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3월 29일은 달이 태양을 가리는 개기일식이 있는 날이에요. 태양이 달에 가려지는 신비한 광경이라서 과학자뿐만 아니라 세계의 많은 사람들이 이번 개기일식에 기대를 하고 있지요. 그런데 아쉽게도 우리나라에서는 볼 수 없다고 해요. 그래서 어떤 사람들은 터키나 이집트와 같이 일식을 볼 수 있는 지역으로 직접 가기도 하지요. 하지만 그럴 수 없는 친구들! 개기일식을 직접 못 본다고 해서 실망하지 말아요. 일식과 같이 드문 현상이 아니어도 과학자들이 쓰는 특별한 장비가 없어도, 우리는 많은 것을 알아 낼 수 있으니까요! 간단한 실험으로 직접 밝히는 태양의 비밀! ‘어린이과학동아’ 와 함께해요!
태양빛과 그림자 알려주는시간과 방향의 비밀
태양을 보고 알 수 있는 사실에는 무엇이 있을까요? 먼저 떠올릴 수 있는 것이 바로 시간일 거예요. 태양에 의해 밤과 낮이 나뉘고 하루도 생긴 것이니까요. 그래서 시계가 없었던 옛날에는 해시계를 만들어 시간을 알 수 있었지요. 막대 하나만 가지고 시간을 알 수 있다는 게 정말 대단하지 않나요? 그럼 손목시계, 핸드폰 시계들이 넘쳐나는 요즘에는 해시계가 전혀 쓸모없을까요? 천만의 말씀! 현재의 정확한 시간을 알고 있다면, 해시계를 동서남북의 정확한 방향을 알려 주는 나침반으로 쓸 수 있답니다.
태양의 위치와 시간은 어떤 관계가 있을까?
한 지역의 시간은 태양의 남중시각-태양이 정확히 남쪽하늘을 지나는 시각-을 정오, 즉 낮 열두시로 하여 정해집니다. 이 시간을 지방시라
고 하는데, 지역마다 태양이 남중하는 시간이 다르므로 같은 나라에서도 경도에 따라 지방시는 달라집니다. 예를 들면 독도에서 태양이
남중하는 시각에 서울에서는 아직 남중이 이루어지지 않아 지방시도 달라지지요.
그러나 이처럼 한 나라에서 각기 다른 시간을 쓴다면 매우 불편하겠죠? 그래서 대개는 어떤지역의 지방시를 전국이 공통으로 쓰게 되는데, 이것을 표준시라고 합니다. 세계 각국은 영국의 그리니치 천문대를 기준 0°로 하여 경도 15°마다 1시간씩 차이가 나는 표준시를 씁니다. 즉, 경도가 15°동쪽으로 옮겨지면 표준시는 1시간이 빨라지고, 서쪽으로 옮겨지면 1시간이 늦어지는 것이지요.
우리나라에서는
현재 동경 135°의 지방시를 표준시로 채택하고 있습니다. 그런데 동경 135°선은 울릉도 동쪽 350km 지점이라서 동경 127°선이 지나는 서울에서는 오후 12시 32분이 되어야 태양이 정확히 남쪽에 있게 된답니다. 이러한 원리를 이용하여 해시계로 나침반을 만들 수가 있는 것이지요.
해시계로 나침반을 만들자!
❶ 오른쪽 그림처럼 실선을 따라 오리고 풀로 붙여 해시계의 바늘을 만듭니다.
❷ 태양시계판 가운데에 있는 붉은색 부분을 칼로 오려 냅니다.
❸ 해시계 바늘을 나침반 오른쪽 그림처럼 뒷장에서 끼워 넣습니다.
❹ 햇빛이 비치는 평평한 곳에 책을 두고 그림자의 끝을 해시계판의 현재 시각에 맞춥니다.
❺ 해시계-나침반에 표시된 그림자의 방향으로 정확한 동서남북 방향을 알 수 있습니다.
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우리나라의 해시계들
해시계는 인류의 역사에서 가장 먼저 사용된 시계예요. 중국에서는 기원전 11〜13세기경부터‘표’라는 막대기를 수직으로 세우고 해 그림자에 따라 시간을 측정했다고 해요. 고대 이집트의 신전 입구에 세워진 오벨리스크도 같은 구실을 하는 것이었지요. 그럼 우리나라는 언제부터 해시계를 사용했을까요? 이미 고구려나 백제에 시간을 측정했을 것으로 여겨지는 기록들이 있으나 현재 전하는 유물은 없어요. 그러나 조선시대에 세종의 명에 따라 과학기술자들이 7년여에 걸친 긴 연구끝에 1437년 4월 앙부일구와 같은 정밀한 해시계를 완성했어요. 이후 신법지평일구나 휴대용 해시계와 같은 다양한 형태의 해시계가 만들어졌답니다.
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▶석각평면 해시계
해그림자를 받는‘시반면’위에는 12개의 시각선과 ‘동서남북’ 의 방향 표시가 있고, 중앙에 위치한 영침의 그림자로서 시간과 태양의 방향을 측정할 수 있다. 사진처럼 시반면에 해그림자가 신(申)에 있다면 시각은 오후 4시 정도가 되며 태 양은 서(西)쪽에 있다는 것을 나타낸다.
▶신법지평일구
해그림자를 받는‘시반면’과 해그림자를 나타내주는 ‘영침’ 으로 이루어져 있다. 시반면에는 13개의 시각선과 11개의 절기선(계절선)이 그어
져 있다. 신법지평일구의 구조는 앙부일구의 오목한 시반면을 평면 위에 펼쳐 놓은 것과 똑같다. 18세기 초에 제작된 것으로 보인다.
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달력과 시계가 하나로! 앙부일구
1437년에 완성된 ‘앙부일구’ 는 ‘앙부’ 가 ‘입을 벌린 솥’ 을 뜻하고, ‘일구’ 가 ‘해그림자 ’를 뜻하므로, ‘해그림자로 시간을 보는 솥 모양 해시계’ 라고 할 수 있어요. 그런데 왜 하필 솥 모양으로 만들었을까요? 평평한 해시계의 그림자는 아침과 오후에 그림자가 길게 옆으로 누워 모양이 찌그러져 시간이 부정확해지는 단점이 있었어요. 세종대의 과학자들은 바로 오목한 솥 모양의 해시계를 만들어 이런 점을 극복했어요. 바닥이 둥글면 그림자가 길게 늘어지지 않으니까요. 게다가 하루의 시간뿐만 아니라 그림자의 길이로 24절기도 정확히 알 수 있었지요. 그림자 하나로 시간과 날짜를 동시에 알 수 있다니 정말 대단하지 않나요.
세종 19년(1437) 오랜 연구끝에 앙부일구가 완성되자, 세종은 서울 혜정교와 종묘 남쪽 거리에 돌로 대를 쌓아 그 위에 앙부일구를 설치하고 백성들이 오가며 볼 수 있도록 하였다. 특히 세종은 글을 모르는 백성도 시간을 알 수 있도록 시간마다 쥐, 소, 호랑이 같은 12지의 동물 그림을 그려 넣었다.
3월 21일 오후 12시 30분! 태양빛의 도움으로 위도를 알아낸다!
3월 21일이 무슨 날이냐고요? 바로 밤과 낮의 길이가 같다는 춘분입니다. 그럼 12시 반은 무슨 시각일까요? 바로 태양이 남중-태양이 정확히 남쪽하늘에 있는-하는 시각입니다. 그럼 이 순간, 무슨 특별한 일이 일어날까요? 이 때 태양의 고도만 측정하면 내가 서 있는 곳의 위도를 알 수 있답니다!
엄청나게 큰 지구 위 어디쯤 내가 서 있는지 알기란 참으로 힘든 일이겠지요. 우주선을 타고 지구 밖으로 나가기라도 해야 할까요? 아닙니다~! 태양빛만 있다면 그럴 필요 없습니다! 궁금한 친구들은 3월 21일 춘분날 12시 30분을 잊지 말고 기억해 두었다가 19쪽의 간단한 태양 고도측정기를 통해 직접 위도를 알아보세요!
☞ 여기서 잠깐 !
위도와 경도란 무엇일까요?
주변에 지구본이나 세계 지도가 있다면 한번 자세히 들여다봐요. 지도 위에 일정한 간격의 가로와 세로 줄이 있는 것이 보이나요? 이 가로줄과 세로줄이 바로 위도와 경도입니다. 이 선들은 지구 표면 위에 실제로 그어져 있는 선은 아닙니다. 어떤 지역의 위치를 표시하기 위해
가상으로 그어 놓은 선들이죠. 여기에서 가로선을‘위도’라고 부르며, 적도를 중심으로 북쪽과 남쪽을 각각 0°~90°로 나눕니다. 따라서 위도
0도는 적도를 말하고, 북위 90°와 남위 90°도는 각각 북극과 남극을 의미하지요.
경도란 지구를 세로선으로 나눈 것을 말합니다. 영국의 그리니치 천문대를
기준으로 하여 동쪽과 서쪽으로 각각 180°로 나눕니다. 이렇게 하면 위도와 경도를 사용하여 지구 위 어느지역이든 위치를 표시할 수 있게 됩니다.
태양의 고도측정기를 만들자!
❶ 그림처럼 점선을 따라 오리고 풀로 붙여 고도측정기의 바늘을 만듭니다.
❷ 태양 고도측정기 가운데에 있는 일자로 된 부분을 칼로 오려 냅니다.
❸ 고도측정기의 바늘을 그림과 같이 뒷장에서 끼워 넣고 수직으로 세웁니다.
❹ 오후 12시 30분에 바늘의 그림자 끝이 가리키는 자의 눈금을 읽습니다.
❺ 고도측정기 왼편의 표를 보고 태양의 고도를 읽습니다.
❻ 태양의 고도를 공식에 대입하여 내가 있는 지역의 위도를 알아 냅니다.
❼ 지도를 보고 실제 위도와 비교해 봅니다.
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태양과 계절의 변화
이제 햇살이 정말 따뜻하게 느껴져요. 봄이 되었기 때문이죠. 그런데 이렇게 햇살이 따뜻하게 느껴지는 이유는 무엇일까요? 태양이 지구에 점점 더 가까이 오기 때문일까요? 그건 태양의 고도가 점차 높아지고 낮 시간이 길어지기 때문입니다.
태양은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지지요. 그렇지만 정확히 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것은 춘분과 추분 때뿐입니다. 춘분 이후 여름이 가까워지면 해가 뜨는 곳은 점차 북쪽으로 치우칩니다. 그리고 추분이 지나고 겨울이 가까워지면 해가 뜨는 곳은 점차 남쪽으로 치우치지요. 그렇게 되면 태양이 가장 높을 때의 고도는 오른쪽 그림에서처럼 차이가 나게 된답니다. 그래서 하지 때는 태양이 거의 머리 위에서 비치고, 태양이 낮은 동지 때는 비스듬히 비칩니다.
▶사계절이 생기는 이유
지구가 23.5。기울어져 있기 때문에 하지에 는 태양이 우리나라를 거의 수직으로 비추고 동지에는 비스듬히 비추고 있다.
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계절마다 태양의 고도가 달라져요!
그럼 태양의 고도와 낮 시간은 어떤 관계일까요? 해가 뜨는 곳이 북쪽으로 치우칠수록 해가 뜨는 시간은 점점 빨라지고 지는 시간은 늦어집니다. 그림에서 처럼 해가 뜨는 곳이 가장 북쪽과 가까운 하지 때가 태양이 하늘에서 머무는 시간이 가장 길고, 반대로 동지 때가 가장 짧지요. 그리고 낮과 밤의 길이가 같은 날은 춘분과 추분 때뿐입니다.
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태양과 달의 숨바꼭질, 개기일식
3월 29일 개기일식, 우리나라에서는 왜 볼 수 없을까요? 3월 29일에 아프리카 북부와 터키, 카자흐스탄 등지에서는 개기일식을 볼 수 있어요. 개기일식이란 태양이 달 뒤로 쏙 숨는 현상을 말합니다. 지구의 주위를 도는 달이 우연히 해를 가리게 되는 것이지요. 일식이 왜 일어나는지 알지 못했던 옛날에는 일식을 굉장히 불길한 징조로 여겼어요. 그도 그럴 것이 일식이란 태양이 갑자기 무엇엔가에 가려 온 세상이 밤같이 깜깜해지는 신기한 현상이니까요.
이러한 일식, 특히 태양이 완전히 가려지는 개기일식은 굉장히보기가 어렵답니다. 왜냐하면 지구 어디서에나 보이는 것은 아니고, 해와 달과 관측자가 일직선을 이루는 곳에서만 볼 수 있기 때문이죠. 개기일식을 볼 수 있는 곳은 일식 때 달이 지나가는 띠 모양의 지역에만 한정되는데, 이 지역을 ‘개기대’라고 합니다. 아쉽게도 이번 일식개기대가 우리나라를 지나가지 않지요.
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◎ 우리나라에서 볼 수 있는 개기일식
우리나라에서는 특히 개기일식을 보기 힘든 것 같아요. 우리나라에서 볼 수 있었던 최근 개기일식은 1887년 8월 19일, 금환일식은 1948년
5월 21일이었다고 해요. 게다가 아쉽게도 우리나라에서는 당분간은 일식을 볼 수 없어요. 다만 2035년 9월 2일에 북한의 평양과 원산을 잇
는 지역에서 개기일식이 펼쳐질 예정인데, 독자 여러분은 40대 중년이 되어 있겠네요~. 하지만 통일이 된 우리나라에서 개기일식을 보는
것도 괜찮겠지요?
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◎ 3분을 잡아라!
과거에 비해 태양 관측 기술이 크게 발전했지만, 여전히 개기일식은 태양 코로나 연구의 중요한 기회예요. 코로나란 태양 주위를 둘러싸고
있는 높은 온도의 기체층으로 평소에는 태양의 밝은 빛 때문에 코로나가 내는 희미한 빛이 보이지 않아요. 그래서 태양이 완전히 가려지는
개기일식때에만 관측이 가능하지요. 개기대의 한 지점에서 개기일식을 관찰할 수 있는 시간은 보통 2~4분, 가장 길어야 7분30초 정도예요.
그래서 개기일식이 일어나는 단 몇 분을 관측하기 위해 전 세계의 천문학자들은 수 개월을 준비하여 개기일식이 일어나는 지역으로 모여든 답니다.
태양의 비밀을 밝혀라!
한국천문연구원 태양우주환경연구그룹을 찾아가다!
태양빛과 그림자를 통해 시간과 방향, 그리고 우리가 살고 있는 지역의 위도를 알아봤어요. 그러나 아직도 우리는 태양에 대해 모르는 것 들이 많답니다. 과학자들은 태양에 대해 어떤 연구를 하고 있을까요? 궁금증을 해결하기 위해 한국천문연구원 태양우주환경연구그룹의 김
연한 박사님을 만나 보았어요.
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태양 연구가 왜 필요한 가요?
태양은 얌전하게 빛만 내보내는 것처럼 보이지만 사실은 전혀 그렇지 않아요. 1억 5000만㎞나 떨어져 있는 태양이지만, 지름이 지구의 109배에 달하고 질량은 33만 배나 되어 그 영향력이 태양계 전체에 미치지요. 지구가 태양으로부터 받는 에너지는 태양이 수소 핵융합으로 생산하는 에너지의 티끌만큼도 안 됩니다.
평소에는 고마운 태양이지만, 때로는 심술을 부리기도 해요. 11년을 주기로 폭발을 일으켜 강한 태양풍과 고에너지 입자들을 뿜어내는 바람에 지구의 인공위성과 지상통신에 큰 영향을 미치지요. 최근 인공위성과 전자 장비가 늘어나면서 태양의 영향도 커졌어요.
우주 날씨요? 우주에도 날씨가 있나요?
태양 표면에서 일어나는 폭발로 방출되는 에너지는 1메가톤 수소폭탄의 수십억 개분에 해당할 만큼 엄청납니다. 태양 표면의 폭발로 부터 방출된 플레어와 코로나 물질이 지구에 도달하여 지구와 가까운 우주 환경을 급격히 변화시키지요. 예를 들면 코로나 물질 방출이 지구 자
기권과 충돌하면 순간적으로 지구 자기장이 뒤흔들리면서 지자기 폭풍을 일으키기도 하고 지구 상층 대기권에까지 도달하면서 오로라를 발생시키기도 해요. 이러한 환경 변화를‘우주 날씨’라고 하지요.
우주 날씨가 중요한 이유는 무엇이죠?
지구 주변의 우주 공간에는 기상 예보나 과학 실험을 위한 인공위성뿐만 아니라 위성방송이나 항법장치(GPS)를 위한 인공위성들이 많이 떠 있어요. 우리는 이미 우주 시대에 살고 있는 것이지요. 우주날씨가 중요한 이유는 바로 이 위성들이 우주 날씨의 직접적인 영향을 받기 때문이에요. 예를 들어 지자기 폭풍으로 인해 위성이 순간적인 궤도 이탈을 할 수도 있어요. 무선 통신 장애로 휴대전화를 못 쓸 수도 있고, 전력배전망이 손상되면 전기가 끊어질 수도 있지요.
태양 근처에 직접 가 본 사람은 있을까?
태양에 대해 잘 알기 위해서는 태양에 직접 가보는 것이 가장 좋겠죠. 하지만 태양은 너무나 밝고 뜨거워 인간이 직접 갈 수는 없답니다. 그 대신에 탐사선을 보내 태양에 대한 정보를 수집하지요. 2004년 9월 태양탐사선 제네시스가 태양 주변에서 884일간 채집한 태양풍의 입자를 가지고 지구로 돌아왔어요. 그런데 대기권에 진입하던 중 낙하산이 펴지지 않아 그만 사막에 곤두박질치고 말았지요. 다행히 입자를
담은 캡슐의 보전 상태가 좋아 과학자들은 태양의 비밀에 한걸음 다가설 수 있을 것으로 기대하고 있답니다.
태양우주환경연구그룹에서는 무슨 일을 하나요?
한국천문연구원의 태양우주환경연구그룹은 태양과 우주 환경 관련 연구를 담당하고 있는 국내 유일의 태양 전문 연구그룹이에요. 이곳에서는‘우주환경모니터링시스템’으로 태양활동에 의한 우주 환경 영향을 실시간으로 감시하고 있어요. 이시스템은 현재 인터넷을 통하여 누
구든 볼 수 있으며, 우리나라 공군에도 정보를 보내주고 있답니다. 또한 ‘태양전면감시기술개발’ 연구나 ‘태양폭발위치감지 및 관측기술개발’ 연구도 한창이에요. 최근에는 미국 뉴저지 공과대학과 공동으로 ‘태양마이크로파위치감지기’ 를 개발하고 있으며, 미국 빅베어 태양관측소에 설치될 1.6m 세계 최대 태양망원경개발 사업에 참여하고 있지요. 어때요? 우리의 태양 과학자들이 자랑스럽지 않나요?
▶태양분광망원경
태양빛은 너무나 강렬해서 여러 가지 필터를 사용, 빛의 양을 줄여 관측한다. 태양분광망원경은 여러 필터들 시험하고 다양한 태양관측기술을 개발하는 데 사용된다.
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▶태양플레어망원경
고도 1124m의 보현산천문대에 설치한 태양플레어망원경은 우리나라 최초의 연구용 태양 관측시설. 태양 표면 현상을 4개의 다른 파장 영역에서 동시 관측함으로써 플레어와 같은 급격한 태양활동 현상에 대한 여러 자료를 얻을 수 있다.
▶태양흑점망원경
소백산에 있던 20cm 굴절망원경을 대전으로 옮겨와 태양의 활동을 감시하고 흑점 관측에 이용되고 있다. 망원경에 투영판을 달아 15cm의 태양의 상을 만들어 스케치하는 방법으로 관측한다.
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우주환경 예보센터를 향해!
태양우주환경연구그룹은 커다란 꿈을 가지고 있어요. 그꿈은 ‘만약 매일 같이 태양활동과 지구근접 우주 환경을 지켜보고, 뉴스에서 날씨를 예보하듯이 우주 날씨를 예보하는 곳이 있다면 어떨까?’ 하는 멋진 꿈이지요. 그런 곳이 있다면 우리는 우주 날씨의 변화로 발생할 수 있는 여러 가지 재난에 미리 대비할 수 있을 거예요. 이미 미국을 포함한 선진국에서는 우주환경예보센터를 갖추고 이러한 재난에 체계적으로 대비하고 있다고 해요. 그러나 아쉽게도 우리나라에는 아직 이러한 예보센터가 없지요. 현재 한국천문연구원 태양우주환경연구그룹에서는 태양 활동 및 우주 환경 연구를 집중적으로 수행하고 우주 날씨를정확히 예보할 수 있는 우주환경예보센터를 마련하기 위해 열심히 노력하고 있답니다. 앞으로 다가올 우주시대를 기대하며 9시 뉴스에 우주 날씨가 예보되는 꿈을 함께 꾸어 보는 것은 어떨까요?
태양빛과 그림자 알려주는시간과 방향의 비밀
태양을 보고 알 수 있는 사실에는 무엇이 있을까요? 먼저 떠올릴 수 있는 것이 바로 시간일 거예요. 태양에 의해 밤과 낮이 나뉘고 하루도 생긴 것이니까요. 그래서 시계가 없었던 옛날에는 해시계를 만들어 시간을 알 수 있었지요. 막대 하나만 가지고 시간을 알 수 있다는 게 정말 대단하지 않나요? 그럼 손목시계, 핸드폰 시계들이 넘쳐나는 요즘에는 해시계가 전혀 쓸모없을까요? 천만의 말씀! 현재의 정확한 시간을 알고 있다면, 해시계를 동서남북의 정확한 방향을 알려 주는 나침반으로 쓸 수 있답니다.
태양의 위치와 시간은 어떤 관계가 있을까?
한 지역의 시간은 태양의 남중시각-태양이 정확히 남쪽하늘을 지나는 시각-을 정오, 즉 낮 열두시로 하여 정해집니다. 이 시간을 지방시라
고 하는데, 지역마다 태양이 남중하는 시간이 다르므로 같은 나라에서도 경도에 따라 지방시는 달라집니다. 예를 들면 독도에서 태양이
남중하는 시각에 서울에서는 아직 남중이 이루어지지 않아 지방시도 달라지지요.
그러나 이처럼 한 나라에서 각기 다른 시간을 쓴다면 매우 불편하겠죠? 그래서 대개는 어떤지역의 지방시를 전국이 공통으로 쓰게 되는데, 이것을 표준시라고 합니다. 세계 각국은 영국의 그리니치 천문대를 기준 0°로 하여 경도 15°마다 1시간씩 차이가 나는 표준시를 씁니다. 즉, 경도가 15°동쪽으로 옮겨지면 표준시는 1시간이 빨라지고, 서쪽으로 옮겨지면 1시간이 늦어지는 것이지요.
우리나라에서는
현재 동경 135°의 지방시를 표준시로 채택하고 있습니다. 그런데 동경 135°선은 울릉도 동쪽 350km 지점이라서 동경 127°선이 지나는 서울에서는 오후 12시 32분이 되어야 태양이 정확히 남쪽에 있게 된답니다. 이러한 원리를 이용하여 해시계로 나침반을 만들 수가 있는 것이지요.
해시계로 나침반을 만들자!
❶ 오른쪽 그림처럼 실선을 따라 오리고 풀로 붙여 해시계의 바늘을 만듭니다.
❷ 태양시계판 가운데에 있는 붉은색 부분을 칼로 오려 냅니다.
❸ 해시계 바늘을 나침반 오른쪽 그림처럼 뒷장에서 끼워 넣습니다.
❹ 햇빛이 비치는 평평한 곳에 책을 두고 그림자의 끝을 해시계판의 현재 시각에 맞춥니다.
❺ 해시계-나침반에 표시된 그림자의 방향으로 정확한 동서남북 방향을 알 수 있습니다.
우리나라의 해시계들
해시계는 인류의 역사에서 가장 먼저 사용된 시계예요. 중국에서는 기원전 11〜13세기경부터‘표’라는 막대기를 수직으로 세우고 해 그림자에 따라 시간을 측정했다고 해요. 고대 이집트의 신전 입구에 세워진 오벨리스크도 같은 구실을 하는 것이었지요. 그럼 우리나라는 언제부터 해시계를 사용했을까요? 이미 고구려나 백제에 시간을 측정했을 것으로 여겨지는 기록들이 있으나 현재 전하는 유물은 없어요. 그러나 조선시대에 세종의 명에 따라 과학기술자들이 7년여에 걸친 긴 연구끝에 1437년 4월 앙부일구와 같은 정밀한 해시계를 완성했어요. 이후 신법지평일구나 휴대용 해시계와 같은 다양한 형태의 해시계가 만들어졌답니다.
▶석각평면 해시계
해그림자를 받는‘시반면’위에는 12개의 시각선과 ‘동서남북’ 의 방향 표시가 있고, 중앙에 위치한 영침의 그림자로서 시간과 태양의 방향을 측정할 수 있다. 사진처럼 시반면에 해그림자가 신(申)에 있다면 시각은 오후 4시 정도가 되며 태 양은 서(西)쪽에 있다는 것을 나타낸다.
▶신법지평일구
해그림자를 받는‘시반면’과 해그림자를 나타내주는 ‘영침’ 으로 이루어져 있다. 시반면에는 13개의 시각선과 11개의 절기선(계절선)이 그어
져 있다. 신법지평일구의 구조는 앙부일구의 오목한 시반면을 평면 위에 펼쳐 놓은 것과 똑같다. 18세기 초에 제작된 것으로 보인다.
▶자연석제 해시계
원시적인 해그림자 측정장치인‘규표’의 일종이다. 해그림자를 재는 막대기를 표(表)라 하며, 그 그림자를 재기 위해 눈금을 새겨 남북으로 수평으로 놓아둔 것을 규(圭)라 한다. 양반층보다는 민간인들 사이에서 사용되었을 가능성이 크며 대략적인 시각만을 측정했다.
원시적인 해그림자 측정장치인‘규표’의 일종이다. 해그림자를 재는 막대기를 표(表)라 하며, 그 그림자를 재기 위해 눈금을 새겨 남북으로 수평으로 놓아둔 것을 규(圭)라 한다. 양반층보다는 민간인들 사이에서 사용되었을 가능성이 크며 대략적인 시각만을 측정했다.
달력과 시계가 하나로! 앙부일구
1437년에 완성된 ‘앙부일구’ 는 ‘앙부’ 가 ‘입을 벌린 솥’ 을 뜻하고, ‘일구’ 가 ‘해그림자 ’를 뜻하므로, ‘해그림자로 시간을 보는 솥 모양 해시계’ 라고 할 수 있어요. 그런데 왜 하필 솥 모양으로 만들었을까요? 평평한 해시계의 그림자는 아침과 오후에 그림자가 길게 옆으로 누워 모양이 찌그러져 시간이 부정확해지는 단점이 있었어요. 세종대의 과학자들은 바로 오목한 솥 모양의 해시계를 만들어 이런 점을 극복했어요. 바닥이 둥글면 그림자가 길게 늘어지지 않으니까요. 게다가 하루의 시간뿐만 아니라 그림자의 길이로 24절기도 정확히 알 수 있었지요. 그림자 하나로 시간과 날짜를 동시에 알 수 있다니 정말 대단하지 않나요.
세종 19년(1437) 오랜 연구끝에 앙부일구가 완성되자, 세종은 서울 혜정교와 종묘 남쪽 거리에 돌로 대를 쌓아 그 위에 앙부일구를 설치하고 백성들이 오가며 볼 수 있도록 하였다. 특히 세종은 글을 모르는 백성도 시간을 알 수 있도록 시간마다 쥐, 소, 호랑이 같은 12지의 동물 그림을 그려 넣었다.
3월 21일 오후 12시 30분! 태양빛의 도움으로 위도를 알아낸다!
3월 21일이 무슨 날이냐고요? 바로 밤과 낮의 길이가 같다는 춘분입니다. 그럼 12시 반은 무슨 시각일까요? 바로 태양이 남중-태양이 정확히 남쪽하늘에 있는-하는 시각입니다. 그럼 이 순간, 무슨 특별한 일이 일어날까요? 이 때 태양의 고도만 측정하면 내가 서 있는 곳의 위도를 알 수 있답니다!
엄청나게 큰 지구 위 어디쯤 내가 서 있는지 알기란 참으로 힘든 일이겠지요. 우주선을 타고 지구 밖으로 나가기라도 해야 할까요? 아닙니다~! 태양빛만 있다면 그럴 필요 없습니다! 궁금한 친구들은 3월 21일 춘분날 12시 30분을 잊지 말고 기억해 두었다가 19쪽의 간단한 태양 고도측정기를 통해 직접 위도를 알아보세요!
☞ 여기서 잠깐 !
위도와 경도란 무엇일까요?
주변에 지구본이나 세계 지도가 있다면 한번 자세히 들여다봐요. 지도 위에 일정한 간격의 가로와 세로 줄이 있는 것이 보이나요? 이 가로줄과 세로줄이 바로 위도와 경도입니다. 이 선들은 지구 표면 위에 실제로 그어져 있는 선은 아닙니다. 어떤 지역의 위치를 표시하기 위해
가상으로 그어 놓은 선들이죠. 여기에서 가로선을‘위도’라고 부르며, 적도를 중심으로 북쪽과 남쪽을 각각 0°~90°로 나눕니다. 따라서 위도
0도는 적도를 말하고, 북위 90°와 남위 90°도는 각각 북극과 남극을 의미하지요.
경도란 지구를 세로선으로 나눈 것을 말합니다. 영국의 그리니치 천문대를
기준으로 하여 동쪽과 서쪽으로 각각 180°로 나눕니다. 이렇게 하면 위도와 경도를 사용하여 지구 위 어느지역이든 위치를 표시할 수 있게 됩니다.
태양의 고도측정기를 만들자!
❶ 그림처럼 점선을 따라 오리고 풀로 붙여 고도측정기의 바늘을 만듭니다.
❷ 태양 고도측정기 가운데에 있는 일자로 된 부분을 칼로 오려 냅니다.
❸ 고도측정기의 바늘을 그림과 같이 뒷장에서 끼워 넣고 수직으로 세웁니다.
❹ 오후 12시 30분에 바늘의 그림자 끝이 가리키는 자의 눈금을 읽습니다.
❺ 고도측정기 왼편의 표를 보고 태양의 고도를 읽습니다.
❻ 태양의 고도를 공식에 대입하여 내가 있는 지역의 위도를 알아 냅니다.
❼ 지도를 보고 실제 위도와 비교해 봅니다.
태양과 계절의 변화
이제 햇살이 정말 따뜻하게 느껴져요. 봄이 되었기 때문이죠. 그런데 이렇게 햇살이 따뜻하게 느껴지는 이유는 무엇일까요? 태양이 지구에 점점 더 가까이 오기 때문일까요? 그건 태양의 고도가 점차 높아지고 낮 시간이 길어지기 때문입니다.
태양은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지지요. 그렇지만 정확히 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것은 춘분과 추분 때뿐입니다. 춘분 이후 여름이 가까워지면 해가 뜨는 곳은 점차 북쪽으로 치우칩니다. 그리고 추분이 지나고 겨울이 가까워지면 해가 뜨는 곳은 점차 남쪽으로 치우치지요. 그렇게 되면 태양이 가장 높을 때의 고도는 오른쪽 그림에서처럼 차이가 나게 된답니다. 그래서 하지 때는 태양이 거의 머리 위에서 비치고, 태양이 낮은 동지 때는 비스듬히 비칩니다.
▶사계절이 생기는 이유
지구가 23.5。기울어져 있기 때문에 하지에 는 태양이 우리나라를 거의 수직으로 비추고 동지에는 비스듬히 비추고 있다.
계절마다 태양의 고도가 달라져요!
그럼 태양의 고도와 낮 시간은 어떤 관계일까요? 해가 뜨는 곳이 북쪽으로 치우칠수록 해가 뜨는 시간은 점점 빨라지고 지는 시간은 늦어집니다. 그림에서 처럼 해가 뜨는 곳이 가장 북쪽과 가까운 하지 때가 태양이 하늘에서 머무는 시간이 가장 길고, 반대로 동지 때가 가장 짧지요. 그리고 낮과 밤의 길이가 같은 날은 춘분과 추분 때뿐입니다.
태양과 달의 숨바꼭질, 개기일식
3월 29일 개기일식, 우리나라에서는 왜 볼 수 없을까요? 3월 29일에 아프리카 북부와 터키, 카자흐스탄 등지에서는 개기일식을 볼 수 있어요. 개기일식이란 태양이 달 뒤로 쏙 숨는 현상을 말합니다. 지구의 주위를 도는 달이 우연히 해를 가리게 되는 것이지요. 일식이 왜 일어나는지 알지 못했던 옛날에는 일식을 굉장히 불길한 징조로 여겼어요. 그도 그럴 것이 일식이란 태양이 갑자기 무엇엔가에 가려 온 세상이 밤같이 깜깜해지는 신기한 현상이니까요.
이러한 일식, 특히 태양이 완전히 가려지는 개기일식은 굉장히보기가 어렵답니다. 왜냐하면 지구 어디서에나 보이는 것은 아니고, 해와 달과 관측자가 일직선을 이루는 곳에서만 볼 수 있기 때문이죠. 개기일식을 볼 수 있는 곳은 일식 때 달이 지나가는 띠 모양의 지역에만 한정되는데, 이 지역을 ‘개기대’라고 합니다. 아쉽게도 이번 일식개기대가 우리나라를 지나가지 않지요.
◎ 우리나라에서 볼 수 있는 개기일식
우리나라에서는 특히 개기일식을 보기 힘든 것 같아요. 우리나라에서 볼 수 있었던 최근 개기일식은 1887년 8월 19일, 금환일식은 1948년
5월 21일이었다고 해요. 게다가 아쉽게도 우리나라에서는 당분간은 일식을 볼 수 없어요. 다만 2035년 9월 2일에 북한의 평양과 원산을 잇
는 지역에서 개기일식이 펼쳐질 예정인데, 독자 여러분은 40대 중년이 되어 있겠네요~. 하지만 통일이 된 우리나라에서 개기일식을 보는
것도 괜찮겠지요?
◎ 3분을 잡아라!
과거에 비해 태양 관측 기술이 크게 발전했지만, 여전히 개기일식은 태양 코로나 연구의 중요한 기회예요. 코로나란 태양 주위를 둘러싸고
있는 높은 온도의 기체층으로 평소에는 태양의 밝은 빛 때문에 코로나가 내는 희미한 빛이 보이지 않아요. 그래서 태양이 완전히 가려지는
개기일식때에만 관측이 가능하지요. 개기대의 한 지점에서 개기일식을 관찰할 수 있는 시간은 보통 2~4분, 가장 길어야 7분30초 정도예요.
그래서 개기일식이 일어나는 단 몇 분을 관측하기 위해 전 세계의 천문학자들은 수 개월을 준비하여 개기일식이 일어나는 지역으로 모여든 답니다.
태양의 비밀을 밝혀라!
한국천문연구원 태양우주환경연구그룹을 찾아가다!
태양빛과 그림자를 통해 시간과 방향, 그리고 우리가 살고 있는 지역의 위도를 알아봤어요. 그러나 아직도 우리는 태양에 대해 모르는 것 들이 많답니다. 과학자들은 태양에 대해 어떤 연구를 하고 있을까요? 궁금증을 해결하기 위해 한국천문연구원 태양우주환경연구그룹의 김
연한 박사님을 만나 보았어요.
태양 연구가 왜 필요한 가요?
태양은 얌전하게 빛만 내보내는 것처럼 보이지만 사실은 전혀 그렇지 않아요. 1억 5000만㎞나 떨어져 있는 태양이지만, 지름이 지구의 109배에 달하고 질량은 33만 배나 되어 그 영향력이 태양계 전체에 미치지요. 지구가 태양으로부터 받는 에너지는 태양이 수소 핵융합으로 생산하는 에너지의 티끌만큼도 안 됩니다.
평소에는 고마운 태양이지만, 때로는 심술을 부리기도 해요. 11년을 주기로 폭발을 일으켜 강한 태양풍과 고에너지 입자들을 뿜어내는 바람에 지구의 인공위성과 지상통신에 큰 영향을 미치지요. 최근 인공위성과 전자 장비가 늘어나면서 태양의 영향도 커졌어요.
우주 날씨요? 우주에도 날씨가 있나요?
태양 표면에서 일어나는 폭발로 방출되는 에너지는 1메가톤 수소폭탄의 수십억 개분에 해당할 만큼 엄청납니다. 태양 표면의 폭발로 부터 방출된 플레어와 코로나 물질이 지구에 도달하여 지구와 가까운 우주 환경을 급격히 변화시키지요. 예를 들면 코로나 물질 방출이 지구 자
기권과 충돌하면 순간적으로 지구 자기장이 뒤흔들리면서 지자기 폭풍을 일으키기도 하고 지구 상층 대기권에까지 도달하면서 오로라를 발생시키기도 해요. 이러한 환경 변화를‘우주 날씨’라고 하지요.
우주 날씨가 중요한 이유는 무엇이죠?
지구 주변의 우주 공간에는 기상 예보나 과학 실험을 위한 인공위성뿐만 아니라 위성방송이나 항법장치(GPS)를 위한 인공위성들이 많이 떠 있어요. 우리는 이미 우주 시대에 살고 있는 것이지요. 우주날씨가 중요한 이유는 바로 이 위성들이 우주 날씨의 직접적인 영향을 받기 때문이에요. 예를 들어 지자기 폭풍으로 인해 위성이 순간적인 궤도 이탈을 할 수도 있어요. 무선 통신 장애로 휴대전화를 못 쓸 수도 있고, 전력배전망이 손상되면 전기가 끊어질 수도 있지요.
태양 근처에 직접 가 본 사람은 있을까?
태양에 대해 잘 알기 위해서는 태양에 직접 가보는 것이 가장 좋겠죠. 하지만 태양은 너무나 밝고 뜨거워 인간이 직접 갈 수는 없답니다. 그 대신에 탐사선을 보내 태양에 대한 정보를 수집하지요. 2004년 9월 태양탐사선 제네시스가 태양 주변에서 884일간 채집한 태양풍의 입자를 가지고 지구로 돌아왔어요. 그런데 대기권에 진입하던 중 낙하산이 펴지지 않아 그만 사막에 곤두박질치고 말았지요. 다행히 입자를
담은 캡슐의 보전 상태가 좋아 과학자들은 태양의 비밀에 한걸음 다가설 수 있을 것으로 기대하고 있답니다.
태양우주환경연구그룹에서는 무슨 일을 하나요?
한국천문연구원의 태양우주환경연구그룹은 태양과 우주 환경 관련 연구를 담당하고 있는 국내 유일의 태양 전문 연구그룹이에요. 이곳에서는‘우주환경모니터링시스템’으로 태양활동에 의한 우주 환경 영향을 실시간으로 감시하고 있어요. 이시스템은 현재 인터넷을 통하여 누
구든 볼 수 있으며, 우리나라 공군에도 정보를 보내주고 있답니다. 또한 ‘태양전면감시기술개발’ 연구나 ‘태양폭발위치감지 및 관측기술개발’ 연구도 한창이에요. 최근에는 미국 뉴저지 공과대학과 공동으로 ‘태양마이크로파위치감지기’ 를 개발하고 있으며, 미국 빅베어 태양관측소에 설치될 1.6m 세계 최대 태양망원경개발 사업에 참여하고 있지요. 어때요? 우리의 태양 과학자들이 자랑스럽지 않나요?
▶태양분광망원경
태양빛은 너무나 강렬해서 여러 가지 필터를 사용, 빛의 양을 줄여 관측한다. 태양분광망원경은 여러 필터들 시험하고 다양한 태양관측기술을 개발하는 데 사용된다.
▶태양플레어망원경
고도 1124m의 보현산천문대에 설치한 태양플레어망원경은 우리나라 최초의 연구용 태양 관측시설. 태양 표면 현상을 4개의 다른 파장 영역에서 동시 관측함으로써 플레어와 같은 급격한 태양활동 현상에 대한 여러 자료를 얻을 수 있다.
▶태양흑점망원경
소백산에 있던 20cm 굴절망원경을 대전으로 옮겨와 태양의 활동을 감시하고 흑점 관측에 이용되고 있다. 망원경에 투영판을 달아 15cm의 태양의 상을 만들어 스케치하는 방법으로 관측한다.
우주환경 예보센터를 향해!
태양우주환경연구그룹은 커다란 꿈을 가지고 있어요. 그꿈은 ‘만약 매일 같이 태양활동과 지구근접 우주 환경을 지켜보고, 뉴스에서 날씨를 예보하듯이 우주 날씨를 예보하는 곳이 있다면 어떨까?’ 하는 멋진 꿈이지요. 그런 곳이 있다면 우리는 우주 날씨의 변화로 발생할 수 있는 여러 가지 재난에 미리 대비할 수 있을 거예요. 이미 미국을 포함한 선진국에서는 우주환경예보센터를 갖추고 이러한 재난에 체계적으로 대비하고 있다고 해요. 그러나 아쉽게도 우리나라에는 아직 이러한 예보센터가 없지요. 현재 한국천문연구원 태양우주환경연구그룹에서는 태양 활동 및 우주 환경 연구를 집중적으로 수행하고 우주 날씨를정확히 예보할 수 있는 우주환경예보센터를 마련하기 위해 열심히 노력하고 있답니다. 앞으로 다가올 우주시대를 기대하며 9시 뉴스에 우주 날씨가 예보되는 꿈을 함께 꾸어 보는 것은 어떨까요?
