천체/좌표계
하늘의 주소, 적경·적위(RA/Dec)
전파망원경으로 천체를 관측하려면 먼저 "그 천체가 하늘의 어디에 있는가"부터 알아야 합니다. 지구가 자전해도 별까지의 방향 자체는 거의 변하지 않으므로, 적경·적위는 마치 천체의 고정된 주소처럼 쓰입니다. 반면 망원경 제어 할 때는 방위각(Az)·고도각(El)은 관측자가 서 있는 자리와 그 순간의 시각에 따라 계속 달라지는 "지금 당장 안테나가 향해야 할 방향"입니다. VLBI 관측에서는 천체 목록에 적도좌표계(RA/Dec)를 쓰고, 실제 안테나를 겨냥할 때는 이를 지평좌표계(Az/El)로 실시간 변환합니다.
적도좌표계는 지구 적도를 천구로 연장한 '천구의 적도'를 기준으로 천체의 위치를 나타내는 천문학적 좌표계입니다. 관측자의 위치와 시간에 따라 변하지 않는 고유 좌표를 제공하므로, 현대 천문학과 성도(별자리 지도) 작성에 주로 활용
지평좌표계는 관측자가 서 있는 지평선(하늘색 원)을 기준면으로 삼아, 북점을 기준으로 잰 방위각(a, 자홍색)과 지평선에서 천체까지 잰 고도(h, 노란색)로 위치를 나타냅니다. 페이지에서 쓰는 방위각(Az)·고도각(El) 표기와 같은 값이며, 천정·천저는 각각 관측자 머리 바로 위·아래 방향입니다.
지구 자전축을 연장한 방향의 북극성과 그에 수직한 천구의 적도(초록 원)는 지구 자전축이 공전면에 대해 약 23.4° 기울어져 있어서 비스듬히 기울어진 것, 태양이 지나는 길을 천구까지 넓힌 황도 (자홍색 원). 태양 주위의 흰 점선 지구 공전 궤도
👉 아래 슬라이더로 적경(RA)·적위(Dec)를 바꿔보며, 천구 적도와 춘분점을 기준으로 천체의 "하늘 위 주소"가 어떻게 정해지는지 직접 확인해 보세요!
가로축은 춘분점(RA=0h)을 기준으로 동쪽으로 잰 적경(0h~24h), 세로축은 천구 적도 (Dec=0°)를 기준으로 남북으로 잰 적위(-90°~+90°)입니다. 굵은 가로선이 천구 적도, 빨간 점선이 춘분점 방향이며, 파란 점이 현재 슬라이더 값에 해당하는 천체의 위치입니다. 오른쪽 세로 슬라이더는 위로 올릴수록 적위(+, 북쪽)가, 아래로 내릴수록 적위(-, 남쪽)가 커지도록 캔버스의 세로축과 같은 방향으로 배치했습니다.
적경·적위 표기와 단위 변환: 시분초 ↔ 도(deg)
- 적경(赤經, Right Ascension, RA) — 춘분점을 기준으로 천구 적도를 따라 동쪽으로 잰 각도로, 시(h)·분(m)·초(s) 단위(0h~24h)를 씁니다.
- 적위(赤緯, Declination, Dec) — 천구 적도를 기준으로 북쪽(+)·남쪽(-)으로 잰 각도로, 도(°)·분(')·초(″) 단위(-90°~+90°)를 씁니다.
천구는 지구가 하루(24시간)에 한 바퀴(360°) 자전하는 것과 짝지어 나누기 때문에, 적경(RA)은 도(°) 대신 관례적으로 시(h)·분(m)·초(s) 단위로 씁니다. 24시간이 360°에 대응하므로 1시간 = 15°입니다. 적위(Dec)는 보통의 각도처럼 도(°)·분(')·초(″)로 쓰고 북(+)·남(-) 부호가 붙습니다. 두 표기를 도(deg) 단위로 바꾸는 식은 다음과 같습니다.
RA(도) = (시 + 분/60 + 초/3600) × 15
Dec(도) = 부호 × (도 + 분/60 + 초/3600)
예를 들어 전파원 1041+061의 적경 10h 41m 17.16s는 (10 + 41/60 + 17.16/3600) × 15 ≈ 160.3215°로, 적위 +06° 10' 16.93″는 (6 + 10/60 + 16.93/3600) ≈ 6.171369°로 바뀝니다. 아래 표는 이런 전파원 네 개의 시분초 좌표와, 위 식으로 계산한 도(deg) 좌표를 나란히 보여줍니다(J2000 기준).
👉 아래에서 전파원을 고르고, 시분초로 표기된 적경·적위가 어떻게 도(deg)로 바뀌는지 직접 계산해 보세요! 값을 바꾸면 실시간으로 다시 계산됩니다.
| No. | 전파원 이름 | 적경(RA, h m s) | 적경(RA, 도) | 적위(Dec, d m s) | 적위(Dec, 도) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1041+061 | 10h 41m 17.16s | 160.3215 | +06° 10' 16.93″ | 6.171369 |
| 2 | 1105+020 | 11h 05m 39.12s | 166.4130 | +02° 02' 57.48″ | 2.049300 |
| 3 | 1118+123 | 11h 18m 57.24s | 169.7385 | +12° 34' 41.88″ | 12.578300 |
| 4 | 1159+291 | 11h 59m 31.92s | 179.8830 | +29° 14' 43.80″ | 29.245500 |
전파원 이름(예: 1041+061)은 적경 10h41m·적위 +06°10'에서 따온 관례적인 명칭으로, VLBI에서 위치·시각 교정에 쓰이는 전파원 목록의 표기 방식과 같습니다.
적경 = () × 15 = °
적위 = = °
KVN이 자주 관측하는 천체들
전파 수신기 편에서 다루는 것처럼 KVN은 활동성 은하핵, 별 탄생 영역, 늙은 별(만기형 별) 등을 주로 연구합니다. 그중 자주 관측되는 대표 천체 몇 가지의 좌표(J2000 기준, 분 단위로 반올림)는 다음과 같습니다.
| 천체 | 종류 | 적경(RA) | 적위(Dec) | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 3C 273 | 퀘이사(교정 천체) | 12h 29m 07s | +02° 03' | 매우 밝고 안정적이어서 VLBI 위치·시각 교정에 널리 쓰임 |
| M87 | 활동성 은하핵(제트) | 12h 30m 49s | +12° 23' | EHT가 블랙홀 그림자를 촬영한 은하, KVN도 제트를 관측 |
| 궁수자리 A*(Sgr A*) | 우리은하 중심 블랙홀 | 17h 45m 40s | -29° 00' | 남쪽 하늘에 낮게 떠서 국내에서는 고도가 낮음 |
| 백조자리 X-3(Cygnus X-3) | 마이크로퀘이사 | 20h 32m 26s | +40° 57' | KVN이 장기간 관측해 온 은하 안 제트 천체 |
| 오리온성운(Orion KL) | 별 탄생 영역(메이저) | 05h 35m 15s | -05° 22' | 별이 태어나는 분자운 속 메이저 방출 관측 대상 |
| NGC 7027 | 행성상성운(교정 천체) | 21h 07m 02s | +42° 14' | 세기가 안정적이어서 밀리미터파 플럭스 교정에 자주 쓰임 |
👉 전파망원경과 천체를 각각 골라 보세요. 전파망원경의 위치(위도)에 따라 같은 천체라도
하늘에서 보이는 고도(El)가 달라지고,
지평선 위(관측 가능)/아래(관측 불가) 여부도
실시간으로 바뀝니다! 전파망원경은 햇빛의 영향을 거의 받지 않아 낮에도 지평선 위에만
있으면 관측할 수 있지만, 광학망원경은 하늘이 밝은 낮에는 별빛이 묻혀 반드시 밤에만
관측할 수 있습니다.
전파망원경 선택
계절 선택
천체 선택
선택한 전파망원경의 위도를 기준으로 계산합니다(KVN 4국 근사 위도: 서울(연세) 약 37.6°N, 울산 약 35.5°N, 탐라(제주) 약 33.3°N, 평창 약 37.4°N. 비교용 해외 전파망원경: 일본 노베야마 45m 전파망원경 약 35.9°N, 중국 FAST(500m 구면전파망원경) 약 25.7°N). 계절은 태양의 적경(봄 0h·여름 6h·가을 12h·겨울 18h 근사값)을 기준으로 밤 시간대를 단순하게 계산합니다. 가로축은 자정을 0h로 둔 현지 시각, 세로축은 고도(El)이며, 굵은 가로선이 지평선(El=0°), 옅은 파란 배경이 밤 시간대입니다. 전파망원경은 지평선 위에만 있으면 이 배경색과 무관하게(낮·밤 모두) 관측할 수 있고, 광학망원경만 파란 배경(밤) 구간에서 지평선 위일 때 관측할 수 있습니다.
핵심 정리
- 천체의 위치는 지구 자전과 무관하게 고정된 적경(RA)·적위(Dec) 좌표로 나타냅니다. 좌표계는 기준면에 따라 지평(Az/El)·적도(RA/Dec)·황도·은하좌표계로 나뉩니다.
- 적경은 시(h)·분(m)·초(s)로, 적위는 도(°)·분(')·초(″)로 표기하며, RA(도) = (시+분/60+초/3600)×15, Dec(도) = 부호×(도+분/60+초/3600) 식으로 도(deg) 단위로 바꿀 수 있습니다.
- KVN은 교정 천체(3C 273, NGC 7027), 활동성 은하핵(M87, 궁수자리 A*), 마이크로퀘이사 (Cygnus X-3), 별 탄생 영역(오리온성운) 등을 자주 관측합니다.
- 같은 적경·적위의 천체라도 전파망원경의 위도와 관측 시각에 따라 하늘에서 보이는 고도가 계속 달라지며, 적위가 전파망원경의 위도에서 너무 멀면 고도가 낮거나 아예 지평선 위로 뜨지 않을 수 있습니다. KVN 4국(서울·울산·탐라·평창)은 물론, 비교용으로 추가한 일본 노베야마·중국 FAST처럼 위도가 다른 해외 전파망원경끼리도 같은 천체가 서로 다른 고도로 관측됩니다.
- 같은 천체라도 계절에 따라 태양의 적경이 달라지면서 그 천체가 밤에 뜨는지 낮에 뜨는지가 바뀝니다. 다만 전파망원경은 햇빛의 영향을 거의 받지 않아 지평선 위에만 있으면 낮에도 관측할 수 있고, 하늘이 밝은 낮에는 별빛이 묻혀 버리는 광학망원경만 반드시 밤(파란 배경)에 관측할 수 있습니다. 계절 버튼으로 봄·여름·가을·겨울을 바꿔보면 이 관계와 천체의 고도가 함께 달라지는 것을 확인할 수 있습니다.
- 적경·적위를 실시간 방위각·고도각으로 변환해 안테나를 겨냥하는 과정은 망원경 제어 편에서 이어집니다.
🧑🏫 선생님·학부모님을 위한 설명 도움말
원리 자세히 보기
- 좌표에 '연도'가 붙는 이유(세차) — 지구 자전축은 팽이처럼 약 26,000년에 한 바퀴씩 천천히 원을 그립니다. 그래서 천구의 적도와 춘분점이 1년에 약 50초각씩 움직이고, 같은 별의 적경·적위도 조금씩 바뀝니다. 본문 표의 'J2000'은 "2000년 1월 1일 기준으로 잰 좌표"라는 뜻이며, 관측할 때는 이를 그날의 좌표로 다시 계산합니다.
- 적경이 '시간'인 이유 — 별을 기준으로 지구가 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간(항성일)은 약 23시간 56분 4초입니다. 적경을 시·분·초로 쓰면 "지금 항성시가 몇 시일 때 이 천체가 남쪽 하늘 가장 높은 곳(남중)에 오는지"를 바로 알 수 있습니다. 적경과 항성시가 같을 때 남중합니다.
- 여러 가지 좌표계 — 기준면에 따라 지평좌표계(관측자의 지평선), 적도좌표계(천구의 적도), 황도좌표계(태양이 지나는 길), 은하좌표계(우리은하 원반)가 있습니다. 전파천문학에서는 우리은하의 수소·분자 구름 분포를 그릴 때 은하 중심을 기준으로 하는 은하좌표계를 많이 씁니다.
- 퀘이사로 만든 하늘의 기준틀(ICRF) — 별들은 조금씩 움직이고(고유운동), 춘분점도 움직입니다. 그래서 오늘날 국제 표준 하늘 좌표는 수십억 광년 떨어져 사실상 움직이지 않는 퀘이사들의 위치를 VLBI로 재어 정합니다. 최신판인 ICRF3에는 4천여 개 전파원의 위치가 들어 있고, 가장 정밀한 것은 수십 마이크로초각 수준입니다. VLBI가 GPS와 지구 자전 측정의 바탕이 되는 이유이기도 합니다(GPS).
- 각도의 크기 감각 — 1° = 60분각, 1분각 = 60초각입니다. 1초각은 약 2 km 떨어진 1 cm 동전의 크기이고, VLBI가 다루는 1밀리초각(mas)은 약 2,000 km 떨어진 동전 크기입니다. 보름달 지름은 약 0.5°(약 1,800초각)입니다.
- 별까지의 거리 재기(연주시차) — 지구가 태양을 돌면 가까운 천체는 먼 배경에 대해 아주 조금 흔들려 보입니다. 이 흔들림을 VLBI로 재면 우리은하 속 메이저 천체까지의 거리를 직접 알 수 있으며, 일본 VERA가 이를 목적으로 만들어졌습니다(KVN과 함께 KaVA를 이룹니다).
하늘 좌표의 발전사
| 시기 | 사건 | 의미 |
|---|---|---|
| 기원전 2세기 무렵 | 히파르코스의 별 목록 | 고대 그리스의 히파르코스가 별의 위치와 밝기를 목록으로 만들고, 옛 기록과 비교해 세차 운동을 처음 알아냈습니다. |
| 1395년 | 천상열차분야지도 | 조선 태조 때 돌에 새긴 천문도로, 1,400여 개의 별을 적도와 황도 등과 함께 담았습니다. 우리 조상의 '하늘 지도'입니다. |
| 1922년 | 88개 별자리 확정 | 국제천문연맹(IAU)이 별자리 88개를 정했고, 이후 별자리 경계도 적경·적위 선을 따라 정해졌습니다. |
| 1989~1997년 | 히파르코스 위성 | 유럽우주국(ESA)의 위치 측정 전용 위성이 발사되어, 1997년 10만여 개 별의 위치와 거리를 1밀리초각 정도의 정밀도로 담은 목록을 냈습니다. |
| 1998년 | ICRF 사용 시작 | 1997년 IAU가 채택한, VLBI로 잰 퀘이사 등 외부은하 전파원의 위치로 정한 국제천구기준좌표계(ICRF)가 1998년부터 공식 기준이 되었습니다. 별이 아닌 전파원이 하늘의 기준이 된 순간입니다. |
| 2013년 | 가이아 위성 발사 | 10억 개가 넘는 별의 위치를 재고 있으며, 가이아의 좌표도 VLBI 기준틀(ICRF)에 맞춰 정렬됩니다. |
| 2018~2019년 | ICRF3 | 2018년 IAU가 여러 주파수(S/X, K, X/Ka 대역)의 VLBI 관측을 담은 ICRF3를 채택했고, 2019년부터 공식 기준이 되었습니다. |
비유로 설명하기
- 적도좌표는 '도로명 주소', 지평좌표는 "지금 내 자리에서 오른쪽으로 몇 걸음, 위로 몇 칸" 같은 길 안내입니다. 주소는 누구에게나 같지만, 길 안내는 서 있는 곳과 시각에 따라 달라집니다.
- ICRF는 움직이는 사람들(별)이 아니라 멀리 있는 산봉우리(퀘이사)를 기준으로 지도를 그리는 것과 같습니다. 산봉우리는 너무 멀어 거의 움직이지 않으니 믿을 만한 기준이 됩니다.
자주 하는 오해
- "북극성은 정확히 북극에 있고 영원히 북극성이다" — 지금 북극성은 천구 북극에서 약 0.7° 떨어져 있고, 세차 때문에 수천 년 뒤에는 다른 별이 '북극성' 자리를 차지합니다.
- "적경·적위는 절대 변하지 않는다" — 세차와 고유운동 때문에 조금씩 변합니다. 그래서 좌표에는 기준 시점(J2000 등)을 함께 적고, 최고 정밀도의 기준은 퀘이사로 정합니다.
함께 해 볼 질문·활동
- 팔을 쭉 뻗었을 때 새끼손가락 너비가 약 1°, 주먹이 약 10°라는 것을 이용해 북두칠성 별 사이 각도나 달의 높이를 재어 보기
- 무료 천문 프로그램(예: 스텔라리움)에서 날짜를 수천 년 뒤로 옮겨 북극성 자리에 오는 별이 바뀌는 모습 관찰하기
- 본문의 3C 273 좌표(적경 12h 29m)를 이용해 "항성시가 약 12시 29분일 때 남중"한다는 것을 확인하고, 계절별로 남중 시각이 낮인지 밤인지 이야기해 보기
📚 참고 자료 및 출처
본 교육자료는 Anthropic(Claude) 및 OpenAI(ChatGPT)를 활용하여 제작하였으며, 제작자가 내용을 검토·편집하였습니다. 주요 참고자료와 출처는 각 페이지의 「참고 자료 및 출처」에 명시하였습니다. 출처가 별도로 표기되지 않은 페이지와 참고자료에 포함되지 않은 내용은 제작자가 직접 작성하거나 정리한 것입니다. 내용에 오류가 있거나 수정이 필요한 사항을 발견하시면 kvnsite@kasi.re.kr로 알려 주시기 바랍니다.