밤하늘에서 북극성과 북쪽은 어떻게 찾을까?
북극성은 북반구에서 하늘의 북극에 가장 가까운 별이어서, 북극성 바로 아래 지평선이 정북 방향입니다. 북두칠성 국자 끝의 두 별을 이은 선을 그 간격의 다섯 배쯤 늘이면 북극성에 닿고, 북두칠성이 낮을 때는 W자 모양의 카시오페이아를 이용합니다.
북극성이 방위의 기준이 되는 까닭
지구는 자전축을 중심으로 돌기 때문에, 지구에서 보면 모든 별이 자전축의 연장선이 하늘과 만나는 한 점을 중심으로 도는 것처럼 보입니다. 이 점을 천구의 북극이라고 합니다. 북극성은 이 점에서 약 0.66° 떨어져 있어, 밤새 거의 같은 자리에 머무는 것처럼 보입니다.
흔히 북극성을 가장 밝은 별로 알고 있지만 실제로는 약 2등급으로, 밤하늘에서 47번째로 밝은 별입니다. 도시 하늘에서도 보이는 밝기이지만 주변에 아주 밝은 별이 없어 눈에 확 띄지는 않습니다. 그래서 곧바로 찾기보다는 잘 알려진 별 무리를 길잡이로 삼는 방법을 씁니다.
북극성이 언제나 북극성이었던 것은 아닙니다. 지구 자전축은 약 2만 6천 년을 주기로 팽이처럼 천천히 원을 그리며(세차 운동), 그에 따라 천구의 북극도 움직입니다. 북극성은 2100년 무렵 천구의 북극에 약 0.45°까지 가장 가까워지고, 약 1만 2천 년 뒤에는 직녀성(베가)이 북극성 역할을 하게 됩니다.
북두칠성 국자 끝 두 별로 찾기
북두칠성은 큰곰자리의 일부인 일곱 별로, 국자 모양을 하고 있습니다. 국자 머리 바깥쪽 끝에 있는 두 별 메라크(β)와 두베(α)를 ‘지극성’이라고 부릅니다. 메라크에서 두베 쪽으로 선을 긋고, 두 별 사이 간격의 다섯 배쯤 늘이면 북극성에 닿습니다.
이 방법은 국자가 하늘에서 어떤 자세로 있든 통합니다. 북두칠성은 북극성을 중심으로 하루에 한 바퀴 돌기 때문에, 계절과 시각에 따라 국자가 거꾸로 서기도 하고 옆으로 눕기도 합니다. 그래도 두 지극성이 가리키는 방향은 늘 북극성을 향합니다.
한국처럼 북위 37° 안팎인 곳에서는 북두칠성이 봄철 저녁에 높이 떠 가장 찾기 쉽고, 가을 저녁에는 북쪽 지평선 가까이 낮아집니다. 국자 손잡이의 곡선을 따라 계속 이어가면 목동자리의 밝은 별 아르크투루스에 닿는데, 이는 봄철 별자리를 찾는 출발점이 되기도 합니다.
▶ 시뮬레이터에서 열기 북두칠성이 낮을 때는 카시오페이아로
카시오페이아자리의 밝은 다섯 별은 알파벳 W 또는 M 모양을 이룹니다. 카시오페이아는 북극성을 사이에 두고 북두칠성과 거의 반대편에 있어서, 북두칠성이 지평선 가까이 낮아지는 가을과 초겨울 저녁에는 카시오페이아가 높이 떠 있습니다. 북극성은 두 별 무리의 대략 가운데쯤에 있습니다.
카시오페이아로 북극성을 찾을 때는 W자의 바깥쪽 두 변을 각각 연장해 만나는 점을 잡고, 그 점과 W자 가운데 별을 잇는 선을 북쪽으로 늘이는 방법이 널리 쓰입니다. 그 선을 따라가면 비슷한 밝기의 별이 홀로 떨어져 있는데, 그것이 북극성입니다.
카시오페이아는 북위 34° 이북에서 1년 내내 지지 않는 주극 별자리입니다. 따라서 서울을 포함한 한국 대부분 지역에서는 맑은 밤이면 언제든 북쪽 하늘 어딘가에서 북두칠성이나 카시오페이아 가운데 적어도 하나를 볼 수 있습니다.
북극성의 높이가 곧 그곳의 위도
북극성이 지평선에서 얼마나 높이 떠 있는지를 각도로 잰 값, 곧 고도는 관측자가 있는 곳의 위도와 거의 같습니다. 북극에 서면 북극성은 머리 위(고도 90°)에 있고, 적도에서는 지평선(고도 0°)에 걸립니다. 그 사이 지역에서는 위도만큼의 높이에 떠 있습니다.
서울은 북위 약 37.6°이므로 북극성은 북쪽 지평선에서 약 37.6° 높이에 보입니다. 남쪽으로 내려갈수록 북극성은 조금씩 낮아지고, 북쪽으로 갈수록 높아집니다. 옛 항해자들은 이 원리를 이용해 북극성의 높이를 재어 배가 있는 위도를 알아냈습니다.
별자리뷰에서 북극성을 고르면 지금 그 별의 고도가 표시됩니다. 관측 위치를 다른 도시로 바꾸어 보면 위도에 따라 북극성의 높이가 달라지는 모습을 확인할 수 있고, 남반구 도시로 옮기면 북극성이 지평선 아래로 내려가 보이지 않게 됩니다.
별이 북극성을 중심으로 도는 일주운동
지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하기 때문에 하늘의 별은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 집니다. 북쪽 하늘을 오래 바라보면 별들이 북극성을 중심으로 시계 반대 방향으로 천천히 도는 모습을 볼 수 있습니다. 지구는 약 23시간 56분 4초에 한 번 자전하므로, 별은 한 시간에 약 15°씩 움직입니다.
북극성에서 가까운 별은 작은 원을 그리며 지평선 아래로 내려가지 않습니다. 이런 별을 주극성이라 하며, 천구의 북극으로부터의 각거리가 그곳의 위도보다 작은 별이 여기에 해당합니다. 위도가 높을수록 주극성이 많아지고, 적도에서는 주극성이 없습니다.
별이 하루에 한 바퀴를 도는 시간이 태양 기준의 하루인 24시간보다 약 4분 짧기 때문에, 같은 별은 매일 약 4분씩 일찍 뜹니다. 이 차이가 한 달이면 약 2시간이 되고, 한 해 동안 쌓이면 계절마다 저녁 하늘에 보이는 별자리가 바뀝니다. 별자리뷰에서 시간을 빠르게 감으면 별들이 북극성 둘레를 도는 일주운동이 그대로 나타납니다.
남반구에서는 남십자자리로 남쪽을 찾는다
남반구에서는 북극성이 지평선 아래에 있어 보이지 않습니다. 천구의 남극 근처에는 팔분의자리 시그마 별이 있지만, 약 5.4등급으로 맨눈에 겨우 보일 만큼 희미하고 남극에서 1° 남짓 떨어져 있어 길잡이로 쓰기 어렵습니다.
그래서 남반구에서는 남십자자리를 이용합니다. 남십자자리는 88개 별자리 가운데 가장 작지만 밝은 별이 십자 모양으로 모여 있어 찾기 쉽습니다. 십자의 긴 축, 곧 감마별에서 알파별 쪽으로 선을 긋고 그 길이의 약 4.5배를 늘이면 천구의 남극 가까이에 닿습니다. 근처의 밝은 두 별 켄타우루스자리 알파·베타는 남십자자리를 가리키는 지시별 역할을 합니다.
남십자자리는 북위 20°보다 남쪽에서만 볼 수 있어, 한국에서는 보이지 않습니다. 남위 34°보다 남쪽에서는 1년 내내 지지 않아, 케이프타운에서는 늘 하늘에 있고 시드니에서도 거의 밤새 떠 있습니다.
시뮬레이터에서 직접 해 보기
- 오늘 밤 북극성 보기 →내 위치에서 북극성의 방향과 고도가 표시됩니다.
- 북두칠성 자세 확인 →오늘 밤 큰곰자리가 북극성 둘레 어느 자리에 있는지 보입니다.
- 카시오페이아 W자 찾기 →북극성을 사이에 둔 카시오페이아의 위치가 보입니다.
자주 묻는 질문
- 나침반이 가리키는 북쪽과 북극성 방향은 같은가요?
- 같지 않습니다. 나침반은 자기 북극을 가리키고, 북극성은 지구 자전축이 향하는 진북을 가리킵니다. 두 방향의 차이는 지역마다 다르며, 정확한 방위가 필요할 때는 북극성 쪽이 진북에 더 가깝습니다.
- 북극성도 일주운동을 하나요?
- 북극성도 천구의 북극에서 약 0.66° 떨어져 있어 하루에 작은 원을 그립니다. 하지만 그 원이 매우 작아 맨눈으로는 움직임을 알아차리기 어렵고, 장시간 노출한 별 궤적 사진에서 짧은 호로 드러납니다.
- 적도 근처에서는 어떻게 방위를 찾나요?
- 적도 부근에서는 북극성이 북쪽 지평선 바로 위에 낮게 걸리고, 남십자자리는 남쪽 하늘에 보입니다. 지평선이 트인 곳이라면 두 길잡이를 모두 쓸 수 있습니다.
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