기획·칼럼

북극성은 가장 밝은 별이 아니다!

[이태형의 생활천문학] 이태형의 생활천문학 65

밤하늘에서 가장 많이 알려진 별 중 하나가 바로 북극성이다. 대부분의 사람들은 북극성 정도는 쉽게 찾을 수 있다고 생각한다. 북극성을 밤하늘에서 가장 밝은 별로 알고 있기 때문이다.

하지만 실제로 북극성을 본 사람은 많지 않다. 초등학교 때부터 북두칠성과 카시오페이아자리를 이용하여 북극성을 찾는 방법을 배운다. 대부분 이론 교육일 뿐 실제로 하늘을 보고 북극성을 찾는 연습을 하는 학교는 별로 없다. 북극성은 정말 쉽게 찾을 수 있는 밝은 별일까? 이번 주에는 북극성에 대해 자세히 알아보기로 하자.

북쪽 하늘의 일주운동. ⓒ 권오철 사진작가

북쪽 하늘의 일주운동. ⓒ 권오철 사진작가

북극성이라는 별

TV 드라마에서 주인공 남녀가 자동차 안에서 북극성을 바라보는 장면을 본 적이 있다. 북극성이 과연 자동차 안에서 보일 정도로 밝은 별일까? 밤하늘에서 가장 밝은 별들을 1등성이라고 한다. 요즘 머리 위 근처에 보이는 직녀와 견우가 1등성이다. 북극성은 2등성으로 1등성 밝기의 약 40% 정도밖에 되지 않는다. 불빛이 전혀 없는 시골에서 자동차 시동을 끄고 보지 않는다면 차 안에서 북극성을 확인하는 것은 쉽지 않다.

북극성이 유명한 이유는 밝기 때문이 아니다. 항상 같은 위치에서 거의 움직이지 않고 북쪽 방향을 가리키기 때문에 유명해진 것이다. 즉, 단지 하늘의 북극에 가장 가깝다는 것이 북극성이 유명해진 이유이다. 그렇다면 실제로 북극성은 어떤 별일까?

북극성은 태양보다 4.5배 정도 무거운 노란색 별로 태양으로부터의 거리는 약 400광년이다. 4일을 주기로 밝기가 조금씩 변하는 변광성이지만 밝기 변화가 0.1등급 정도여서 맨눈으로 확인할 수 있을 정도는 아니다. 실제로는 세 쌍둥이별이지만 그 중 가장 작은 하나는 워낙 가까이 붙어 있어서 작은 망원경으로는 확인하기 어렵다. 이 정도 사양이기 때문에 북극성이 다른 위치에 있었다면 특별한 관심을 끌 수는 없었을 것이다.

북극성은 고대 그리스에서는 “개의 꼬리”를 뜻하는 ‘키노수라(cynosura)’라는 이름으로 불렸다. 북극성이 있는 별자리가 지금은 작은곰자리지만 고대에는 개의 별자리였기 때문이다. 북극성이 지금과 같은 이름을 갖게 된 것은 중세 이후이다.

세차운동으로 인해 북극성은 26000년을 주기로 바뀐다. ⓒ ScienceTimes

세차운동으로 인해 북극성은 26000년을 주기로 바뀐다. ⓒ ScienceTimes

북극성은 시대에 따라 변한다

북극성은 정확히 하늘의 북극에 있는 것은 아니고 0.75° 정도, 보름달 지름의 1.4배 정도 북극에서 벗어나 있다. 이것은 북극성을 기준으로 일주운동 사진을 찍으면 확인할 수 있는데, 북극성이 그리는 작은 원의 지름이 보름달의 세 배 정도인 1.5도이다. 북극성의 위치는 시간이 지남에 따라 조금씩 변하는데 2102년쯤에는 하늘의 북극과 0.5° 정도로 가장 가까워진다. 이것은 세차운동이라고 알려진 현상에 의해 지구의 자전축이 26,000년을 주기로 움직이기 때문에 나타나는 현상이다.

지구의 북쪽 자전축이 가리키는 방향이 바로 하늘의 북극이다. 고대 문명이 발생하던 시기에는 용자리의 으뜸별 투반(Thuban)이 북극성이었으며, 기원전 1500년에서 서기 500년경까지는 작은곰자리의 베타(β)별 코카브(Kochab)가 북극성으로 불렸었다. 그 후 지금까지 약 1500년 동안은 현재의 북극성이 하늘의 북극에 가장 가까이 있는 별이다. 앞으로 1000년 정도가 지나면 케페이드자리의 에라이(Errai)가 북극성이 될 것이고, 약 1만 2000년 후에는 거문고자리의 으뜸별인 직녀가 북극성이다.

북극성이 바뀌는 것은 지구가 공전 축에 약 23.4도 기울어져서 돌기 때문이다. 이 현상은 팽이가 돌고 있는 모습을 상상해 보면 쉽게 이해할 수 있다. 팽이는 쓰러질 때 자신의 회전력과 지구 중력과의 상호 작용 때문에 뒤뚱거리면서 돌게 된다. 이렇게 뒤뚱거리는 것을 세차운동이라고 부르는데 이와 같은 현상이 태양 둘레를 돌고 있는 지구에서도 일어난다. 달과 태양의 중력과 지구 자체의 회전력이 상호 작용하여 지구의 세차운동이 일어나는 것이다. 세차운동의 축이 되는 지점이 바로 황도의 북극으로 지구의 공전 궤도축이기도 하다.

북두칠성과 카시오페이아자리 중간에 북극성이 보인다. ⓒ 권오철 사진작가

북두칠성과 카시오페이아자리 중간에 북극성이 보인다. ⓒ 권오철 사진작가

북극성 찾는 방법

북극성을 찾는 데 가장 기준이 되는 별은 북두칠성이다. 북두칠성의 그릇 끝에 있는 두 별(알파별과 베타별)을 이어서 앞으로 다섯 배 정도 나아가면 북극성을 찾을 수 있다. 이 두 별을 지극성(Pointers)이라고 부른다. 가을철과 겨울철에는 북두칠성이 지평선 가까이 있어서 잘 보이지 않기 때문에 카시오페이아자리가 기준이 된다. W자 모양의 양쪽 끝별에서 안쪽으로 두 별을 연장하여 만나는 점에서 가운데 별을 이어 다섯 배 정도 나아가면 북극성을 찾을 수 있다.

북극성이 떠 있는 고도는 관측자의 위도와 같다. 즉 북위 37도에 있는 사람에게는 북쪽 지평선 위로 37도 정도 되는 곳에 북극성이 보인다. 지평선에서 천정까지의 각도가 90도이다. 따라서 지평선과 천정 사이의 중간이 조금 안 되는 곳에 북극성이 있다. 북극성을 찾았다고 생각되면 지평선과 천정 사이의 1/3~1/2 정도 되는 지점인지 확인해 보기 바란다. 시간이 지나도 그 위치가 바뀌지 않는다면 북극성을 맞게 찾은 것이다.

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