행성의 운동(1)_천체의 위치와 좌표계

1. 천체의 위치와 좌표계

(1) 지구 상의 위치와 시각

① 위도와 경도

• 위도 : 자전축에 수직인 원 중 반지름이 가장 큰 원인 적도를 0º로 하고, 북쪽과 남쪽을 북위 90º와 남위 90º까지 나타낸다.
• 경도 : 그리니치 천문대를 지나는 경선을 기준으로 어떤 위치를 지나는 경선이 이루는 각을 동쪽으로는 경선, 서쪽으로는 서경을 180º까지 나타낸다.

② 방위와 시각

• 방위 : 같은 경도선 상의 북극 방향이 북쪽, 그 반대편이 남쪽이며 북극을 바라보고 있을 때 같은 위도 상의 오른쪽은 동쪽, 왼쪽은 서쪽이다.
• 시각 : 하루 중 태양이 정남쪽에 있을 의 시각을 12시로 정하며, 현재 전 세계는 그리니치 천문대를 기준을 경도에 따른 표준시를 사용한다.

※ 그리니치 천문대

1675년 영국 런던 그리니치에 설립된 천문대로 1884년 워싱턴 국제 회의에서 이 천문대를 지나는 경선을 경도와 시각의 기점으로 정하였다.

 

 

(2) 천체의 좌표계

① 천구 : 관측자를 중심으로 하는 반지름이 무한대인 가상의 구이다. 천구의 중심에 있는 관측자에게 천체가 천구에 투영되어 보이므로 천체의 위치는 거리에 관계없이 방향만으로 표시된다.

 

② 천구의 기준점

• 천정과 천저 : 관측자를 지나는 연직선이 천구와 만나는 두 점 중 위를 천정, 아래를 천저라고 한다.
• 천구의 북극과 남극 : 지구의 자전축을 연장할 때 천구와 만나는 두 점을 천구의 북극과 남극이라고 한다.
• 북점과 남점 : 천구의 북극과 천정을 지나는 대원(자오선)이 천구의 북극 방향에서 지평선과 만나는 지점을 북점, 그반대편을 남점이라고 한다.
• 동점과 서점 : 천구의 적도와 지평선이 만나는 두 점으로, 북점을 바라볼 때 지평선을 다라 오른족으로 90º가 되는 지점을 동점, 지평선을 따라 왼쪽으로 90º가 되는 지점을 서점이라고 한다.

③ 천구의 기준선

• 천구의 적도 : 지구의 적도를 연장하여 천구와 만나는 대원이다.
• 지평선 : 관측자가 서 있는 지평면을 연장하여 천구와 만나는 대원이다.
• 시간권 : 천구의 북극과 남극을 지나는 천구 상의 대원이다.
• 수직권 : 천정과 천저를 지나는 천구 상의 대원이다.
• 자오선 : 천구의 북극과 남극, 천정과 천저를 동시에 지나는 천구 상의 대원으로, 시간권이면서 수직권이다.

④ 지평 좌표계 : 북점(또는 남점)을 기준으로 하는 방위각과, 지평선을 기준으로 하는 고도로 천체의 위치를 나타내는 좌표계이다.

• 방위각 : 북점(또는 남점)으로부터 지평선을 따라 시계 방향으로 천체를 지나는 수직권까지 잰 각으로 0º ~ 360º의 값을 갖는다.
• 고도 : 지평선에서 수직권을 다라 천체까지 측정한 각으로 0º ~ 90º의 값을 갖는다.
• 천정 거리 : 천정에서 수직권을 따라 천체까지 잰 각으로 [천정거리 = (90º - 고도)]이다.
• 지평 좌표계의 특징 : 관측자 중심의 좌표계이므로 천체의 위치를 쉽게 표시할 수 있는 장점이 있지만, 관측자의 위치가 달라지면 지평면이 달라지므로 방위각과 고도의 값이 달라진다. 또한 지구가 자전함에 따라 방위각과 고도가 계속 달라진다.

구분		방위각	고도
기준점(출발점)		북점(또는 남점)	지평선과 수직권의 교점
측정 방향		시계 방향	출발점에서 천정 쪽
범위		0º ~ 360º	0º ~ 90º
예	북점	0º	천정	90º
	동점	90º
	남점	180º	지평선 상의 지점	0º
	서점	270º

 

⑤ 적도 좌표계 : 춘분점을 기주으로 하는 적경과, 천구의 적도 기준으로 하는 적위로 천체의 위치를 나타내는 좌표계이다.

• 적경 : 춘분점을 기준으로 천구의 적도를 따라 천체를 지나는 시간권까지 시계 반대 방향(서 -> 동)으로 잰 각으로 , 15º를 1로 환산하여 0~24로 나타낸다.
• 적위 : 천구의 적도를 기준으로 시간권을 따라 천체까지 잰 각으로 0º ~ ±90º의 값을 가지며, 천체가 천구의 적도를 기준으로 북반구에 있을 대는(+), 남반구에 있을 때는(－) 값으로 나타낸다.
• 적도 좌표계의 특징 : 관측 장소나 시각의 변화와 관계없이 천체의 위치가 일정한 값으로 표현되므로, 별들의 목록이나 성도를 작성하는 데 이용된다.

구분		적경	적위
기준점(출발점)		춘분점	천구의 적도와 시간권의 교점
측정 방향		서 -> 동 방향	출발점에서 천구의 북극 또는 남극 쪽
범위		0~24	0º ~ ±90º
예	춘분점	0	0º
	하지점	6	+23.5º
	추분점	12	0º
	동지점	18	-23.5º

※ 적도 좌표계와 위도, 경도

적도 좌표계는 지구의 위도와 경도를 그대로 천구 상에 투영한 것이다. 적경과 적위는 각각 경도와 위도에 대응되는 개념이다.

 

※ 적경과 적위

적도 좌표계에서 천체의 적경과 적위 값은 관측자의 위치나 시각에 관계없이 변하지 않지만, 지구와 태양계 행성들은 태양 주위를 공전하고 있으므로 태양과 태양계 천체들의 적경과 적위 값은 매일 조금씩 달라진다.

 

 

 

⑥ 천체의 남중 고도

• 남중 고도 : 천체가 남쪽 자오선에 위치할 때 천체의 고도이다.
• 남중 고도는 천체의 적위와 관측자의 위도에 따라 달라린다.
• 태양의 남중고도(북반구 중위도)

- 춘분날(추분날) : 태양의 적위가 0º이고, 태양이 천구의 적도에 위치하여 정동쪽에서 떠서 정서쪽으로 진다. 낮과 밤의 길이가 같다.

- 하짓날 : 적위가 +23.5º이고 남중 고도가 가장 높다. 태양이 북동쪽에서 떠서 북서쪽으로 지며, 1년 중 낮의 길이가 가장 길다.

- 동짓날 : 태양의 적위가 -23.5º이고 남중 고도가 가장 낮다. 태야잉 남동쪽에서 떠서 남서쪽으로 지며, 1년 중 낮의 길이가 가장 짧다.

구분	시기	태양의 적경	태양의 적위
추분	3월 21일경	0	0º
하지	6월 22일경	6	+23.5º
추분	9월 23일경	12	0º
동지	12월 22일경	18	-23.5º

 

※ 북극성의 고도

어느 지역에서 북극성의 고도는 그 지역의 위도와 같으며, 천체의 일주권은 천구의 적도와 나란하다.