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폴라리스

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목차

1. 개요

폴라리스는 다중성계로, 지구의 자전축 연장선과 거의 일치하여 밤하늘에서 움직이지 않는 것처럼 보이는 별이다. 작은곰자리에 위치하며, 주성인 폴라리스 A는 황백색 초거성으로 세페이드 변광성이자, 최초로 공전 궤도로부터 질량을 구한 별이다. 폴라리스는 과거에는 3.97일의 주기로 변광했지만, 현재는 변광 폭이 감소하고 밝기가 증가하는 추세이다. 폴라리스는 천문 항법에서 중요한 기준점으로 사용되며, 지평선 위 고도가 관측자의 위도를 나타낸다. 히파르코스 위성 자료를 기반으로 폴라리스까지의 거리를 약 434광년으로 추정했으나, 최근 연구에서는 323광년으로 더 가깝게 추정하기도 한다. 폴라리스는 북두칠성이나 카시오페이아자리를 이용하여 찾을 수 있으며, 누나부트, 알래스카, 미네소타 등의 깃발에 묘사되어 있다.

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폴라리스
개요
폴라리스 항성계의 사진. 허블 우주 망원경 촬영.
폴라리스 항성계의 사진. 허블 우주 망원경 촬영.
명칭폴라리스
다른 이름북극성, 키노수라
별자리작은곰자리
관측 정보
적경 (J2000.0)02h 31m 49.09s / 02h 30m 41.63s
적위 (J2000.0)+89° 15′ 50.8″ / +89° 15′ 38.1″
겉보기 등급1.98 / 9.2 / 8.7
분광형F7Ib / F6V / F3V
색 지수 (B-V)0.60 / / 0.42
색 지수 (U-B)0.38 / / 0.01
변광성 유형세페이드 변광성 (DCEPS)
위치 정보
연주 시차7.54 ± 0.11 밀리초각
거리325 ~ 425 광년 (99 ~ 129.5 파섹)
시선 속도-16.42 km/s (주성), -22.25 km/s (B별)
고유 운동 (적경)44.48 밀리초/년
고유 운동 (적위)-11.85 밀리초/년
적색 편이-0.000055 (주성), -0.000074 (B별)
물리적 특징
절대 등급-3.6 / 3.6 / 3.1
질량4.5 / 1.26 / 1.39 태양 질량
반지름46±3 / 1.04 / 1.38 태양 반지름
광도2500 / 3 / 3.9 태양 광도
표면 중력2.2 / / 4.3
표면 온도6015 / / 6900 K
중원소 함량태양의 112%
자전 속도14 / / 110
나이7천만 년
항성계 정보
구성원폴라리스 Aa (주성), 폴라리스 Ab (동반성), 폴라리스 B (동반성)
폴라리스 Ab 공전 주기29.416 ± 0.028년
폴라리스 Ab 궤도 긴반지름0.12955 ± 0.00205 각초 (2.90 ± 0.03 천문단위)
폴라리스 Ab 궤도 이심률0.6354 ± 0.0066
폴라리스 Ab 궤도 경사127.57 ± 1.22도
폴라리스 Ab 승교점201.28 ± 1.18도
폴라리스 Ab 근성점 통과 시각2016.831 ± 0.044
폴라리스 Ab 근일점 인수304.54 ± 0.84도
폴라리스 Ab 속도 진폭3.762 ± 0.025 km/s
식별 정보
바이어 명명법작은곰자리 알파 (α UMi)
플램스티드 명명법작은곰자리 1
HR424
HD8890
SAO308 (A별), 305 (B별)
HIP11767
BD+88°8 (A별), +88°7 (B별)
다른 명칭북쪽 별 (North Star), FK5 907, GC 2243, ADS 1477, CCDM 02319+8915, 키노수라, 알루카바흐, Phoenice, Navigatoria, 아카디의 별, 일두즈, 미스마르
기타
의심되는 변광성 여부B별은 의심됨

2. 항성계

폴라리스는 여러 개의 별들이 중력으로 묶여 서로의 주위를 공전하는 다중성계이다.

폴라리스 항성계는 다음과 같이 구성되어 있다.


  • '''폴라리스 A''': 태양보다 4.5배 무거운 황백색 초거성(Ib)이다.
  • '''폴라리스 B''': 태양 질량의 1.39배, 분광형 F3의 주계열성으로 폴라리스 A로부터 약 2400 천문단위 떨어져 있다.
  • '''폴라리스 Ab''' ('''폴라리스 P'''): 태양 질량의 1.26배, 분광형 F6의 주계열성으로 폴라리스 A와 약 18.8 천문단위 떨어져 있다.


폴라리스 C와 폴라리스 D는 과거 폴라리스 항성계의 구성원으로 생각되었지만, 현재는 물리적으로 연관되어 있지 않은 것으로 밝혀졌다.[77][13][22]

1780년 윌리엄 허셜은 반사 망원경을 이용하여 폴라리스 B를 발견했다. 1929년 폴라리스 A의 스펙트럼을 조사하던 중 A와 매우 가까이 붙어 있는 폴라리스 Ab를 발견했다. 2006년 1월 NASA는 허블 우주 망원경으로 폴라리스를 촬영하여 세 구성원이 분리된 모습을 확인했다.[78][82][79]

2. 1. 폴라리스 A

폴라리스 항성계를 천체 예술가가 상상하여 표현한 그림. 중앙 아래에 크고 밝은 별이 초거성 폴라리스 A이고 바로 위에 있는 작은 별이 폴라리스 Ab로 나오고, 멀리 떨어져 있는 것이 폴라리스 B로 나타났다.


허블 우주 망원경이 관측한 북극성의 구성 요소


폴라리스 A는 태양보다 4.5배 무겁고 분광형상 F7의 황백색 초거성(Ib)이다. 이 별은 공전궤도로부터 운동학적 원리를 이용해 질량을 구한 최초의 세페이드 변광성이다. Aa는 동반천체 둘을 거느리고 있다.

  • '''폴라리스 B'''는 태양 질량의 1.39배에 분광형 F3의 주계열성으로 Aa로부터 약 2400 천문단위 떨어져 있다.
  • '''폴라리스 Ab'''('''폴라리스 P''')는 태양 질량의 1.26배에 분광형 F6의 주계열성으로 Aa와 약 18.8 천문단위 떨어져 있다.


이들로부터 멀리 떨어진 곳에 폴라리스 C와 폴라리스 D가 있는 것으로 생각되었지만, 이들은 북극성 시스템과 물리적으로 연관되어 있지 않은 것으로 밝혀졌다.[77][13][22]

폴라리스 B는 작은 망원경으로도 볼 수 있다. 1780년 윌리엄 허셜은 수제 반사 망원경을 이용하여 짝별 B를 발견하였다.(그의 망원경은 당대 가장 성능이 좋았다.)[14] 1929년 폴라리스 A의 스펙트럼을 조사하던 중 A와 매우 가까이 붙어 있는 제3의 천체 폴라리스 Ab(폴라리스 P)를 발견했으나, 무어·콜로도프스키는 이보다 전에 Ab의 존재를 예측한 바 있다. 2006년 1월 NASA는 허블 우주 망원경으로 폴라리스를 찍었는데, 여기에는 앞에 기술한 성계 구성원 셋이 분리되어 찍혀 나왔다. 허블 망원경 자료상 Aa와 Ab는 고작 18.5 천문단위(태양~천왕성 간격 정도) 떨어져 있어, 짝별의 빛은 훨씬 밝은 주인별에 묻혀 관측하기 힘들었던 것이다.[78][82][79]

북극성 Aa는 진화된 황색 초거성으로, 분광형은 F7Ib이며, 5.4 태양 질량을 가지고 있다. 이 별은 궤도를 통해 질량을 결정할 수 있었던 최초의 고전적인 세페이드 변광성이다.

폴라리스 A의 가변적인 시선 속도는 1899년 W. W. 캠벨에 의해 보고되었으며, 이는 이 별이 이중성일 가능성을 시사했다.[16] J. H. 무어는 1927년에 북극성 A가 세페이드 변광성임을 고려하여, 시선 방향의 속도 변화가 4일의 맥동 주기와 훨씬 더 긴 궤도 주기 및 약 0.6의 큰 이심률의 조합에 의해 발생한다는 것을 입증했다.[17] 무어는 1929년에 시스템의 예비적인 궤도 요소를 발표했으며, 약 29.7년의 궤도 주기와 0.63의 이심률을 제시했다. 이 주기는 1939년 B. P. 게라시모비치가 수행한 고유 운동 연구를 통해 확인되었다.[18]

1955년, E. 로머는 박사 학위 논문의 일부로 시선 속도 데이터를 사용하여 북극성 A 시스템의 궤도 주기를 30.46년으로, 이심률을 0.64로 도출했다.[19] K. W. 캄퍼는 1996년에 29.59±0.02년의 주기와 0.608±0.005의 이심률을 가진 정제된 요소를 발표했다.[20] 2019년, R. I. 앤더슨의 연구에서는 29.32±0.11년의 주기와 0.620±0.008의 이심률을 제시했다.[21]

2. 1. 1. 폴라리스 Aa

'''폴라리스 A'''는 태양보다 4.5배 무거운 황백색 초거성(Ib)이다. 이 별은 공전의 운동학적 원리를 이용해 질량을 구한 최초의 세페이드 변광성이다. Aa는 동반천체 둘을 거느리고 있는데, 이 중 폴라리스 Ab는 Aa와 매우 가까이 붙어있는 F6형 주계열성이다.[77]

폴라리스 A는 항성종족 I에 속하는 고전 세페이드 변광성이다. 세페이드 변광성은 천체까지의 거리를 결정하는 데 쓰이는 표준촛불인데, 폴라리스 A는 지구에서 제일 가까운 세페이드 변광성이기 때문에 자세히 연구되었다. 폴라리스의 변광 패턴은 1852년부터 분석되었으며 1911년 아이나르 헤르츠스프룽이 변광 형태를 정리했다.[80]

폴라리스의 밝기는 1.86 - 2.13 등급 사이에서 변하지만,[81] 그 진폭은 관측 역사상 계속 변해왔다. 1963년 이전에는 0.1 등급 이상이었으나, 1966년 이후 0.05 등급까지 빠르게 줄어들었다. 그러나 이후 불규칙하게 밝기가 변하고 있으며, 다른 세페이드 변광성과는 달리 밝기 진폭이 다시 커지고 있다는 연구 결과도 있다.[72]

변광 주기는 대략 4일이지만 역사적으로 계속 변화가 있었다. 1963년부터 1965년 기간을 제외하고 변광 주기는 매년 4.5초씩 꾸준히 증가해 왔다. 이 현상은 항성이 세페이드 불안정띠 단계를 거치면서 부풀어 오르고 붉게 변하기 때문으로 생각되지만, 일차 맥동 상태와 최초 배음 맥동 상태 사이의 간섭 때문일 수도 있다.[82][83][84]

폴라리스의 표면 온도는 맥동 기간 중 아주 조금만 바뀌나, 그 진폭은 계속 변화하며 예측하기 어렵다. 유효온도는 맥동 주기마다 최소 50 ~ 최대 170 켈빈만큼 오르내리는데, 이는 폴라리스 Ab의 궤도에 영향을 받았기 때문일 것이다.[75]



폴라리스와 그 주변의 통합 플럭스 성운


초거성 주성분인 폴라리스 Aa는 저진폭의 제1종족 고전적인 세페이드 변광성이지만, 한때 높은 은하 위도 때문에 제2종 세페이드로 여겨지기도 했다. 세페이드는 거리를 결정하는 중요한 표준 촛불을 구성하므로, 폴라리스는 가장 가까운 별로서[21] 널리 연구되고 있다.

주기는 대략 4일이며, 시간이 지남에 따라 변동해 왔다. 1963~1965년의 일시적인 중단을 제외하고는, 매년 약 4.5초씩 꾸준히 증가했다. 이것은 원래 세페이드 불안정대를 가로지르는 장기적인 적색 편이(빛이 더 긴 파장으로 늘어나 붉게 보이는 장기적인 변화) 진화 때문이라고 생각되었지만, 주성과 첫 번째 배음 진동 모드 간의 간섭 때문일 수 있다.[25][26][27] 폴라리스가 기본 진동자 또는 첫 번째 배음 진동자인지, 그리고 불안정대를 처음 통과하는지 여부에 대해 연구자들은 의견이 일치하지 않는다.[5][27][28]

''사이언스''에 보고된 연구에 따르면 폴라리스는 프톨레마이오스가 관측했을 때보다 현재 2.5배 더 밝아졌으며, 3등급에서 2등급으로 변화했다.[29] 천문학자 에드워드 기난은 이를 주목할 만한 변화로 여기며, "만약 이것이 사실이라면, 이러한 변화는 현재의 항성 진화 이론이 예측하는 것보다 100배나 크다"라고 기록했다.

2024년, 하버드 & 스미소니언의 낸시 에반스 박사가 이끄는 연구진은 CHARA 배열을 사용하여 폴라리스의 작은 동반성 궤도를 더욱 정확하게 연구했다. 이 관측 캠페인 동안 그들은 폴라리스 표면의 특징을 촬영하는 데 성공했다. 클로즈업 이미지에서 크고 밝은 지점과 어두운 지점이 나타났으며, 시간이 지남에 따라 변화했다.

2. 1. 2. 폴라리스 Ab

폴라리스 Ab는 Aa와 매우 가까운 거리에서 공전하는 동반성으로, 분광형 F6의 주계열성이다.[2] 태양 질량의 1.26배이며, Aa와 약 18.8 천문단위 떨어져 있다.[77] 1929년 폴라리스 A의 스펙트럼을 조사하던 중 발견되었으나, 그 이전에도 존재가 예측되었다.[78] 2006년 1월 NASA는 허블 우주 망원경으로 폴라리스 Ab를 촬영하는데 성공했다.[15][25] Aa와 Ab는 고작 18.5 천문단위 떨어져 있는데, 이는 태양과 천왕성 간격 정도이다.[78]

2. 1. 3. 폴라리스 B

폴라리스 B는 Aa로부터 비교적 멀리 떨어져서 공전하는 동반성으로, 작은 망원경으로도 관측이 가능하다. 1779년 8월 윌리엄 허셜은 자신이 제작한 반사 망원경을 이용하여 짝별 B를 발견했다.[14] (그의 망원경은 당대 최고 수준이었다.)[14] 폴라리스 B는 (AU) 거리에 있는 F3 주계열성이다.[13]

2. 1. 4. 폴라리스 C와 D

과거에는 폴라리스 C와 폴라리스 D도 항성계의 구성원으로 여겨졌으나, 현재는 이들이 폴라리스 항성계와 물리적으로 연관되어 있지 않은 것으로 밝혀졌다.[13][22]

3. 관측 역사



폴라리스는 고대부터 여러 천문학자들에 의해 관측되었다. 프톨레마이오스를 비롯한 고대 천문학자들은 폴라리스를 자신들의 성표에 기록했다.

폴라리스 A의 가변적인 시선 속도는 1899년 윌리엄 월러스 캠벨에 의해 보고되었으며, 이는 이 별이 이중성일 가능성을 시사했다.[16] 1927년 조셉 헤인스 무어는 시선 방향의 속도 변화가 4일의 맥동 주기와 훨씬 더 긴 궤도 주기 및 약 0.6의 큰 이심률의 조합에 의해 발생한다는 것을 입증했다.[17] 무어는 1929년에 시스템의 예비적인 궤도 요소를 발표했으며, 약 29.7년의 궤도 주기와 0.63의 이심률을 제시했다.[17] 이 주기는 1939년 보리스 게라시모비치가 수행한 고유 운동 연구를 통해 확인되었다.[18]

1955년, 엘리자베스 로머는 박사 학위 논문의 일부로 시선 속도 데이터를 사용하여 폴라리스 A 시스템의 궤도 주기를 30.46년으로, 이심률을 0.64로 도출했다.[19] 1996년 칼 발터 캄퍼는 29.59 ± 0.02년의 주기와 0.608 ± 0.005의 이심률을 가진 정제된 요소를 발표했다.[20] 2019년, R. I. 앤더슨의 연구에서는 29.32 ± 0.11년의 주기와 0.620 ± 0.008의 이심률을 제시했다.[21]

과거에는 더 넓게 분리된 두 개의 구성 요소인 폴라리스 C와 폴라리스 D가 있다고 생각했지만, 이들은 북극성 시스템과 물리적으로 연관되어 있지 않은 것으로 밝혀졌다.[13][22]

3. 1. 근대

1780년 윌리엄 허셜은 자신이 직접 만든 반사 망원경을 이용하여 폴라리스 B를 발견했다. 1929년 폴라리스 A의 스펙트럼을 조사하던 중 A와 매우 가까이 붙어 있는 세 번째 천체 폴라리스 Ab가 발견되었다. 2006년 1월 NASA은 허블 우주 망원경으로 폴라리스를 촬영했는데, 이 사진에는 앞서 기술한 항성계 구성원 셋(Aa, Ab, B)이 분리되어 나타났다.[79]

3. 2. 연감 및 성표상 폴라리스 수록 여부

출처수록여부
프톨레마이오스 (~169)
알-수피 (964)
알-비루니 (~1030)
카얌 (~1100)
알-투시 (1272)
울루그 베그 (1437)
코페르니쿠스 (1543)
쇠너 (1551)
브라헤 (1598)
브라헤 (1602)
바이어 (1603)
더 호우트만 (1603)
케플러 (1627)
실러 (1627)
핼리 (1679)
헤벨리우스 (1690)
플램스티드 (1725)
플램스티드 (1729)
보데 (1801a)
보데 (1801b)


4. 변광성



폴라리스 Aa는 초거성이자 항성종족 I에 속하는 고전 세페이드 변광성이다. 과거 이 별의 은위가 컸기 때문에 II형 세페이드 변광성으로 분류되기도 했다. 세페이드 변광성은 천체까지의 거리를 결정하는 데 중요한 표준촛불 역할을 하며, 지구에서 가장 가까운 세페이드 변광성인 폴라리스 A는 자세히 연구되었다. 폴라리스의 변광 특성은 1852년부터 분석되었으며, 1911년 아이나르 헤르츠스프룽이 변광 형태를 확립했다.[80]

4. 1. 변광 주기와 진폭

폴라리스의 밝기는 1.86~2.13 등급 사이에서 변화하지만,[81] 그 진폭은 관측 역사상 계속 변해왔다. 1963년 이전에는 진폭이 0.1 등급 이상이었고 밝기 감소 속도는 매우 완만했다. 1966년 이후에는 진폭이 0.05 등급까지 빠르게 줄어들었다. 그러나 이후에는 이 범위 내에서 불규칙하게 밝기가 변하고 있다. 다른 세페이드 변광성과는 달리 폴라리스의 밝기 진폭이 다시 커지고 있다는 연구 결과도 나오고 있다.[72]

변광 주기는 대략 4일이지만, 시간이 지남에 따라 변동해 왔다. 1963년부터 1965년 기간을 제외하고 변광 주기는 매년 4.5초씩 꾸준히 증가해 왔다. 이 현상의 원인은 항성이 세페이드 변광성 불안정띠 단계를 거치면서 항성이 부풀어 오르고 붉게 변하는 현상 때문으로 생각했지만, 일차 맥동 상태와 최초 배음 맥동 상태 사이에 간섭이 일어나기 때문에 생긴 결과일 수도 있다.[82][83][84] 현재 폴라리스가 기본 배음 맥동천체인지 최초 배음 맥동천체인지, 그리고 이 별이 불안정띠 단계에 처음 진입한 것인지 아니면 이전에 진입한 적이 있는지에 대해서는 천문학계 내에서 의견이 일치하지 않고 있다.[84]

4. 2. 변광 원인

폴라리스의 밝기는 1.86~2.13 등급 사이에서 변화하지만, 그 변화폭은 관측 역사에 따라 달라져 왔다. 1963년 이전에는 변화폭이 0.1 등급 이상으로 매우 완만하게 감소했다. 그러나 1966년 이후에는 0.05 등급 미만으로 빠르게 감소했고, 이후에는 그 범위 내에서 불규칙하게 변화했다. 최근에는 변화폭이 다시 커지고 있다는 연구 결과가 있는데, 이는 다른 세페이드 변광성에서는 볼 수 없는 현상이다.[72][8]

변광 주기는 대략 4일 정도지만, 이 역시 시간이 지나면서 변동해 왔다. 1963년부터 1965년 사이를 제외하면, 변광 주기는 매년 약 4.5초씩 꾸준히 증가했다. 이러한 현상은 항성이 세페이드 불안정띠를 거치면서 부풀어 오르고 붉게 변하는 현상 때문이라고 생각되었지만, 주성과 첫 번째 배음 진동 모드 간의 간섭 때문일 수도 있다.[82][83][84][25][26][27] 현재 폴라리스가 기본 진동 모드인지, 아니면 첫 번째 배음 진동 모드인지, 그리고 불안정띠를 처음 통과하는 것인지에 대해서는 천문학계에서 의견이 일치하지 않고 있다.[84][5][27][28]

폴라리스의 표면 온도는 맥동 주기 동안 약간만 변하지만, 그 변화량은 일정하지 않고 예측하기 어렵다. 각 주기 동안 온도의 불규칙한 변화와 온도 변화의 진폭은 50,000 미만에서 최소 170,000까지 나타나며, 이는 폴라리스 Ab와의 궤도와 관련이 있을 수 있다.[75][6]

사이언스에 보고된 연구에 따르면, 폴라리스는 프톨레마이오스가 관측했을 때보다 현재 2.5배 더 밝아졌으며, 3등급에서 2등급으로 변화했다.[85][29]

4. 3. 표면 온도 변화

폴라리스의 표면 온도는 맥동 주기 동안 약간의 변화만 보이지만, 그 변화량은 가변적이고 예측 불가능하다. 각 주기 동안 온도의 불규칙한 변화와 온도 변화의 진폭은 50,000 미만에서 최소 170,000까지 나타나며, 이는 폴라리스 Ab와의 궤도와 관련이 있을 수 있다.[75]

5. 북극성으로서의 역할

북반구 별들이 천구에서 움직이는 모습을 추적하면 사진과 같은 전형적인 원형 궤도들을 그린다. 중심부에서 거의 움직이지 않는 것처럼 보이는 별이 폴라리스이다.


폴라리스는 지구 자전축 연장선과 거의 일직선상에 있어 밤하늘에서 거의 움직이지 않는 것처럼 보인다. 이 때문에 폴라리스는 오랫동안 항해와 위치 측정에 중요한 지표로 사용되어 왔다. 유럽인들은 고대 후기부터 폴라리스를 천구북극에 가까운 밝은 별들 중 하나로써 항해에 이용했던 것으로 보인다. 5세기 스토바에우스가 폴라리스를 ἀεί φανής|아에이 파네스grc ('항상 보인다') 라고 기록한 것으로 보아 적어도 중세 성기부터는 북극성(''stella polaris'')으로 불리기 시작했던 것으로 추정할 수 있다.[92] 나사니얼 바우디치는 1802년 저작 ''American Practical Navigator''에서 폴라리스를 항해별 중 하나로 인용했다.[93]

5. 1. 천구 북극과의 관계

현 시점에서 폴라리스는 가상의 지구 자전축이 연장되어 천구 북극과 만나는 지점에 가까이 있는 것처럼 보인다.[91] 따라서 폴라리스는 밤하늘에서 거의 움직이지 않고, 나머지 모든 별들은 폴라리스를 중심에 두고 회전하는 것처럼 보인다. 다만 폴라리스는 하늘의 어느 한 점에 고정되어 있는 것이 아니라 천천히 이동하고 있는데, 이는 지구 자전축이 세차 운동을 하기 때문이다.[92] 폴라리스는 점점 천구북극에 접근하고 있으며 21세기 이후 멀어질 것이고, 41세기 경 세페우스자리 감마 옆을 스쳐 지나갈 것이다. 역사적으로 기원전 2500년 경 천구북극은 투반과 가까웠고[92] 고전 고대 기간에는 코카브가 천구북극에 폴라리스보다 더 가까웠다. 고대 후기 코카브와 폴라리스는 천구북극으로부터 거의 비슷한 각거리만큼 떨어져 있었다. 그리스 항해가 피테아스는 기원전 320년 천구북극에는 아무 별도 없다고 기록했다. 그러나 유럽인들은 고대 후기부터 폴라리스를 천구북극에 가까운 밝은 별들 중 하나로써 항해에 이용했던 것으로 보인다. 이후 5세기 스토바에우스가 폴라리스를 ἀεί φανής|아에이 파네스grc ('항상 보인다') 라고 기록한 것으로 보아 폴라리스는 적어도 중세 성기부터는 북극성(''stella polaris'')으로 불리기 시작했던 것으로 추정할 수 있다.

나사니얼 바우디치는 1802년 저작 ''American Practical Navigator''에서 폴라리스를 인용했는데, 이 책에서 폴라리스는 항해별 중 하나로 나온다.[93]

폴라리스는 천구의 북극에 근접해 있는 속성 때문에 지평선과 이 별이 이루는 각도를 재면 관측자가 사는 곳의 위도가 나온다. 예를 들어 북위 38도 거주자가 바라본 폴라리스는 지평선으로부터 38도 각도를 이룬다. 같은 원리로, 고대인들은 북쪽으로 올라갈수록 북극성의 고도가 커지는 것으로부터 지구가 둥글다는 사실을 알아냈다.[94]

5. 2. 항해 및 위치 측정

현 시점에서 폴라리스는 가상의 지구 자전축이 연장되어 천구 북극과 만나는 지점에 가까이 있는 것처럼 보인다.[91] 따라서 폴라리스는 밤하늘에서 거의 움직이지 않고, 나머지 모든 별들은 폴라리스를 중심에 두고 회전하는 것처럼 보인다. 다만 폴라리스는 하늘의 어느 한 점에 고정되어 있는 것이 아니라 천천히 이동하고 있는데 점점 천구북극에 접근하고 있으며 미래에는 다시 천구북극으로부터 멀어질 것이다. 이는 지구 자전축이 세차 운동을 하기 때문이다.[92]

폴라리스는 천구의 북극에 근접해 있는 속성 때문에 지평선과 이 별이 이루는 각도를 재면 관측자가 있는 곳의 위도가 나온다. 예를 들어 북위 38도 거주자가 바라본 폴라리스는 지평선으로부터 38도 각도를 이룬다. 같은 원리로, 고대인들은 북쪽으로 올라갈수록 북극성의 고도가 커지는 것으로부터 지구가 둥글다는 사실을 알아냈다.[94]

6. 거리

폴라리스까지의 거리는 여러 방법을 통해 측정되었으며, 측정 방법에 따라 결과에 차이가 있다. 폴라리스는 지구에서 가장 가까운 세페이드 변광성 중 하나이므로, 그 물리적 매개변수는 우주 거리 사다리를 정확하게 결정하는 데 매우 중요하다.[95][54]

히파르코스 위성과 가이아 위성 등의 관측 데이터와 고해상도 분광 분석 등 다양한 연구 결과를 종합적으로 고려하여 폴라리스까지의 거리를 추정하고 있다.

6. 1. 히파르코스 위성

히파르코스 위성은 관측 데이터를 통해 폴라리스까지의 거리를 약 434광년으로 추정했다.[82] 그러나 이후 연구에서는 이 거리가 더 가까울 수 있다는 주장이 제기되었다.[95]

폴라리스까지의 거리 예측값
연도거리: 광년(파섹)출처
433 ly (133 pc)히파르코스[97]
2006330 ly (101 pc)터너[83]
2008359 ly (110 pc)유센코 & 클라치코바[74]
2013323 ly (99 pc)터너 외[95]
2014>=385 ly (>=118 pc)닐슨[84]



히파르코스 위성은 1989년부터 1994년까지 항성들의 시차를 측정하여 천체까지의 거리를 계산했다.[96] 이후 히파르코스의 측성자료는 오류를 수정하고 기술적 완성도를 높이는 작업이 진행되었다.[97] 그럼에도 불구하고 폴라리스의 시차 측정값에 대한 논란은 계속되었으며, 일부 천문학자들은 히파르코스 위성이 측정한 다른 세페이드 변광성들의 거릿값도 신뢰할 수 없다고 주장했다.[95]

6. 2. 추가 연구

히파르코스 측성위성이 보낸 자료를 기반으로 한 여러 논문에서 폴라리스까지의 거리를 약 434광년(133파섹)으로 계산했다.[82] 그러나 고해상도 스펙트럼 분석 결과에 따르면 이 별과 우리 사이 거리는 히파르코스 자료보다 거의 100광년 더 가까운 323광년(99파섹)이라는 연구 결과도 나왔다.[95]

폴라리스까지의 거리 예측값
연도거리: 광년(파섹)출처
scope="row" |433 ly (133 pc)히파르코스[97]
2006330 ly (101 pc)터너[83]
2008359 ly (110 pc)유센코 & 클라치코바[74]
2013323 ly (99 pc)터너 외[95]
2014>=385 ly (>=118 pc)닐슨[84]



이후 히파르코스의 측성자료에서 오류를 수정하고 기술적 완성도를 높이는 작업이 진행되었다.[97] 그럼에도 불구하고 폴라리스의 시차가 부정확하게 나온 것에 대해 천문학자들의 지적이 있었으며, 일부 천문학자들은 히파르코스 위성이 측정한 다른 세페이드 변광성들의 거릿값도 신뢰할 수 없다고 주장했다.[95]

6. 3. 가이아 위성

가이아는 2013년에 발사된 우주 천체측량 임무로, 25 마이크로초각 (μas) 이내로 별 시차를 측정하는 것을 목표로 한다.[60] 당초 가이아의 관측 대상은 5.7 등급보다 어두운 별로 제한될 예정이었으나, 시운전 결과 3등급 밝기의 별도 자율적으로 식별할 수 있다는 것이 밝혀졌다.[61] 2014년 7월부터 가이아는 3 – 20 등급 범위의 별을 일상적으로 처리하도록 구성되었다.[61] 이보다 밝은 별들에 대해서는 특별 절차를 통해 원시 스캔 데이터를 다운로드하여 분석하며, "수십 μas"의 표준 오차로 "밝은 끝에서 하늘 전체를 커버"할 것으로 예상된다.[62]

가이아 데이터 릴리스 2는 폴라리스의 시차를 포함하지 않았지만, 폴라리스 B에 대해 (445.5 ly)의 거리를 제시했는데, 이는 이전 추정치보다 더 정확하다.[63] 2022년 6월 13일에 발표된 가이아 데이터 릴리스 3에서는 이 값이 (447.6 ly)로 더욱 개선되었다.[64]

폴라리스까지의 거리 추정치
연도구성 요소거리, ly (pc)출처
2006A330 ly (101 pc)터너[26]
2007A433 ly (133 pc)히파르코스[58]
2008B359 ly (110 pc)우센코 & 클로치코바[10]
2013B323 ly (99 pc)터너 외[54]
2014A≥ 385 ly (≥ 118 pc)닐슨[55]
2018B521 ly (160pc)본 외[56]
2018B445.3 ly (136.6 pc)가이아 DR2[63]
2020B447.6 ly (137.2pc)가이아 DR3[64]



2018년 가이아 계획의 제2차 데이터 릴리스에서는 폴라리스 주성 A별계가 너무 밝아 정확한 연주시차가 측정되지 않았지만, B별의 연주시차는 높은 정밀도로 측정되어 태양계로부터 약 447광년 거리에 있음이 밝혀졌다.[63] 2020년 말에 공개된 가이아 계획의 제3차 조기 데이터 릴리스에서는 폴라리스 B별의 거리가 약 448광년으로 나타났다.[64]

7. 위치 찾기

폴라리스를 중심으로 천구 별들이 회전하는 모습. 카시오페이아자리와 큰곰자리로부터 폴라리스를 찾는 방법이 점선으로 표시되어 있다.


폴라리스는 북두칠성이나 카시오페이아자리를 이용하면 비교적 쉽게 찾을 수 있다.[99][100]

7. 1. 북두칠성 이용

폴라리스는 북극성이라는 상징성과는 달리 눈에 띄게 밝은 별이 아니며, 현대 도시의 밤하늘은 광공해 때문에 별들의 빛이 약해져 맨눈으로 폴라리스의 위치를 파악하기 어렵다. 폴라리스를 찾는 방법은 다음과 같다.[99][100]

폴라리스 찾기

  • 북두칠성 국자 앞부분 메라크에서 두베까지 가상의 선을 잇고 그 방향으로 선을 다섯 배 늘린 위치에 폴라리스가 있다.
  • 국자 모양으로 표현되는 북두칠성의 7개 별 중, 자루에서 가장 먼 두 별을 이은 선상, 국자의 윗부분에 있다. 자루 끝에서부터의 거리는 앞의 두 별 사이 간격의 약 5배이다.

7. 2. 카시오페이아자리 이용



카시오페이아자리의 W자 모양을 이루는 별들을 이용하여 폴라리스를 찾을 수도 있다. 카시오페이아자리의 5개 별 중, 한쪽 2개 별의 연장선과 반대쪽 2개 별의 연장선의 교점과 중앙의 별을 이은 선상, W자 윗부분에 폴라리스가 있다. 중앙 별에서부터의 거리는 앞의 교점과 중앙 별 사이 간격의 약 5배이다.[99][100]

8. 이름

폴라리스는 천측 항법에서 중요한 역할을 했기 때문에 여러 문화권에서 다양한 이름으로 불려 왔다.

영어에서는 "pole star"(극성), "north star"(북쪽 별) 외에도 에드먼드 스펜서의 작품에서는 "steadfast star"(한결같은 별)로 등장한다. 14세기부터 쓰인 "lodestar"(인도하는 별)는 고대 노르웨이어 ''leiðarstjarna'', 중고 독일어 ''leitsterne'' 와 어원이 같다.[46] 라틴어 이름 ''stella maris''(바다별)는 성모 마리아의 별칭으로 쓰였으며 8세기 찬송가 ''Ave Maris Stella''로 유명해졌다.[89]

고대 영어 룬 시에서 T-룬은 "극 주위의 별자리" 또는 행성 화성과 관련이 있는 것으로 보인다.[42]

셰익스피어의 소네트 116은 인도하는 원리로서 북극성의 상징성을 보여주는 예시이다. "[사랑]은 방황하는 모든 배의 별이다. / 그 가치는 알려지지 않았지만, 그의 높이는 측정된다." 율리우스 카이사르에서 카이사르는 "나는 북극성처럼 변함없다/그것의 진실하고 고정되고 쉬는 속성은/하늘에 동료가 없다./하늘은 수많은 불꽃으로 칠해져 있고,/그들은 모두 불이고 모두 빛나지만,/그중 하나만 제자리에 있다./세상에도 마찬가지다."(III, i, 65–71)라고 말하면서 사면을 거부하는 이유를 설명한다.

이누이트 천문학에서 폴라리스는 ''누투이툭''( 음절문자: )으로 알려져 있다.

전통적인 라코타족 별 지식에서 폴라리스는 "위치하피 오왕질라"라고 불리며, "움직이지 않는 별"로 번역된다.

평원 크리족은 네히야웨윈어로 "움직이지 않는 별"을 뜻하는 ''아카코스 에카 카 아치트'' ( 음절문자: ᐊᒑᐦᑯᐢ ᐁᑳ ᑳ ᐋᐦᒌᐟ|아카코스 에카 카 아치트crk)라고 부른다.[52] 미크마위심크어에서는 이 별을 ''타타판''이라고 부른다.

고대 핀란드 세계관에서 북극성은 다른 별들이 그 주위를 공전할 때 천구에 부착되거나 하늘의 고정 장치 역할을 하는 것으로 보여 "타이바안나파"와 "나울타흐티"("못별")라고 불리기도 했다. 별이 빛나는 하늘이 그 주위를 회전하는 것처럼 보였기 때문에, 천구는 바퀴로 생각되었고, 그 별은 축의 중심이었다. 거기에서 파생된 이름은 "하늘 핀"과 "세계 핀"이었다.

바이어 명칭은 α별이다. 플램스티드 명칭으로는 "작은곰자리 1번별"이며, 프톨레마이오스의 항성표와 티코의 항성표에서도 각각 작은곰자리의 첫 번째 별로 기록되었다.

8. 1. 어원

현재 사용되는 "폴라리스"라는 이름은 신 라틴어 ''stella polaris'' (극성)에서 유래되었다.[38] 이 명칭은 이 별이 천구의 북극에 매우 가깝게 접근했던 르네상스 시대에 만들어졌다.[39] 게마 프리시우스는 1547년에 이 별을 ''stella illa quae polaris dicitur'' ("극이라고 불리는 별")이라고 언급하며 천구의 북극에서 3° 8' 떨어진 곳에 위치시켰다고 기록했다.[39]

영어에서는 17세기부터 ''Polaris''를 사용했는데, 이는 라틴어 ''stella polaris'' (북쪽 별)에서 'Star'를 생략한 것이다.[86]

중국 천문학에서는 구진(勾陳)에 속하며, 폴라리스는 구진의 첫 번째 별로 구진일(勾陳一, 병음:Gōuchényī)이라 불린다.

인도 천문학에서는 산스크리트어로 ''dhruva tāra'' (붙박이별)라고 불렀다. 중세 이슬람권에서는 '미스마르'(바늘, 손톱), '알-쿠트브 알-샤말리이'(북쪽의 축), '알-카우카브 알-샤말리이'(북쪽 별) 등으로 불렀다.[90]

8. 2. 다양한 명칭

고대 그리스에서는 폴라리스를 "키노수라"(κυνόσουρα)라고 불렀는데, 이는 '개의 꼬리'라는 뜻이다. 이는 당시 작은곰자리가 개를 상징하는 별자리로 여겨졌기 때문이다.[87][88] 이 명칭은 영어 단어 'cynosure'의 어원이 되었다.[87][88]

중세 이슬람권에서는 '미스마르'(바늘, 손톱), '알-쿠트브 알-샤말리이'(북쪽의 축), '알-카우카브 알-샤말리이'(북쪽 별) 등 다양한 이름으로 불렸다.[90] 전 이슬람 아랍 천문학에서는 ''알-주다이'' الجدي ("새끼 염소")라고 불렀다.[48]

영어권에서는 "pole star"(극성), "north star"(북쪽 별), "lodestar"(인도하는 별) 등으로 불렀다. 'lodestar'는 고대 노르웨이어 ''leiðarstjarna'', 중고 독일어 ''leitsterne'' 와 같은 어원을 가진다.[46]

중국에서는 구진(勾陳)이라는 별자리의 첫 번째 별로, 구진일(勾陳一, 병음:Gōuchényī)이라고 불렸다. 일본의 시부카와 하루미의 성도에서는 북극이라는 별자리의 다섯 번째 별인 천추와 동일시된다.

인도에서는 산스크리트어로 ''드루바 타라''(붙박이별)라고 불렀다.[90] 힌두교 푸라나스에서는 "불변의, 고정된"을 의미하는 ''드루바''(Dhruva)라는 이름으로 의인화되었다.[43]

이누이트 천문학에서는 ''누투이툭''( 음절문자: ᓅᑐᐃᑦᑐᖅ)으로 알려져 있다. 평원 크리족은 네히야웨윈어로 ''아카코스 에카 카 아치트'' ( 음절문자: ᐊᒑᐦᑯᐢ ᐁᑳ ᑳ ᐋᐦᒌᐟ)라고 부르는데, 이는 "움직이지 않는 별"을 뜻한다.[52]

일본 각지에서는 다음과 같이 다양하게 불렸다.

명칭설명
키타노오오보시북쪽 큰 별
키타노히토츠보시북쪽의 외로운 별
키타노호시북쪽 별
네노호시십이지의 자(子) 방향, 즉 북쪽을 가리키는 별
히토츠보시외로운 별
호가쿠보시방위별


8. 3. 한국에서의 명칭

폴라리스는 16세기부터 북극성으로 기능했으며, "극의 별" 또는 "북쪽 별"이라는 의미로 불렸다. 이후 세계 각국에서는 자국어로 "북극성"이라는 의미의 이름으로 부르는 경우가 대부분이다. 영어에서도 'The North Star', 'The Pole Star', 'The Polar Star' 등으로 불리지만, 영어권에서는 고유 명칭인 ''Polaris''로 불리는 경향이 있다.

한국에서도 전통적으로 "북극성"으로 불렀으며, 이는 "북쪽 하늘의 극에 위치한 별"이라는 의미를 담고 있다.

9. 대중문화

폴라리스는 누나부트 준주의 기와 문장,[65] 미국 알래스카주와 미네소타주의 기,[66] 미네소타주 덜루스의 기에 묘사되어 있다.[67][68]

9. 1. 깃발

캐나다 이누이트 자치령인 누나부트 준주의 기와 문장에 폴라리스가 묘사되어 있으며,[65] 미국 알래스카주와 미네소타주의 기,[66] 그리고 미국 도시 미네소타주 덜루스의 기에도 묘사되어 있다.[67][68]

9. 2. 문장

캐나다 이누이트 자치령인 누나부트 준주의 문장과 미국 미네소타주의 기에 폴라리스가 묘사되어 있다.[65][66]

참조

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[89] 문서 예수 그리스도의 상징으로도 가끔 쓰였는데 [[로베르토 벨라르미노]]는 이것을 금지했다. Haec appellatio stelle maris tribui solet Beate Virgini. Fortasse melius de Christo diceretur 'stella splendida et matutina' . . . . [N]am stella maris est stella polaris, quae exigua est. Stella splendida et matutina est stella omnium fulgentissima, quae ab astrologis dicitur stella Veneris cited after Peter Godman, 'The saint as censor: Robert Bellarmine between inquisition and index', Mnemosyne, Bibliotheca Classica Batava, BRILL, 2000,
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[91] 서적 https://archive.org/[...]
[92] 서적 Norton's Star Atlas https://archive.org/[...] Sky Publishing 1973
[93] 문서 The American Practical Navigator, 2002 Bicentennial Ed., Chapter 15 Navigational Astronomy, page 248, Figure 1530a. Navigational stars and the planets
[94] 뉴스 밤하늘의 ‘스타’ 아세요? - 모르면 억울한 별들의 세계 http://nownews.seoul[...] 나우뉴스 2015-02-27
[95] 저널 The Pulsation Mode of the Cepheid Polaris 2013
[96] 저널 The Hipparcos Mission
[97] 저널 Validation of the new Hipparcos reduction
[98] 저널 The HIPPARCOS parallax for Polaris 2013
[99] 웹사이트 Polaris: The North Star http://www.constella[...] 2014-07-28
[100] 뉴스 우리가 몰랐던 진짜 북극성 찾기 http://www.outdoorne[...] 아웃도어 뉴스 2014-10-24

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