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북극성
북극성(北極星, pole star, north star)은 작은곰자리에서 가장 밝은 별을 말한다. 세페이드형(Cepheid型) 변광성(變光星)으로, 밝기는 실시 등급(實視等級) 2.5등급에서 2.64등급까지 변한다. 천구(天球)의 북극 가까이에 있고 위치가 거의 변하지 않아, 방위나 위도의 지침이 된다.
개요[편집]
북극성은 맨눈으로도 잘 보일만큼 비교적 밝은 별들 중 하늘의 북극에 가장 가까운 별을 말한다. 즉, 천구의 북쪽에 자리한 별을 부르는 이름이다. 오늘날의 북극성은 폴라리스이며, 이 별의 겉보기 등급은 1.97등성이다. 하지만 폴라리스도 완전히 천구 북쪽에 자리잡은 별은 아니고 바로 옆에 자리했기 때문에 다른 별들처럼 1°씩 하늘에서 움직인다. 또한, 지구가 세차운동을 하여 천구의 북극 위치가 계속 변하기 때문에 주기적으로 바뀐다. 현재 북극성은 작은곰자리의 α별(알파성) 폴라리스(Polaris)이다. 이 별은 보통 '북극성'으로 불리며, 순우리말로 붙박이별(지금은 주로 항성의 뜻으로 쓰인다.)이라고도 한다.
북극성은 고정된 별이 아니라, 세차운동의 영향으로 지구의 자전축이 움직이면서 25,770년을 주기로 바뀐다. 기원전 3000년 무렵에는 폴라리스 밝기의 1/5밖에 되지 않는, 3.67등성인 용자리의 알파별 투반이 북극성 자리에 있었다. 500년경까지의 북극성은 작은곰자리의 머리에 있는 베타별 코카브였다. 폴라리스는 5세기 인물인 Stobaeus가 "αει φανης(항상 보인다)"라고 묘사했는데, 이 때 폴라리스는 천구의 북극에서 약 8° 떨어져 있었다. 폴라리스는 현재 천구 북극에서 0.7° 벗어난 곳에 있고, 2100년경에는 0.46° 정도로 가장 가깝게 접근하며 천구의 북극과 북극성이 가리키는 방향이 거의 일치하게 된다. 이후 서기 14000년경에는 0.03등성의 밝은 별인 거문고자리 알파별 베가가 북극성 자리에 놓이게 된다.
남극성 자리에 해당하는 밝은 별은 현재 없다. 현재 천구의 남극에 가까운 별은 팔분의자리 시그마별인데 5.42등급의 어두운 별이다. 대신 남쪽을 가리키는 남십자자리가 남반구를 항해하는데 길잡이가 된다.[1]
상세[편집]
북극성은 천구의 북극에 위치해 있는 별을 말한다. 작은곰자리 α를 북극성이라 한다. 한국과 중국에서는 북신(北辰)이라고도 한다. 대략적인 위치는 적경 1h 48.4m, 적위 ＋89° 2'으로, 천구북극에서 불과 1° 떨어져 있으며, 천구북극을 중심으로 작은 반지름으로 일주운동을 하고 있다. 회전반경이 매우 작아서 정지해 있는 것처럼 보인다. 안시등급 2.5등의 비교적 밝은 별로 옛날부터 방위의 기준이 되어 항해자나 나그네의 친근한 벗이 되었다.
지구로부터의 거리 약 400광년, 분광형 F8의 초거성이다. 또한, 주기 3.97일의 세페이드변광성으로, 2.5등에서 2.64등 사이를 오르내린다. 그러나 지구의 세차운동 때문에 자전축의 방향, 즉 천구북극이 서서히 이동하므로, 작은곰자리 α는 천구북극에서 점차 멀어지고, 1만 2000년 후에는 거문고자리 α인 직녀성(Vega)이 북극성이 될 것이다. 지금부터 5000년 전에는 용자리 α가 북극성이었다.[2]
현재의 북극성은 작은곰자리의 알파별로, 천구 북극과 가장 가깝기 때문에 방위를 찾는 데 도움이 된다. 지구 자전축이 세차운동하여 약 2만6천 년 주기의 원을 그리기 때문에 천구 북극의 위치도 그에 따라 바뀐다. 현재도 천구의 북극은 실시간으로 폴라리스랑 가까워지고 있으며, 21세기 후반~22세기 초반에 절정을 찍을 것이다.
북극성이 밤하늘에서 매우 밝은 별인 것으로 알고 있는 사람들도 있다. 그러나 북극성의 평균 겉보기 등급은 약 1.98등급으로 그렇게 밝은 편에 속하진 않는다. 현재 북극성인 작은곰자리 알파 별은 세페이드 변광성이라 1.8~2.1등급 사이에서 밝기가 주기적으로 변한다. 이 별은 지구와 가장 가까운 세페이드 변광성이긴 하나 북극성을 처음 본 많은 사람들은 북극성을 보고 생각보다 밝지 않다고 말할 정도이다. 거기다 1개가 아니라 별 3개가 묶인 3중성이 지구에서는 하나로 보이는 것이다. 북극성이 별 하나가 아니라는 사실은 1780년에 프레드릭 윌리엄 허셜이 발견했다.
보통의 밤하늘에서 맨눈으로 찾기에는 다소 어려운 수준이지만 북두칠성을 찾을 수 있다면 관측이 어렵지 않다. 북두칠성이 지평선 근처로 내려와서 잘 안 보이는 가을에는 카시오페이아자리를 이용한다. 참고로 북극성 기준으로 북두칠성 쪽은 서쪽, 카시오페아자리 쪽은 동쪽이다.
동양 천문학에서 북극성은 처음에는 북방의 가장 높은 하늘에 위치하는 가장 존귀한 별인 태을성으로 보았으나, 지구의 세차운동으로 시간이 흐르면서 지구에서 보았을 때 북극성의 위치가 점차 위치가 바뀌는 것이 알려지면서 태을성과 분리되었다. 천상열차분야지도에서도 태을성은 태일성(太一星)이라고 따로 새겼고, 그 해설집인 천문류초에서는 삼황 중 인황씨가 승천한 별이라고 설명하였다.
중국에서는 북극성을 별 5개(북극오성)로 나타냈으나 우리나라에서는 고구려 고분벽화 천문도에서 별 3개(북극삼성)으로 표현했다. 하지만 천상열차분야지도에는 중국식을 따라 북극오성으로 묘사했다. 동양 천문학의 '북극성'은 폴라리스(작은곰자리 알파)가 아니라는 것이다. 그쪽이 예전엔 천구 북극에 더 가까웠다. 폴라리스는 북극오성 맞은편, 후궁을 상징하는 별자리인 구진육성의 제1성에 해당한다. 북극오성 중 가장 밝은 별은 제5성인 천추성인데, 이 별은 작은곰자리 감마다.
북극성 옆에 가장 가깝고 늘 함께하는 별은 HR 286(길들여진 여우별)이다.[3]
북극성의 이동[편집]
북극성은 하나의 고정된 별이 아니라 시간이 경과함에 따라 계속 변하게 된다. 이는 지구가 공전과 자전을 하면서, 자전축이 미세하게 세차운동을 하기 때문이다. 대략 28000~30000년의 주기로 원 궤도를 그리며 이동한다. 과거 기록에 남아있는 최초의 북극성은 기원전 2천 년 전 피라미드에 새겨져 있는 것으로, 용자리의 알파별 투반(Thuban)이었다. 기원전 1500년이 되면서 작은곰자리 베타별 코카브(2등성)가 북극성이 되었다.
5세기 이후 지금까지 북극성 역할을 해온 폴라리스는 2100년경 적위 +89°32~33'까지 진출하여 자전축과 가장 가깝게 접근할 예정이며, 이 시기에는 북극성이 진짜로 북극을 가리키게 될 것이다. 덧붙여서, 폴라리스가 26000년 전에 북극성이었을 때에는 고유 운동 때문에 현재보다 천구북극에 더 가깝게 붙어있었다. 그리고 2만 6천 년 뒤 다시 북극성이 될 때에는 현재보다 조금 더 떨어진 지점에 있을 것이다. 그리고 이 시기를 지나면 점점 멀어지며 서기 3000년경에는 세페우스자리 감마별 '알라이'가 북극성이 될 것이다. 이 별은 적색거성으로 실시등급 약 3.22라 지금의 북극성보다는 어둡다. 계산결과 확률은 매우 낮지만 초신성이 될 가능성도 없지 않은 별이라서, 북극성 폭발이 관측될지도 모른다.
대략 서기 5000년에는 세페우스자리 이오타(요타)별이 북극성이 된다. 다만, 거리상으로는 약간 더 멀지만 더 밝은 별인 세페우스자리 베타별 '앨퍼크(Alfirk)'가 북극성 역할을 대신하게 될 것으로 보인다. 이후 서기 8000년 경에는 세페우스자리 알파별인 알데라민이 북극성이 될 예정이다. 천구 북극이 세페우스자리를 통과하고 나면 한동안은 북극 부근에 밝은 별이 하나도 없게 되어 정확한 북극 방향을 찾는 데 상당히 애를 먹을 가능성이 있다. 서기 10000년에는 백조자리 알파별 데네브가 북극성이 되고, 14000년에는 거문고자리의 알파별 베가(Vega)가 북극성이 되는데, 중간에 폭발해서 없어지지 않으면 한 주기 동안 될 수 있는 북극성 후보 중에는 가장 밝은 별이다.[3]
남극성[편집]
반대로 남극성은 용골자리와 돛자리의 별들로 바뀌기 때문에 북반구와는 다르게 남반구에서 대략적인 방향을 찾기는 것은 쉬워질 것이다. 다만, 남반구엔 남극점 주변에 밝은 별이 없다 보니, 정확한 남극점 자체는 찾기가 어렵다. 남반구에서는 보통 남십자자리를 이용한다. 아마추어 천문학에서 망원경 극축 맞추기를 할 때는 팔분의자리 시그마라는 별을 사용하는데, 웬만한 전문가가 아니면 찾기 힘들다.[3]
북극성 찾는 방법[편집]
북극성을 찾는 방법은 잘 알려져 있는 대로, 큰곰자리의 북두칠성과 카시오페이아 자리를 이용하는 것이다. 북두칠성의 국자 머리 부분의 두별을 이어 그 간격의 약 다섯 배 떨어진 곳을 찾으면 북극성이 위치하고 있다. 또한 W 자 형태를 보이는 카시오페이아자리의 양쪽 변을 이은 연장선이 만나는 점에서 가운데 별까지의 간격에 약 5배 떨어진 곳을 찾으면 역시 북극성이 위치하고 있다. 큰곰자리 북두칠성과 카시오페이아자리는 북극성을 중심으로 서로 반대 방향에 위치하고 있어 밤하늘에 둘 중 하나는 고도가 높아 잘 보인다. 따라서, 이 두가지 방법을 알고 있으면 맑은날 밤하늘에서 언제나 북극성을 쉽게 찾을 수 있다. 한편, 븍극점의 고도는 관측자의 지구상의 위도와 같다는 사실을 적용하면 지평선으로부터 북극성이 어느 정도 떨어져 있는지 미리 예측할 수 있다. 즉, 서울지역에서는 북극성은 정북 방향의 지평선에서 약 37.5도 떨어진 고도에 위치하고 있다.
기본 특성
한국천문연구원 발행 2017 역서의 주요 항성표에 따르면, 북극성의 위치는 J2017.5년 기준으로 적경 2h 53m 34.0s 적위 +89° 20’ 17" 이다. 북극성의 겉보기 특성으로 거리는 143 파섹(약 466 광년)이며 밝기는 안시등급으로 V = 2.02, 그리고 색지수는 U-B = 0.38, B-V = 0.60이다. 북극성의 분광형은 F5-8 lb 으로서 초거성에 해당되며, 세페이드형변광성으로 약 4일을 주기로 밝기가 변화한다. 세페이드형변광성은 수축과 팽창을 반복하며 밝기가 변하는 맥동변광성으로서, 변광 주기와 평균 광도 사이의 주기-광도관계가 매우 정확하여, 별의 거리를 결정하는 표준광원으로 사용된다. 북극성의 질량은 태양의 약 4.5배 이며, 반경은 태양의 약 46배, 그리고 광도는 태양의 2,500배에 해당한다. 북극성은 사실상 다중성 계로서, 현재까지 4개의 동반성이 확인되고 있다.
세차현상과 북극성의 위치
지구에서 관측한 태양의 천구상 궤도를 황도라고 한다. 실제로 태양을 중심으로 공전하는 지구의 천구상 궤도는 황도와 같으며, 지구의 자전축은 황도면에 66.5도 기울어져 있다. 그런데, 이와같이 태양을 중심으로 공전하는 지구의 자전운동에 의해 세차운동이 일어나게 된다. 세차현상은 수직에서 일정한 각으로 기울어진 상태로 회전하는 팽이의 모습을 보면 이해할 수 있다. 즉, 기울어진 팽이가 회전을 하게 되면 쓰러지지 않고 팽이의 회전축이 바닥의 수직 방향에 대한 각도와 거리를 유지하면서 계속 회전하는 현상이다.
지구의 세차운동으로 지구의 자전축은 약 25,770년을 주기로 회전한다 따라서, 천구 상에서 북극점의 위치는 계속 변하게 되며, 현재 천구의 북극점에서 약 0.7도 떨어져 있는 북극성은 2100년경에는 북극점에 더 가까워지면서 0.46도 정도 떨어져있게 된다. 이러한 세차운동을 감안하면 지금으로부터 12,000년 이후에는 거문고자리에서 가장 밝은 별인 직녀성(Vega)이 북극성의 자리에 놓이게 된다.[4]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
