고등학교 2~3학년 (16-18세)

천체의 좌표계

Celestial Coordinates

천구는 관측자를 둘러싼 커다란 공의 안쪽 면에 모든 천체가 붙어 있다고 생각한 가상의 구이고, 지구가 자전하기 때문에 천구가 하루에 한 바퀴씩 동쪽에서 서쪽으로 도는 것처럼 보여요. 천구 북극의 고도는 관측하는 곳의 위도와 같아서, 서울에서는 북극성이 북쪽 하늘 약 37.5° 높이에 떠 있어요. 별이 자오선을 지나며 가장 높이 뜰 때의 고도인 남중 고도는 h = 90° − |φ − δ| 로 구하고, 위도와 적위에 따라 지지 않는 주극성과 뜨지 않는 전몰성이 갈려요. 첫 그림에서 위도와 시간각을 바꾸면 천구 북극과 별의 일주 원이 어떻게 기울고 별이 지금 어디에 있는지, 둘째 그림에서는 남중 고도를 계산하는 과정을 볼 수 있어요.

천구란 무엇인가

💡 하늘을 커다란 공으로 생각하기

①천구는 관측자를 중심에 두고, 모든 천체가 같은 거리의 구면에 붙어 있다고 생각한 가상의 구다

②지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하므로, 천구는 하루에 한 바퀴씩 동쪽에서 서쪽으로 도는 것처럼 보인다

③지구 자전축을 늘인 선이 천구와 만나는 점이 천구 북극과 천구 남극이고, 지구 적도면을 늘여 천구와 만나는 큰 원이 천구 적도다

④천구 북극 가까이에 북극성이 있어서, 북극성은 밤새 거의 움직이지 않는다

⑤천체의 위치를 나타내려면 기준을 정한 좌표계가 필요하다

좌표계 비교

지평 좌표계와 적도 좌표계

구분	지평 좌표계	적도 좌표계
기준	관측자의 지평선	천구 적도
좌표 1	방위각 (A)	적경 α (시간 단위, 0 ~ 24 h)
좌표 2	고도 (h)	적위 δ (도 단위, −90° ~ +90°)
시간에 따라	계속 변한다	거의 변하지 않는다
쓰임	지금 하늘에서 천체를 찾을 때	별의 목록, 성도

별의 일주 운동과 시간각

관측 위도 φ (°)37

시간각 H (°)0

🌍 그림에서 볼 것

①천구 북극은 북쪽 지평선에서 위도 φ 만큼 올라가 있다. 위도 0° 에서는 지평선 위, 위도 90° 에서는 천정에 있다

②별은 천구 북극을 축으로 시계 반대 방향, 곧 동쪽에서 서쪽으로 돌며, 일주 원은 늘 천구 적도와 나란하다

③시간각 H 는 별이 자오선에서 서쪽으로 얼마나 돌았는지를 나타내고, H = 0° 일 때 별이 자오선에 와서 가장 높이 뜬다(남중)

④위도가 높아질수록 일주 원이 지평선 쪽으로 눕고, 지지 않는 별(주극성)과 뜨지 않는 별(전몰성)이 많아진다

⑤항성시(ST) = 적경(α) + 시간각(H) 이다

남중 고도 계산

적위 δ (°)23

남중 고도 공식

h_남중 = 90° − |φ − δ|

적위가 위도보다 크면 별은 천정의 북쪽에서 남중하지만, 고도는 같은 식으로 구한다

📐 서울에서 본 태양의 남중 고도

①서울의 위도는 약 37.5° 다

②하짓날 태양(δ = +23.5°)의 남중 고도는 90° − |37.5° − 23.5°| = 76° 다

③동짓날 태양(δ = −23.5°)의 남중 고도는 90° − |37.5° − (−23.5°)| = 29° 다

④춘분과 추분의 태양(δ = 0°)은 90° − 37.5° = 52.5° 로 남중한다

⑤여름에는 태양이 높이 떠 낮이 길고 햇빛이 세며, 겨울에는 낮게 떠 낮이 짧고 햇빛이 약한 까닭이 이것이다

주극성과 전몰성

주극성 조건

δ > 90° − φ

적위가 (90° − 위도)보다 크면 일주 원 전체가 지평선 위에 있어 지지 않는다

전몰성 조건

δ < φ − 90°

적위가 (위도 − 90°)보다 작으면 일주 원 전체가 지평선 아래에 있어 뜨지 않는다

🌟 위도마다 다른 주극성과 전몰성

①서울(φ = 37.5°)에서는 적위가 52.5° 보다 큰 별이 주극성이고, −52.5° 보다 작은 별이 전몰성이다

②그림에서 위도를 35° ~ 40° 에 두면 빨간 원(+60°)은 모두 지평선 위에, 파란 원(−60°)은 모두 지평선 아래에 있다

③적도(φ = 0°)에서는 모든 일주 원이 지평선에 수직이어서 모든 별이 뜨고 진다

④북극(φ = 90°)에서는 일주 원이 지평선과 나란해서, 적위가 양수인 별은 지지 않고 음수인 별은 뜨지 않는다

예제와 기출로 점검

예제 1

위도 37.5°N 인 서울에서 적위 δ = +23.5° 인 천체(하짓날 태양)의 남중 고도는 얼마인가? (남중 고도 = 90° − |φ − δ|)

남중 고도 공식 h = 90° − |φ − δ| 에 위도와 적위를 넣는다.

h = 90° − |37.5° − 23.5°| = 90° − 14° = 76° 이다.

▸ 76°

둘째 그림에서 위도 35°, 적위 25° 로 두면 h = 80° 가 나온다. 적위가 위도에 가까울수록 천정 가까이에서 남중한다.

예제 2

위도 37.5°N 에서 일 년 내내 지지 않고 보이는 별(주극성)이 되려면 적위 δ 가 어떤 조건을 만족해야 하는가?

주극성 조건은 적위 δ > 90° − 위도 φ 이다.

φ = 37.5° 이므로 δ > 90° − 37.5° = 52.5° 이다. 곧 적위가 52.5° 보다 큰 별은 지지 않는다.

▸ δ > 52.5°

천구 북극의 고도가 위도와 같으므로, 천구 북극에 가까운(적위가 큰) 별일수록 지지 않는다. 적도에서는 주극성이 없다.

수능 유형

천체의 좌표와 남중 고도에 대한 설명으로 옳은 것은?

①천구 북극의 고도는 관측자의 경도와 같다

②남중 고도는 90° − |위도 − 적위|로 구한다

③적도 좌표계의 적경과 적위는 시간에 따라 계속 변한다

④적위가 작을수록 잘 지지 않는 주극성이 된다

⑤지평 좌표계는 시간이 지나도 별의 좌표가 변하지 않는다

▸ ② 남중 고도는 90° − |위도 − 적위|로 구한다

남중 고도 공식 h = 90° − |φ − δ| 는 위도와 적위만으로 어느 천체의 남중 고도든 구하는 식이다.

천구 북극의 고도는 위도와 같고(①), 적경과 적위는 거의 변하지 않으며(③), 적위가 클수록 주극성이 되고(④), 지평 좌표는 시간에 따라 변한다(⑤).

정리

남중 고도

h = 90° − |φ − δ|

위도와 적위만 알면 어느 천체든 남중 고도를 구할 수 있다

🎯 시험 포인트

①남중 고도 = 90° − |φ − δ| 이다

②천구 북극의 고도는 관측 위도 φ 와 같다

③주극성 조건은 δ > 90° − φ, 전몰성 조건은 δ < φ − 90° 이다

④별은 천구 북극을 중심으로 동쪽에서 서쪽으로 돌고, 일주 원은 천구 적도와 나란하다

⑤항성시(ST) = 적경(α) + 시간각(H) 이다

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별의 진화

마지막 수정 2026-10-17

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