베를린 자오선을, 덴마크에서는 코펜하겐 자오선을, 영국에서는 그리니치 자오선을 기준으로 삼는 등 대부분의 유럽 국가들이 자국의 수도를 통해 자오선을 조정했다.

1765년에서 1811년까지 네빌 마스켈린은 그리니치 왕립 천문대의 자오선을 기초로 한 49권의 《항해연감》을 출판했다. 마스켈린의 표는 육분의나 팔분의를 통한 천문항법을 실행 가능하게 했을 뿐만 아니라 그리니치 자오선을 보편적인 기준점으로 만들었다. 프랑스어 번역판마저도 파리 자오선이 아닌 그리니치 자오선을 기준으로 한 마스켈린의 계산을 그대로 사용했다.

1884년에 워싱턴 D.C.에서 열린 국제 자오선 회의에서 22개국이 그리니치 자오선을 세계의 주요 자오선으로 채택하는데 표를 던졌다. 프랑스는 아소르스 제도와 베링 해협을 통한 중립 노선을 주장했지만 결국 기권하고 1911년 이후 그리니치 자오선을 본초 자오선으로 인정했다.

1884년 10월, 미국 워싱턴 D.C.에서 열린 국제 자오선 회의에 참석한 25개국 대표 41명은 그리니치 자오선을 세계 공통 경도 0도와 시간 기준으로 채택했다.

그리니치 천문대에 기반을 둔 역사적인 본초 자오선의 위치는 1851년 조지 비들 에어리 경에 의해 확립되었다. 그것은 그가 처음 관측을 시작한 이후로 에어리 천이 원의 위치에 의해 정의되었다. 그 이전에는 일련의 초기 천이 기구에 의해 정의되었는데, 그중 첫 번째 기구는 두 번째 왕립 천문학자인 에드먼드 핼리가 1721년에 확보한 것이었다. 현재 플램스티드 하우스에 포함된 이 지점은 에어리 천이 원에서 서쪽으로 약 43m에 해당하는 거리에 있다. 1884년 국제 자오선 회의에서 세계의 본초 자오선으로 채택된 것은 에어리의 천이 원이었다.

이 모든 그리니치 자오선들은 지구 표면에서의 천문 관측을 통해, 표면의 중력 방향을 따라 수직선을 이용하여 위치가 확인되었다. 이 천문학적 그리니치 자오선은 처음에는 달거리 측정법을 통해, 그 다음에는 배에 실린 크로노미터를 통해, 그리고 해저 통신 케이블을 통해 전신선을 이용하여, 나중에는 무선 시간 신호를 통해 전 세계에 전파되었다.

IERS 기준 자오선이 제정되기 이전(1960~1970년대까지)의 국제적인 본초 자오선으로는 그리니치 천문대를 기준으로 한 그리니치 자오선이 오랫동안 사용되었다. 이는 IERS 기준 자오선에서 서쪽으로 5.3101초, 거리로는 102.478m 지점을 통과한다. 이 두 자오선은 지구 전체적으로 매우 가까워 현재도 일반적인 설명에서는 “그리니치 자오선”이 “본초 자오선”의 의미로 사용되는 경우가 있다.

IERS 기준 자오선을 기준으로 하면, 그리니치 천문대의 그리니치 자오선(에어리의 자오환)은 1989년 시점에서 서쪽으로 각도로 5.3101초, 거리로는 102.478m 떨어진 위치에 있다. 이러한 차이는 그리니치 자오선이 그리니치에서의 국소적인 연직을 사용한 국소좌표계였기 때문에 발생한 것이다.

최초의 전지구항법위성시스템인 트랜짓(미국이 1960년 전후부터 개발)은 1960년에 제정된 전지구적 측지계(지심좌표계)인 WGS를 기반으로 하며, 그 기준은 북미 측지계 1927에 의한 기지국 좌표를 사용했다. 미국은 1912년부터 공식적으로 그리니치 자오선을 본초 자오선으로 채택했지만, 트랜짓을 이용하여 1969년에 그리니치 자오선의 위치를 측정한 결과, WGS는(또는 북미 측지계를 그대로 지심좌표계로 간주하면) 그리니치 자오선에서 약 102m 동쪽으로 치우친 자오선을 본초 자오선으로 하고 있다는 것이 명확해졌다. 이것이 IERS 기준 자오선이 되었다.

4.2. IERS 기준 자오선의 통과 지점

5. 다른 천체의 본초 자오선

달의 본초 자오선은 지구에서 보이는 달 표면의 중앙에 위치하며 브루스 크레이터 근처를 지난다.

6. 과거의 본초 자오선 (지구)

18세기에는 유럽의 대부분의 국가가 수도를 통과하는 자체 '기준' 자오선을 채택했다. 프랑스에서는 파리 자오선이 기준이었고, 프로이센에서는 베를린 자오선이, 덴마크에서는 코펜하겐 자오선이, 영국에서는 그리니치 자오선이 기준이었다.

1765년부터 1811년까지 네빌 매스클라인은 해양 연감 49호를 그리니치 왕립 천문대 자오선을 기준으로 발표했다. "매스클라인의 표는 월거리법을 실용적으로 만들었을 뿐만 아니라 그리니치 자오선을 보편적인 기준점으로 만들었다. 심지어 해양 연감의 프랑스어 번역본조차도 다른 모든 표가 파리 자오선을 기준으로 고려했음에도 불구하고 그리니치의 매스클라인의 계산을 유지했다."

1884년 워싱턴 D.C.에서 열린 국제 자오선 회의에서 22개국이 그리니치 자오선을 세계의 기준 자오선으로 채택하는 데 투표했다. 프랑스는 아소르스 제도와 베링 해협을 언급하면서 중립적인 선을 주장했지만, 결국 기권했고 1911년까지 파리 자오선을 계속 사용했다.