항성시
항성시(恒星時, 영어: sidereal time)는 춘분점을 기준으로 지구의 자전 각도를 나타내는 시각 체계이다. 항성일은 춘분점이 한 장소의 자오선을 두 번 연속 통과하는 사이의 시간이며, 평균 태양일보다 약 3분 56초 짧다. 평균 항성일은 약 86,164.0905초, 즉 23시간 56분 4.0905초이다.[1]
항성일과 태양일
[편집]지구가 태양 주위를 공전하는 동안 태양은 별에 대해 매일 동쪽으로 조금씩 이동해 보인다. 따라서 지구가 같은 별을 다시 자오선에서 보려면 태양을 기준으로 한 하루보다 조금 짧게 자전하면 된다. 항성일은 평균 태양일의 약 0.99727배이며, 1년 동안 항성일의 횟수는 태양일보다 하나 많다.
항성일의 시작은 관측 장소의 자오선과 춘분점이 일치하는 순간으로 정한다. 항성시는 자정이나 일출을 기준으로 한 시계 시간이 아니라 천구의 회전과 천체의 적경을 비교하기 위한 각도·시각이다. 지구의 어느 경도에 있는지에 따라 같은 순간의 지방 항성시가 달라진다.
평균 항성시와 시항성시
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지구 자전축의 세차와 장동 때문에 춘분점은 천구에서 완전히 고정되어 있지 않다. 평균 항성시는 세차만 반영한 평균 춘분점을 기준으로 계산한 시각이고, 시항성시는 세차와 장동을 모두 반영한 실제 춘분점을 기준으로 계산한 시각이다. 두 값의 차이는 장동을 나타내는 방정식으로 보정한다.
현대의 지구 회전 표준에서는 춘분점을 직접 추적하기보다 지구 회전각(ERA)과 국제천구기준계(ICRS)를 사용해 지구의 회전과 천구의 기준을 분리한다. 항성시는 관측·항법·망원경 추적에서 여전히 편리한 표현이며, 정밀한 변환에서는 국제지구회전·기준계 서비스(IERS)의 지침과 시간척도를 따른다.[2]
적경과 시간각
[편집]천체의 적경을 α, 관측 장소의 지방 항성시를 LST라고 하면 천체의 시간각 H는 H = LST − α로 나타낼 수 있다. 천체가 남중할 때 시간각은 0시이며, 시간이 지나면서 서쪽 방향의 시간각이 증가한다. 이 관계를 이용해 천체가 언제 자오선을 지나고 언제 관측에 가장 유리한 고도에 도달하는지 계산한다.
천문대의 적도의는 항성시를 이용해 지구 자전에 따른 천체의 겉보기 운동을 보정한다. 관측자는 항성시와 적경을 비교해 망원경의 시간축을 회전시키고, 고도·방위각 가대도 같은 좌표 변환을 이용해 목표를 추적한다.
항성시를 계산할 때에는 지구 자전의 불규칙성을 반영하기 위해 협정 세계시(UTC)와 지구시(UT1)를 구별한다. 현대의 표준식은 율리우스일과 UT1에서 지구 회전각을 구한 뒤, 기준계 변환과 춘분점 관련 보정을 적용해 평균 또는 시항성시를 산출한다. UT1과 UTC의 차이를 갱신하지 않으면 장기간에 걸친 망원경 지향이나 전파 관측에서 시간이 조금씩 어긋날 수 있다.
항성시는 24시간을 한 바퀴로 표시하지만 본질적으로는 각도이다. 1항성시는 적경 15°에 해당하며, 지방 항성시는 그리니치 평균·시항성시에 관측 장소의 경도를 더해 얻는다. 동쪽 경도는 같은 순간에 더 큰 지방 항성시를 주므로, 자료에 경도의 부호 규약을 함께 기록해야 한다. 여러 관측소의 자료를 비교할 때에는 관측 시각을 공통 시간척도로 바꾸고 각 관측소의 경도를 적용한다.
따라서 항성시는 시계의 시간대나 일광 절약 시간과 직접 같은 개념이 아니다. 민간 시각을 관측 좌표로 바꿀 때에는 먼저 UTC를 UT1로 변환하고, 경도와 기준계 보정을 적용한 뒤 적경과 비교한다.
지구 회전각 ERA는 지구의 자전축과 함께 회전하지 않는 천구상의 기준점을 원점으로 삼아 UT1과 연결한다. 라디안으로 표시한 ERA는 율리우스일의 UT1 값에 대한 선형식으로 계산되며, 평균 항성시와 시항성시는 ERA에서 각각 세차 또는 세차·장동 보정을 적용해 얻는다. 이 현대 정의는 움직이는 분점을 직접 기준으로 삼을 때 생기는 장기적인 복잡성을 줄인다.[3]
다른 행성의 항성시
[편집]항성시 개념은 지구에만 한정되지 않는다. 다른 행성에서도 먼 별을 기준으로 행성의 자전 주기를 정의할 수 있다. 행성의 자전 방향과 공전 주기, 관측자가 사용하는 기준계에 따라 항성일과 태양일의 관계가 달라지며, 위성이나 탐사선의 운용 시간표에서도 해당 천체의 자전 기준을 사용한다.
같이 보기
[편집]참고 문헌
[편집]- ↑ “Sidereal Time” (영어). 《U.S. Naval Observatory》.
- ↑ “IERS Conventions” (영어). 《International Earth Rotation and Reference Systems Service》.
- ↑ “IERS Conventions” (영어). 《International Earth Rotation and Reference Systems Service》.
