태양일과 항성일

태양일

   일년이 정수로 딱 떨어지는 날수나 달수가 아니기 때문에 들쭉날쭉한 달력을 가질 수밖에 없다는 사실을 알아보았다. 그것 말고도 몇 가지 문제가 더 있다. 시간을 재는 능력이 점점 발달해감에 따라 태양을 기준으로 한 하루의 길이가 2월과 11월에는 평균치보다 15분만큼 차이가 난다는 것이 밝혀진 것이다. 이것은 다음 두 가지 이유 때문이다.

• 지구가 태양주위를 도는 궤도는 원이 아니고 타원이다. 지구는 태양에서 멀리 떨어져 있을 때 (북반구에서 여름일 때) 보다 태양에 가까이 있을 때 (북반구에서 겨울일 때) 더 빨리 돈다.
• 지구의 자전축은 지구가 태양주위를 도는 궤도를 포함하는 평면에 대해 23.5도 기울어져 있다.

   이 두 가지 사실 때문에 2월과 11월에 시간차이가 발생한다. 이런 변화를 없애기 위해  "평균 태양일"이라는 새로운 하루가 정의되었다. 평균 태양일은 매 태양일을 일년동안 평균하여 얻어진다.

항성일

   태양일은 태양이 남중했다가 다음 남중할 때까지의 시간으로 정의되었다.
그러면 별이 남중했다가 다음 남중할 때까지 시간을 잰다면 어떨까? 별에 의해 결정되는 이 하루도 태양일과 길이가 똑 같을까?  그렇지 않다. 별이 밤에 남중하는 시간은 그 전날 밤보다 조금 빠르다. 그 이유는 지구가 자전하는 동안에 태양 주위의 공전궤도를 따라 조금 움직였기 때문이다. 이 효과 때문에 평균 태양일은 별에 의한 하루보다 4분 가량 길다. 별에 의해 결정되는 하루를 항성일 (sidereal day)이라고 한다.
   태양일과 달리 항성일은 그 길이가 변하지 않는다. 항성일은 계절이나 년도에 상관없이 항상 평균 태양일 보다 4분 가량 짧다.
   왜 항성일은 훨씬 더 일정할까?  그 이유는 별 (항성)이 워낙 멀리 떨어져 있어서 지구의 축이 기울어진 것과 타원 궤도에 의한 효과가 무시될 수 있기 때문이다. 다르게 말하면, 만약 우리가 아주 멀리 떨어져 있는 별에서 지구를 바라본다면 지구의 축이 기울어진 것과 지구가 태양주위를 타원궤도로 돈다는 것을 거의 식별할 수 없다는 것이다. 사실, 평균태양일 자체도 태양을 관측하는 것 보다 별을 관측하는 것이 측정하기가 훨씬 쉽다.
(정리: 이호성, 1999.11.1.)