천정
천정(天頂, 영어: zenith)은 관측자의 연직선이 관측자의 위쪽으로 향해 천구와 만나는 점이다. 관측자의 바로 머리 위에 있는 방향이며, 천정의 반대쪽 천구에는 천저가 있다. 천정은 관측자의 위치가 바뀌면 함께 이동하는 국소적인 기준점이다.
천정각과 고도
[편집]천체의 방향과 천정 사이의 각을 천정각 또는 천정거리라고 한다. 천체가 천정에 있을 때 천정각은 0°이고, 지평선에 있을 때는 90°이다. 천체의 고도 (천문학)는 천정각의 여각이므로 고도 = 90° − 천정각으로 나타낼 수 있다. 천저에 있는 천체의 천정각은 180°이고 고도는 −90°이다.[1]
‘천정’이라는 말은 중세 라틴어 문헌에서 아랍어로 ‘머리 위의 방향’을 뜻하는 표현을 잘못 읽은 데서 유래했다. 현대 천문학에서는 관측자의 국소 연직선과 천구의 교점이라는 기하학적 의미가 중심이지만, 일상 언어에서는 태양이나 어떤 대상이 하루 동안 도달한 가장 높은 위치를 뜻하기도 한다.[2]
천정각과 방위각을 함께 사용하면 관측자의 지평선을 기준으로 천체의 방향을 나타낼 수 있다. 방위각은 지평면에서의 방향이고 천정각은 연직 방향에서의 거리이므로, 두 값은 지평좌표계의 기본 좌표가 된다. 천체가 자오선을 통과할 때 고도는 관측자 위도와 천체의 적위에 따라 결정된다.
연직선과 지구의 모양
[편집]연직선은 중력과 지구 자전에 따른 원심력의 합력 방향이다. 지구를 이상적인 구로 단순화하면 연직선은 지구 중심을 지나지만, 실제 지구는 편평한 회전타원체이고 질량 분포도 균일하지 않다. 따라서 관측자를 지구 중심과 연결한 선이 가리키는 지심천정과 실제 연직선이 가리키는 천정은 작은 각만큼 어긋날 수 있다. 이 차이는 정밀 측지학과 천문 관측에서 고려된다.
관측에서의 사용
[편집]망원경의 고도·방위각 가대는 목표 천체의 천정각과 방위각을 계산해 망원경을 움직인다. 천정 부근에서는 고도가 높아 대기를 통과하는 빛의 경로가 짧고 대기 소광이 비교적 작다. 그러나 고도축과 방위축의 움직임이 서로 뒤집히는 천정 통과 문제 때문에 일부 가대는 천정 부근에서 추적 속도나 회전 방향을 조정해야 한다.
기상학과 원격 탐사에서도 천정각은 태양 복사, 대기 산란, 위성 센서의 관측 기하를 나타내는 데 쓰인다. 태양이 천정에 가까울수록 지표에 도달하는 일사량과 그림자의 길이가 달라지며, 위성 센서의 관측 천정각이 커지면 대기 통과 거리와 지표의 겉보기 형태가 달라진다.
천정 부근의 관측은 대기 질량이 작아 별빛의 소광과 난류 영향을 줄이는 데 유리하지만, 천체가 항상 천정을 통과하는 것은 아니다. 천체의 적위와 관측자 위도가 같을 때에만 천체가 천정에 가장 가깝게 지나가며, 그 밖의 경우에는 자오선 통과 때의 최대 고도만 천정에서 떨어져 있다. 관측 계획에서는 이 최대 고도와 관측 시각을 이용해 대기 질량과 관측 가능한 시간을 계산한다.
측지학에서는 중력 방향으로 정의한 천문학적 천정과 회전타원체의 법선이 가리키는 측지학적 천정을 구별한다. 지구의 질량 분포와 지형 때문에 두 방향 사이에는 연직선 편차가 생기며, 정밀 천문 관측과 위성 측량에서 이를 보정한다. 지심천정은 관측자와 지구 중심을 잇는 선의 연장선으로 정의한 보조 기준이므로, 실제 국소 연직선을 나타내는 천문학적 천정과 동일하지 않다.
천정은 대기 연구에서도 기준 방향으로 사용된다. 천정 방향으로 관측한 빛은 대기를 수직에 가깝게 통과하므로 다른 고도의 관측과 대기 통과 길이를 비교하는 기준이 된다. 다만 천정각이 90°에 가까운 지평선 부근에서는 대기 경로가 길어 단순한 평행 평면 근사가 성립하지 않으며, 지구 곡률과 굴절을 포함한 모형이 필요하다.
천정과 천저의 관계
[편집]천정과 천저는 관측자를 지나는 하나의 직선의 양 끝에 있는 점이며, 두 점 사이의 각거리는 180°이다. 지평선은 천정과 천저에서 각각 90° 떨어진 대원이다. 지평선·천정·천저를 함께 사용하면 관측자의 국소 하늘과 지평좌표계의 기하를 설명할 수 있다.
관측 기록에서는 천정각의 정의가 센서의 시선 기준인지 천체 중심 기준인지도 확인해야 한다. 이 기준이 다르면 천체 원반의 크기나 검출기의 시야 때문에 작은 각도 차이가 생길 수 있다.
천체의 적위가 관측자의 위도와 같으면 그 천체는 하루 동안 천정을 통과한다. 천정을 통과하는 별의 시각에서 항성시와 별의 적경을 비교하면 관측자의 경도를 결정하는 데에도 이용할 수 있다.
천정의 위치는 관측자의 위도와 무관하게 그 장소의 연직선으로 정해지므로, 같은 시각에도 관측소마다 천정의 천구상 위치가 다르다.
같이 보기
[편집]참고 문헌
[편집]- ↑ “Astronomical Almanac Glossary” (영어). 《U.S. Naval Observatory》.
- ↑ “zenith” (영어). 《Merriam-Webster》.