천체의 좌표계

Celestial Coordinates

천구는 밤하늘의 별이 모두 같은 거리에 있다고 가정한 가상의 구이고, 지구 자전 때문에 하루에 한 바퀴 도는 것처럼 보여요. 천구 북극의 고도는 관측 위도와 같고, 시간각이 0일 때 별이 자오선에서 가장 높이 뜨는 남중이 돼요. 남중 고도는 h = 90° - |φ - δ| 로 구하고, 위도에 따라 주극성과 전몰성도 나뉘어요. 이 페이지에서는 위도·시간각·적위 슬라이더를 움직여 별의 일주 경로와 남중 고도를 직접 계산해 봐요.

천구란 무엇인가

💡 하늘을 거대한 구로 생각하자

①밤하늘의 별들이 모두 같은 거리에 있다고 가정한 가상의 구 = 천구

②지구가 자전 → 천구가 하루에 한 바퀴 도는 것처럼 보임

③천구의 중심 = 관측자 / 천구 적도 = 지구 적도의 연장

④천구 북극 = 지축의 북쪽 연장선이 천구와 만나는 점 (북극성 근처)

⑤별의 위치를 표현하기 위해 좌표계가 필요하다

비교

Chart지평 좌표계 vs 적도 좌표계

구분	지평 좌표계	적도 좌표계
기준	관측자의 지평선	천구 적도
좌표 1	방위각 (A)	적경 α (시간)
좌표 2	고도 (h)	적위 δ (도)
시간 변화	시간마다 변함	변하지 않음
용도	관측 시 위치 확인	별 카탈로그, 천문대

별의 일주 운동과 시간각

관측 위도 φ (°)37

시간각 H (°)0

🌍 핵심 관계

①천구 북극의 고도 = 관측자의 위도 φ (서울: φ=37.5° → 북극성 고도=37.5°)

②시간각 H = 자오선에서 서쪽으로 잰 각도

③H = 0 → 별이 자오선 위 = 남중 (가장 높이 뜬 순간)

④별은 동쪽에서 떠서 남중 후 서쪽으로 진다

⑤항성시(ST) = 적경(α) + 시간각(H)

남중 고도 계산

적위 δ (°)23

남중 고도 공식

h_남중 = 90° - |φ - δ|

남중 고도 = 90° − |위도 − 적위|

📐 서울에서의 남중 고도 예시

①서울 위도 φ = 37.5°

②하짓날 태양(δ = +23.5°): h = 90° − |37.5° − 23.5°| = 76°

③동짓날 태양(δ = −23.5°): h = 90° − |37.5° − (−23.5°)| = 29°

④여름에 태양이 높이 뜨고, 겨울에 낮게 뜨는 이유!

주극성과 전몰성

주극성 조건

δ > 90° − φ

적위가 (90°−위도)보다 크면 지지 않는 별

전몰성 조건

δ < φ − 90°

적위가 (위도−90°)보다 작으면 뜨지 않는 별

🌟 서울에서의 예

①서울(φ=37.5°): 주극성 조건 δ > 52.5° → 적위 52.5° 이상인 별은 지지 않음

②전몰성 조건 δ < −52.5° → 적위 −52.5° 이하인 별은 뜨지 않음

③적도(φ=0°): 주극성·전몰성 없음. 모든 별이 뜨고 진다

④북극(φ=90°): 적위>0°인 별은 모두 주극성. 24시간 관측 가능

예제와 기출로 점검

예제 1

위도 37.5°N인 서울에서, 적위 δ = +23.5°인 별(또는 하짓날 태양)의 남중 고도는? (남중 고도 = 90° − |φ − δ|)

남중 고도 공식: h = 90° − |위도 − 적위| = 90° − |φ − δ|.

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

▸ 76°

여름(적위가 큰 태양)에는 남중 고도가 높고, 겨울(적위가 음수)에는 낮다. 같은 공식이 모든 천체에 적용된다.

예제 2

위도 37.5°N에서 일 년 내내 지지 않고 보이는 별(주극성)이 되려면 적위 δ는 어떤 조건을 만족해야 하는가?

주극성 조건은 적위 δ > 90° − 위도 φ 이다.

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

▸ δ > 52.5° (= 90° − 37.5°)

천구 북극의 고도가 위도와 같으므로, 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 모든 천체의 남중 문제에 적용되는 핵심 식이다.

천구 북극의 고도는 위도와 같고(①), 적경·적위는 변하지 않으며(③), 적위가 클수록 주극성이 되고(④), 지평 좌표는 시간마다 변한다(⑤).

총정리

남중 고도

h = 90° - |φ - δ|

모든 천체 남중 문제의 핵심 공식

🎯 시험 포인트

①남중 고도 = 90° − |φ − δ| (반드시 암기!)

②천구 북극 고도 = φ (위도)

③주극성: δ > 90° − φ (지지 않는 별)

④전몰성: δ < φ − 90° (뜨지 않는 별)

⑤항성시(ST) = α(적경) + H(시간각)