주극성
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1. 개요
주극성은 지구 자전으로 인해 천극을 중심으로 원을 그리며 움직이는 것처럼 보이는 별을 의미한다. 관측자의 위도에 따라 지평선 아래로 지지 않고 항상 보이는 별을 주극성이라고 하며, 천극과의 각거리가 관측자 위도의 절댓값보다 작은 별들이 해당된다. 주극성 여부는 별의 적위를 기준으로 계산할 수 있으며, 북반구에서는 위도와 적위의 합이 +90°보다 크거나, 남반구에서는 위도와 적위의 합이 -90°보다 작으면 주극성이다. 주극성은 관측 지역에 따라 다르며, 북반구에서는 북극성을 중심으로 큰곰자리, 작은곰자리, 카시오페이아자리, 세페우스자리 등이, 남반구에서는 남십자자리, 파리자리, 물뱀자리 등이 대표적이다. 대한민국에서는 북극성을 중심으로 북쪽 하늘의 많은 별들이 주극성으로 관측된다.
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2. 주극성의 정의 및 원리
지구는 구체이므로, 관측자의 위도에 따라 천구의 극(천극)의 고도가 달라진다. 천극은 관측자가 북극이나 남극에 있다면 머리 바로 위에, 적도에 있다면 지평선과 겹쳐진다. 일주운동에 의해 적도에서는 양극을 제외한 모든 별이 지평선에서 뜨고 지지만, 적도 이외의 위도에서는 천구의 북극 또는 남극 중 한쪽만 보이며 일부 별은 원 궤적을 그리며 지평선 아래로 지지 않는다. 이처럼 일주운동에서 지평선 아래로 지지 않는 별을 '''주극성'''이라 한다. 주극성은 천극에서 뻗어 나오는 자오선을 통과(북중과 남중)하며 하루에 두 번 상하로 나타난다. 원 궤적이 부분적으로 지평선 아래에 있어 뜨고 지는 별은 '''출몰성'''이다. 북반구에서는 출몰성이 자오선을 통과하는 남중 시 고도가 최대가 되므로, 남중 전후의 짧은 시간만 나타나는 출몰성도 있다. 천구의 북극과 주극성이 보이면 천구의 남극은 보이지 않고, 남쪽 지평선 아래로 전혀 떠오르지 않는 별이 있는데, 이를 '''전몰성'''이라 한다.
지상 위도가 높아짐에 따라 주극성이 그리는 궤적의 원은 커진다. 주극성은 위도에 따라 결정되는 범위(상현권, 상규 또는 내규) 내에 있다. 전몰성은 하현권(하규 또는 외규) 범위 내에 있다. 북위 66도 33분 이북은 동지를 중심으로, 남위 66도 33분 이남은 하지를 중심으로 극야가 되는 날이 있어, 맑으면 주극성을 하루 종일 볼 수 있다.[8] 양극에서는 내규가 지평선에 따른 최대 원주가 되고, 관측 가능한 거의 모든 별이 주극성이 된다. 반대로 적도에서는 내규가 최소의 한 점이 되어 주극성이 없고 거의 모든 별이 출몰성이 된다.
일본에서는 천구의 북극에 가까운 북극성(현재 폴라리스)을 중심으로 모든 별이 회전하는 것처럼 보인다. 북극성 주변 별, 카시오페이아자리 주요 별, 큰곰자리 구성 별 대부분이 주극성이다. 카노푸스는 도호쿠 지방 남부 이북에서는 전몰성으로 볼 수 없지만, 남반구 중위도 이남, 오스트레일리아 멜버른에서는 주극성이 된다. 아케르나르는 규슈 중부 이북에서는 볼 수 없지만, 오스트레일리아 시드니에서는 일 년 내내 지지 않는 주극성이다.
2. 1. 주극성의 정의
주극성은 특정 위치에서 관측했을 때 지평선 아래로 지지 않고 항상 보이는 별이다. 지구는 자전축을 중심으로 매일 회전하기 때문에, 별들은 천극 (북반구 관측자에게는 북천극, 남반구 관측자에게는 남천극)을 중심으로 원형 경로를 따라 움직이는 것처럼 보인다. 천극에서 멀리 떨어진 별들은 큰 원을 그리며 회전하는 것처럼 보이고, 천극에 매우 가까이 있는 별들은 작은 원을 그리며 회전하기 때문에 거의 일주 운동을 하지 않는 것처럼 보인다.
지구상에서 관측자의 위도에 따라 일부 별(주극성)은 천극에 충분히 가까워서 지평선 위에 계속 남아 있지만, 다른 별들은 일일 원형 경로의 일부 동안 지평선 아래로 내려간다.[1]
주극성은 천극을 중심으로 하고 지평선에 접하는 원 안에 있는 것처럼 보인다. 지구의 북극에서는 북천극이 바로 머리 위에 있고, 모든 보이는 별들(즉, 북천구의 모든 별들)이 주극성이다.[1] 남쪽으로 이동하면 북천극이 북쪽 지평선 쪽으로 이동하고, 천극에서 거리가 있는 더 많은 별들이 매일의 "궤도"의 일부 동안 지평선 아래로 사라지기 시작하고, 나머지 주극성을 포함하는 원은 점점 작아진다. 적도에서는 이 원이 소실점으로 사라져 천극 자체가 지평선에 위치하게 되므로, 주극성이 될 수 있는 모든 별들은 24시간마다 절반의 시간 동안 지평선 아래에 있게 된다.
적도 남쪽으로 이동하면 반대 현상이 발생한다. 남천극이 하늘에서 점점 높이 나타나고, 그 극을 중심으로 점점 커지는 원 안에 있는 모든 별들이 주극성이 된다. 이것은 지구의 남극에 도달할 때까지 계속되며, 다시 한번 모든 보이는 별들이 주극성이 된다.
천구 북극은 북극성(폴라리스 또는 북극성)에서 매우 가까운 거리(1° 미만)에 위치하므로, 북반구에서는 모든 주극성이 폴라리스 주위를 움직이는 것처럼 보인다. 폴라리스 자체는 거의 정지해 있고 항상 북쪽(즉, 방위각 0°)에 있으며, 항상 관측자의 위도와 같은 고도(지평선으로부터의 각도)를 유지한다.
별이 주극성인지 여부는 관측자의 위도에 따라 달라진다.[3] 북쪽 또는 남쪽 천구극(보이는 쪽)의 고도는 관측자의 위도의 절댓값과 같다.[3] 예를 들어, 관측자의 위도가 북위 50°라면, 북천극으로부터 50° 이내의 모든 별은 주극성이 된다. 천구적도상의 별은 지구의 어느 반구에서 관측하더라도 주극성이 아니다.
주어진 별이 관측자의 위도 (θ)에서 주극성인지 여부는 별의 적위 (δ)를 기준으로 계산할 수 있다. θ + δ가 +90°보다 크면(관측자가 북반구에 있을 경우) 별은 주극성이다.
2. 2. 주극성의 원리
지구가 자전축을 중심으로 매일 회전함에 따라, 별들은 천극(북반구 관측자에게는 북천극, 남반구 관측자에게는 남천극)을 중심으로 원형 경로를 따라 움직이는 것처럼 보인다. 이를 일주 운동이라고 한다.[7] 천극에서 멀리 떨어진 별들은 큰 원을 그리며 회전하고, 천극에 매우 가까운 별들은 작은 원을 그리며 회전하기 때문에 거의 일주 운동을 하지 않는 것처럼 보인다. 지구상에서 관측자의 위도에 따라 일부 별(주극성)은 천극에 충분히 가까워 지평선 위에 계속 남아 있지만, 다른 별들은 일일 원형 경로의 일부 동안 지평선 아래로 내려가며, 영구적으로 지평선 아래에 남아 있는 별들도 있다.주극성은 천극을 중심으로 하고 지평선에 접하는 원 안에 있는 것처럼 보인다. 지구 북극에서는 북천극이 바로 머리 위에 있고, 모든 보이는 별들(즉, 북천구의 모든 별들)이 주극성이다.[1] 남쪽으로 이동하면 북천극이 북쪽 지평선 쪽으로 이동하고, 천극에서 거리가 있는 더 많은 별들이 매일의 "궤도"의 일부 동안 지평선 아래로 사라지기 시작하며, 나머지 주극성을 포함하는 원은 점점 작아진다. 적도에서는 이 원이 소실점으로 사라져 천극 자체가 지평선에 위치하게 되므로, 주극성이 될 수 있는 별은 없다.
적도 남쪽으로 이동하면 반대 현상이 발생한다. 남천극이 하늘에서 점점 높이 나타나고, 그 극을 중심으로 점점 커지는 원 안에 있는 모든 별들이 주극성이 된다. 이것은 지구 남극에 도달할 때까지 계속되며, 모든 보이는 별들이 주극성이 된다.
천구 북극은 북극성(폴라리스)에서 매우 가까운 거리(1° 미만)에 위치하므로, 북반구에서는 모든 주극성이 폴라리스 주위를 움직이는 것처럼 보인다. 폴라리스 자체는 거의 정지해 있고 항상 북쪽(즉, 방위각 0°)에 있으며, 항상 관측자의 위도와 같은 고도(지평선으로부터의 각도)를 유지한다.
별이 주극성인지 여부는 관측자의 위도에 따라 달라진다.[3] 북쪽 또는 남쪽 천구극(보이는 쪽)의 고도는 관측자 위도의 절댓값과 같으므로,[3] 보이는 천구의 극으로부터의 각거리가 관측자 위도의 절댓값보다 작은 모든 별은 주극성이 된다. 예를 들어, 관측자의 위도가 북위 50°라면, 북천극으로부터 50° 이내의 모든 별은 주극성이 된다. 관측자의 위도가 남위 35°라면, 남천극으로부터 35° 이내의 모든 별은 주극성이다. 천구 적도상의 별은 지구 어느 반구에서 관측하더라도 주극성이 아니다.
주어진 별이 관측자의 위도 (θ)에서 주극성인지 여부는 별의 적위 (δ)를 기준으로 계산할 수 있다. θ + δ 가 +90°보다 크면(관측자가 북반구에 있을 경우) 또는 θ + δ 가 −90°보다 작으면(관측자가 남반구에 있을 경우) 별은 주극성이다.
마찬가지로, δ − θ 가 −90°보다 작으면(관측자가 북반구에 있을 경우) 또는 δ − θ 가 +90°보다 크면(관측자가 남반구에 있을 경우) 별은 수평선 위로 절대 뜨지 않는다.
2. 3. 주극성 판별 방법
별의 적위(δ)와 관측자의 위도(θ)를 이용하면 주극성 여부를 판별할 수 있다.예를 들어 큰곰자리 α별의 적위는 +61°45′이고, 북위 28°15′보다 북쪽 지점에서는 주극성이다. 센타우루스자리 α별의 적위는 -60°50′이고, 남위 29°10′보다 남쪽의 관측 지점에서 주극성이다.
특정 위도에서 뜨거나 지는 별(출몰성) 및 항상 지평선 아래에 있는 별(전몰성)도 계산할 수 있다.
- 북반구 관측자의 경우, δ - θ < -90° 이면 해당 별은 지평선 위로 뜨지 않는다.[4]
- 남반구 관측자의 경우, δ - θ > +90° 이면 해당 별은 지평선 위로 뜨지 않는다.[4]
따라서 카노푸스는 샌프란시스코와 켄터키주 루이빌에서는 보이지 않지만, 프레즈노, 털사, 버지니아비치에서는 간신히 볼 수 있다.
3. 주극성의 종류 및 분포
별이 주극성인지 여부는 관측자의 위도에 따라 달라진다.[3] 북쪽 또는 남쪽 천구극(보이는 쪽)의 고도는 관측자의 위도의 절댓값과 같으므로,[3] 보이는 천구극으로부터의 각거리가 관측자 위도의 절댓값보다 작은 모든 별은 주극성이 된다. 예를 들어, 관측자의 위도가 북위 50°라면, 북천극으로부터 50° 이내의 모든 별은 주극성이 된다. 남위 35°에서 관측한다면, 남천극으로부터 35° 이내의 모든 별은 주극성이다. 천구적도상의 별은 지구 어느 곳에서 관측하더라도 주극성이 아니다.[4]
주어진 별이 관측자의 위도 (θ)에서 주극성인지 여부는 별의 적위 (δ)를 기준으로 계산할 수 있다.
- 북반구 관측자: θ + δ > +90° 이면 주극성이다.
- 남반구 관측자: θ + δ < -90° 이면 주극성이다.
반대로,
- 북반구 관측자: δ − θ < −90° 이면 해당 별은 수평선 위로 뜨지 않는다.
- 남반구 관측자: δ − θ > +90° 이면 해당 별은 수평선 위로 뜨지 않는다.
따라서 카노푸스는 샌프란시스코와 켄터키주 루이빌에서는 보이지 않지만, 프레즈노, 털사, 버지니아비치에서는 간신히 볼 수 있다.
북회귀선(북위 23° 26′) 북쪽에 있는 카시오페이아자리, 세페우스자리, 큰곰자리, 작은곰자리 등 극북쪽 별자리는 주극성이며, 절대 뜨거나 지지 않는다.[3] 예를 들어 영국 제도에서는 1등성인 카펠라(적위 +45° 59′)와 데네브(+45° 16′)는 어디에서도 지지 않는다. 베가(+38° 47′)는 북위 51° 13′( 런던 남쪽) 이상에서는 기술적으로 주극성이나, 대기 굴절을 고려하면 콘월과 채널 제도의 해수면에서는 지는 것으로 보인다.
일본에서는 북극성(현재는 폴라리스)을 중심으로 모든 별이 회전하는 것처럼 보이며, 북극성 주변 별, 카시오페이아자리 주요 별, 큰곰자리를 구성하는 별 대부분이 주극성이다. 카노푸스는 도호쿠 지방 남부 이북에서는 볼 수 없지만, 남반구 중위도 이남, 오스트레일리아 멜버른에서는 주극성이다. 아케르나르는 규슈 중부 이북에서는 볼 수 없지만, 오스트레일리아 시드니에서는 일 년 내내 지지 않는 주극성이다.
3. 1. 북반구의 주극성
북극성을 중심으로 큰곰자리, 작은곰자리, 카시오페이아자리, 세페우스자리 등이 대표적인 북반구의 주극성이다.[5] 북위 38도선 부근(대한민국)에서는 대부분의 북쪽 하늘 별자리가 주극성으로 관측된다.[5] 고위도로 갈수록 주극성의 범위가 넓어진다.[9]일본에서는 천구의 북극에 가까운 북극성(현재는 폴라리스)을 중심으로 모든 별이 회전하는 것처럼 보인다. 이 중 북극성 주변의 별들은 물론, 카시오페이아자리의 주요 별들과 큰곰자리를 구성하는 별들의 대부분이 주극성이 된다.[5]
3. 2. 남반구의 주극성
남십자자리, 파리자리, 물뱀자리 등 극남쪽 별자리 중에서 남회귀선(남위 23° 26′) 남쪽에 있는 별들은 그 회귀선 너머의 일반적인 관측 지점에서는 주극성이다.[3]어떤 반구에서 주극성인 별(및 별자리)은 반대쪽 반구의 같은 위도(또는 그 이상)에서는 항상 보이지 않으며, 수평선 위로 절대 뜨지 않는다. 예를 들어, 남쪽 별인 아크룩스는 미국 본토 대부분 지역에서는 보이지 않으며, 마찬가지로 북쪽 북두칠성 별자리의 일곱 별은 남아메리카 파타고니아 지역 대부분에서는 보이지 않는다.
3. 3. 지역별 주극성
적도에서는 주극성이 존재하지 않는다. 거의 모든 별이 뜨고 진다.[8] 극지방에서는 보이는 거의 모든 별이 주극성이다.[4] 중위도에서는 위도에 따라 주극성의 범위가 달라진다. 북반구에서는 위도 θ와 별의 적위 δ에 대해 θ + δ > +90° 이면 주극성이고, 남반구에서는 θ + δ < -90° 이면 주극성이다.[4] 대한민국에서는 북극성 주변의 큰곰자리, 카시오페이아자리 등의 별들이 주극성이다.[5]4. 주극성과 관련된 천문 현상
지구의 자전축 기울기 때문에, 관측자의 위도에 따라 하늘의 극(천구의 북극 또는 남극)의 고도가 달라진다. 북극이나 남극에서는 천구의 극이 머리 위에 있고, 적도에서는 지평선에 위치한다. 일주운동에 의해 적도에서는 모든 별이 뜨고 지지만, 적도 이외의 지역에서는 일부 별은 지평선 아래로 지지 않고 계속 떠 있는데, 이를 '''주극성'''이라고 한다.[8]
북위 66도 33분 이북( 북극권 )에서는 동지를 전후로, 남위 66도 33분 이남( 남극권 )에서는 하지를 전후로 극야 현상이 나타나 맑은 날에는 주극성을 하루 종일 관측할 수 있다.[8]
4. 1. 상규와 하규
지구의 자전에 의해, 관측자의 위도에 따라 천의 극에 대한 고도가 달라진다. 일주운동에서 지평선 아래로 지지 않는 별을 '''주극성'''이라고 하며, 주극성이 그리는 원의 범위를 '''상현권''', 원을 '''상규'''(또는 '''내규''')라고 한다. 반대로, 전혀 떠오르지 않는 별을 '''전몰성'''이라고 하며, 전몰성이 그리는 원의 범위를 '''하현권''', 원을 '''하규'''(또는 '''외규''')라고 한다. 위도에 따라 상규와 하규의 크기가 달라진다.[8]천의 극은 북극이나 남극에서는 머리 바로 위에 있고, 적도에서는 지평선과 겹쳐진다. 양극에서는 내규(상규)가 지평선에 따른 최대의 원주가 되고, 관측 가능한 거의 모든 별이 주극성이 된다. 반대로 적도상에서는 내규가 최소의 한 점이 되어 실제로는 주극성이 존재하지 않고 거의 모든 별이 출몰성이 된다.[8]
5. 한국과 주극성
한국은 북반구에 위치하여 지리적 특성상 다양한 주극성을 관측할 수 있다. 주극성은 일주운동에도 불구하고 지평선 아래로 지지 않는 별들을 의미한다.
5. 1. 한국에서 관측 가능한 주극성
한국의 위도(북위 33~43도)에서는 북쪽 하늘의 많은 별들이 주극성으로 관측된다. 북극성을 포함하여 큰곰자리, 작은곰자리, 카시오페이아자리, 세페우스자리 등이 대표적인 주극성이다.[5] 이 별들은 일주운동을 통해 지평선 아래로 지지 않고 항상 하늘에서 볼 수 있다.일본에서는 천구의 북극에 가까운 북극성(현재는 폴라리스)을 중심으로 모든 별이 회전하는 것처럼 보인다. 북극성 주변의 별들과 카시오페이아자리의 주요 별들, 큰곰자리를 구성하는 별들의 대부분이 주극성이다.[5]
6. 기타
주극성은 항해 및 천문 관측에서 중요한 기준점으로 활용된다. 밤하늘에서 주극성은 지구 자전축을 기준으로 하늘의 극을 중심으로 회전하는 것처럼 보이는데, 이를 통해 관측자는 자신의 위치와 방향을 파악할 수 있다.
지구는 구형이므로 관측자의 위도에 따라 천구의 극 고도가 달라진다. 북극이나 남극에서는 천구의 극이 머리 바로 위에, 적도에서는 지평선에 위치한다. 따라서 적도에서는 모든 별이 뜨고 지지만, 극지방으로 갈수록 지평선 아래로 지지 않는 주극성의 범위가 넓어진다.
일본의 경우 북극성(폴라리스)에 가까운 카시오페이아자리나 큰곰자리의 별들이 주극성이 된다. 반면, 카노푸스는 도호쿠 지방 남부 이북에서는 볼 수 없지만, 오스트레일리아 멜버른 등 남반구 중위도 이남에서는 주극성이 된다.
6. 1. 주극성의 활용
주극성은 항해 및 천문 관측에서 중요한 기준점으로 활용된다. 밤하늘에서 주극성은 지구 자전축을 기준으로 하늘의 극을 중심으로 회전하는 것처럼 보인다. 이러한 주극성의 움직임을 통해 관측자는 자신의 위치와 방향을 파악할 수 있다.지구는 구형이므로 관측자의 위도에 따라 천구의 극의 고도가 달라진다. 북극이나 남극에서는 천구의 극이 머리 바로 위에 위치하고, 적도에서는 지평선에 위치한다. 이러한 원리로 인해 적도에서는 모든 별이 뜨고 지지만, 극지방으로 갈수록 지평선 아래로 지지 않는 주극성의 범위가 넓어진다.
일본에서는 북극성(현재는 폴라리스)에 가까운 별들이 주극성이 된다. 예를 들어 카시오페이아자리의 주요 별들과 큰곰자리를 구성하는 별들 대부분이 주극성이다. 반면, 카노푸스는 도호쿠 지방 남부 이북에서는 볼 수 없지만, 오스트레일리아의 멜버른을 포함한 남반구의 중위도 이남에서는 주극성이 된다.
참조
[1]
서적
Eyewitness Companions: Astronomy
https://books.google[...]
Penguin
[2]
서적
Fundamental Astronomy
https://books.google[...]
Springer Science & Business Media
[3]
서적
Norton's 2000.0 Star Atlas and Reference Handbook
Longman Scientific and Technical
[4]
웹사이트
circumpolar star
http://encyclopedia2[...]
[5]
서적
Uranography: A Brief Description of the Constellations Visible in the United States, with Star-maps, and Lists of Objects Observable with a Small Telescope
https://books.google[...]
Ginn
[6]
문서
지구의 자전과 공전에 대한 설명
[7]
문서
恒星과 惑星에 대한 설명
[8]
문서
극야 현상에 대한 설명
[9]
서적
最新天文百科 宇宙・惑星・生命をつなぐサイエンス HORIZONS Exploring the Universe
[10]
간행물
천문학용어집
한국천문학회
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