육분의
육분의(六分儀, 영어: sextant, 문화어: 륙분의)는 두 물체 사이의 각도, 특히 수평선과 천체 사이의 고도를 측정하는 광학 기구이다. 항해자는 태양·달·별의 고도와 정확한 시각을 함께 측정해 자신의 위도를 계산할 수 있으며, 두 천체의 각거리를 측정해 항법과 천문 관측에 활용할 수 있다.[1]
이름과 역사
[편집]육분의라는 이름은 기구의 눈금호가 원주의 6분의 1인 60°에서 유래했다. 실제로 거울을 이용하는 광학 구조는 눈금호의 두 배에 해당하는 약 120°까지 각도를 측정할 수 있다. 육분의는 18세기 항해용 반사 기구가 발전하면서 널리 사용되었고, 정확한 해상 시계와 천문력과 결합되어 경도 측정의 실용성을 높였다.
육분의보다 먼저 사용된 팔분의는 원주의 8분의 1을 눈금으로 하며, 사분의는 원주의 4분의 1을 눈금으로 한다. 육분의는 크기와 측정 범위의 균형이 좋아 선박과 항공기의 천문항법에서 표준적인 기구가 되었다.
원주의 5분의 1을 눈금으로 하는 오분의와 같은 반사식 각도계도 고안되었지만, 육분의만큼 널리 쓰이지 않았다.
육분의는 기구의 내부 기준선이 아니라 실제 수평선을 기준으로 천체의 고도를 잰다. 배가 흔들리더라도 두 영상의 상대적 위치가 유지되는 한 관측할 수 있다. 전기나 위성 신호에 의존하지 않아 현대 항법의 예비 수단으로도 사용된다. 수평선이 보이지 않을 때에는 물그릇이나 기포식 장치를 이용한 인공 수평선을 사용할 수 있다.
구조
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육분의의 기본 구조는 금속 또는 복합재 프레임, 눈금이 있는 아크, 인덱스 바, 인덱스 미러, 수평 거울, 망원경, 색 필터와 미세 조정 장치로 이루어진다. 인덱스 바가 아크를 따라 움직이면 인덱스 미러가 회전하고, 천체에서 온 빛이 인덱스 미러와 수평 거울에서 차례로 반사된다.
수평 거울의 한쪽은 투명하고 다른 쪽은 반사면이다. 관측자는 투명한 부분으로 수평선을 직접 보고, 거울에 반사된 천체의 상이 수평선과 겹치는 위치를 조정한다. 태양을 측정할 때는 색 필터를 사용해 눈과 검출기에 들어오는 빛을 줄인다. 망원경은 시야를 좁히고 상을 선명하게 하며, 마이크로미터 드럼은 눈금 사이의 각도를 정밀하게 읽도록 한다.
측정 원리와 관측 절차
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두 번 반사되는 광학 구조에서는 인덱스 미러가 회전한 각도의 두 배만큼 천체의 광선 방향이 바뀐다. 따라서 아크에서 읽은 각도는 수평선과 천체 사이의 고도각이 된다. 실제 관측에서는 육분의를 눈높이에 들고 수평선과 천체를 동시에 시야에 넣은 뒤, 인덱스 바와 마이크로미터를 조절해 천체의 상을 수평선에 접하게 한다.
관측자는 육분의를 약간 흔들어 천체의 상이 수평선에 접하는 최저점 또는 지정한 기준점에 있는지 확인한다. 각도 눈금과 마이크로미터 값을 읽고, 관측 시각·관측자의 높이·천체의 반지름·대기 굴절을 보정한다. 태양·달은 원반이므로 위쪽 또는 아래쪽 가장자리를 관측했는지에 따라 반지름 보정을 적용한다.
교육용 관측 예에서는 태양의 아래 가장자리를 수평선에 맞춘 뒤 눈금과 마이크로미터를 읽으며, 보정 전 측정값을 도·분 단위로 기록한다. 파도와 시야의 흔들림을 줄이기 위해 같은 조건에서 여러 번 측정하고 평균값을 사용할 수 있다.
오차와 조정
[편집]육분의에는 인덱스 오차, 측면 오차, 수직 오차, 굴절·기구 높이·온도에 따른 오차가 생길 수 있다. 인덱스 오차는 기구를 0°에 놓았을 때 두 거울의 기준선이 정확히 평행하지 않아 생긴다. 관측자는 수평선이나 같은 천체의 직접상·반사상을 이용해 오차를 확인하고, 계산에서 보정하거나 조정 나사로 기구를 맞춘다.[2]
정확한 위도·경도를 얻으려면 여러 번의 관측을 서로 다른 시각과 천체에 대해 수행하고, 천문력의 천체 위치와 비교해야 한다. 현대의 위성항법장치가 널리 쓰인 뒤에도 육분의는 전자 장비가 고장 났을 때의 독립 항법 수단, 교육용 기구, 역사·전통 항해 기술로 남아 있다.
조정 가능한 대표 오차에는 인덱스 미러가 프레임에 수직이 아닐 때의 수직 오차, 수평 거울의 측면 오차, 망원경이 기구면과 평행하지 않을 때의 시준 오차, 두 거울이 0°에서 평행하지 않을 때의 인덱스 오차가 있다. 현대 육분의는 망원경을 고정하는 경우가 많아 시준 오차를 조정할 수 없는 기종도 있다.
항법과 천문학
[편집]육분의로 태양이나 별의 고도를 측정하면 관측자의 위도를 추정할 수 있다. 경도는 정확한 기준 시각과 현지 천문시각의 차이로 구하므로, 해상 시계·라디오 시보·천문력과 함께 사용한다. 두 지점이나 두 별 사이의 각도는 삼각측량과 천문 관측에 이용할 수 있다.
육분의의 눈금은 광학적 이중 반사 때문에 실제 기하학적 회전각과 다르게 표시되므로, 기구의 종류와 보정표를 확인한 뒤 읽어야 한다.
육분의는 천체의 위치를 직접 측정하는 천문 관측 도구이지만, 망원경처럼 천체를 확대해 영상을 기록하는 장비는 아니다. 바다의 파도, 수평선의 불명확함, 구름, 기구의 흔들림과 관측자의 읽기 오차가 정밀도를 제한한다.
같이 보기
[편집]참고 문헌
[편집]- ↑ “The Sextant” (영어). 《NOAA Ocean Service》.
- ↑ “Errors and Adjustments of the Sextant” (PDF) (영어). 《NOAA Central Library》.
