시간과 아마추어천문학자
시간과 아마추어천문학자
  • 스페이스타임즈
  • 승인 2018.02.02 17:19
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

Time and the Amateur Astronomer
-Alan MacRobert
(출처 : Sky and Telescope)

상단그림: 고전적인 방식의 시계. 최초의 해시계는 아마 땅 위에 올려 둔 막대기에 불과했을 것이다; 1793년에 프랑스에서 만들어진 위 사진과 같은 자기로 만들어진 해시계는 최초의 해시계에서 그리 크게 벗어나지 못한다. 몇 가지 점에서 현대적인 시계와는 차이를 보이는 이 것은 시태양시를 나타내고 있다(보다 큰 두 개의 시간 고리는 하루를 10시간, 한 시간을 100분을 나타내며, 이 것은 프랑스 혁명 당시 출현했다가 사라진 혁신들이다.). 보스턴 미술관 소장

 

시간을 안다는 것은 일상에서 아주 간단한 것이다. 당신은 시계를 보기만하면 된다. 당신은 같은 시간대(time zone)에서 다른 사람들의 시계 역시 똑같은 것을 가리키고 있다고 가정한다. 그리고 그뿐이다.

그러나 천문학자에게 있어서의 시간은 꽤 복잡해 질 수도 있다. 우리의 시간 측정의 단위들-하루와 시간, 분, 초로의 분할-은 당신이 상상했던 것 이상으로 복잡한 천문학적 현상들에 근거를 두고 있기 때문이다.

이러한 복잡한 것들의 대부분은 공식적인 절차들에 의해 우리가 사용하는 시간 시스템 외각으로 사라져가고 있다. 그 결과, 사회에 잘 맞는 간단하고, 사용이 쉬운 시간 시스템(time arrangement))으로 변화되어가고 있다. 하지만 만약 하늘을 자세히 보게 된다면, 주의깊게 숨겨진 거짓 된 모든 요소들이 이 관점으로 다시 터져나오게 될 것이다.

다음은, 아마추어 천문학자라면 꼭 알아야 할 시간 시스템의 요약이다.

 

지방태양시(Local Apparent Time: LAT)

시태양시(apparent solar time) 또는 해시계시(sundial time)이라고도 부른다. 이 것은 태양에 의해 시간을 말했던 오래 전부터 모두가 사용했던 것이다. 여기서의 정오는 대부분의 사람들이 지금도 정오라고 생각하는 것이었다. 태양이 자오선을 지날 때-즉, 태양이 그 날의 가장 높은 점에서 정남(북적도에 있는 사람들에게)에 있으며, 일출과 일몰의 정가운데에 있을 때. 바로 이 단어 "자오선(meridian) "은 "정오(mid-way) "를 뜻하는 라틴어에서 온 것이다.

그러나, 꽤 정확한 시계가 고안되었을 때, 주의 깊은 사람이라면 태양시는 뭔가 잘못된 것이라는 것을 알아차렸을 것이다. 태양은 계절에 따라서 하늘을 가로지르는 매일매일의 운동이 빠르게는 16분, 느리게는 14분까지 주기가 변한다.

이러한 결과는 자전축이 기울어졌다는 점과 태양 주변을 도는 지구 궤도가 타원형이라는 것에 기인한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 우리의 다음 시간 시스템이 고안되었다.

균시차, 지방항성시와 평균태양시의 차
균시차, 지방항성시와 평균태양시의 차

 

 

지방평균시(Local Mean Time: LMT)

천문학자들은 별자리 주위의 태양의 년 주기를 만들기 위해 일정한 속도로 천구의 적도를 따라 도는 가공의 평균 태양을 만들어냈다. 평균 태양은 실제 태양의 평균 적경을 가진다. 정오는 평균 태양이 자오선을 지나는 순간이 된다.

실제 태양이 평균 태양보다 뒤쳐지거나 앞선, 수 분을 균시차(equation of time)라고 한다. 어떤 날의 그 균시차는 역서(almanac)에서 찾아볼 수 있다.

그러나 평균태양시로의 조정 역시도 불충분하다. 훨씬 더 심각한 문제는 바로 지구가 돌고 있다는 사실에서 비롯된다.

 

표준시(Standard time)

지구면이 곡선이기 때문에, 어떤 한 사람의 위치에서의 "머리 위 "는 단지 몇 마일 떨어진 곳에서의 "머리 위 "와는 다른 방향이다. 마찬가지로, 태양이나 별이 당신의 자오선에 있을 때, 보다 서쪽에 있는 누군가의 자오선에는 아직 그 태양이나 별이 도달하지 않은 것이다. 또한 보다 동쪽에 있는 사람의 자오선은 이미 지난 것이다.

시간은 당신이 어디에 있느냐에 따라 달라진다-만약 당신이 지방평균시(LMT), 즉 성도나 평면 성도를 결정하는 시스템, 그리고 태양이나 별을 가로지르는 자오선을 사용하고 있다면. 위도 40°에서, 각각 동서로 13마일 떨어진 곳에 사는 사람들은 표준시간대에 들어서기까지 1분정도의 차이가 있는 시간을 가진다.

위도 40°에서, 동서로 13마일마다 그 차이는 1분이 된다. 당신보다 서쪽으로 13마일 떨어진 곳에서 하늘을 보고 있는 사람에게, 당신이 12시라고 주장한다면, 그 곳의 시간은 11시 59분일 것이다. 반대로 13마일 동쪽에 있는 사람이라면 12시 1분이라고 주장할 것이다. 이것이 지방평균시가 지역마다 틀린 이유이다. 이 시간은 당신의 위치에 따라 달라진다.

이 것은 여행이나 통신이 느렸을 때는 문제가 되지 않았다. 이에 대한 문제는 19세기에 보다 심각해졌다. 전신과 철도의 보편화는 결국 변화를 불러 일으키게 되었다. 모든 지역과 모든 철도 회사가 약간씩 다른 시간을 사용하고 있을 때, 우리가 어떻게 열차를 잡을 수 있겠는가?

1883년에, 미국은 표준시간대(standard time zone)로 나뉘어졌다. 나머지 세계들도 곧 그 것을 따랐다. 각각의 시간대에서, 그 안의 모든 시계는 표준 위도의 지방평균시(LMT)에 맞춰진다: 동부 표준시(Eastern Standard Time: EST) 75°, 중부표준시(Central Standard Time: CST) 90°, 산악지대표준시(Mountain Standard Time: MST) 105°, 태평양표준시(Pacific Standard Time: PST) 120°. 각 시간대는 서로 경도가 15°--지구 둘레의 1/24--떨어져있기 때문에 바로 옆의 시간대와 1시간의 차이가 난다.

표준시는 이 사회에 있어서 대단한 진보이다. 하지만 천문학자에게는 그렇지 않다. 평면천구도(Planisphere)지방 표준시(LMT)에서 여전히 유효하다. 지평선이 나타난 모든 성도나 당신이 있는 지역의 경도에 대한 정확한 고려 없이 당신이 있는 곳의 지평선, 천정, 자오선을 따진 천문학적인 대상들을 보여주고 있는 모든 성도와 장치, 예측 역시도.

다행히, LMT를 수정하는 것은 간단하다. 당신은 모든 경도에서, 시간대의 표준 경도의 서쪽에 있다면, 표준시를 구하기 위해 LMT에 4분을 더하면 된다. 각 위도에서, 당신이 동쪽에 있다면, 4분을 빼면 된다.

당신이 그 것을 거꾸로 하지 않도록 하기 위해, 다음의 공식을 사용할 수도 있다: 표준시(ST) = 지방평균시(LMT) + 보정치(correction), 보정치(correction)에는 당신이 있는 시간대 자오선의 플러스의 서쪽, 마이너스의 동쪽이 있다. 당신이 있는 곳의 보정치를 알아봐라; 영원히 그 것을 사용할 수 있을 것이다.

물론, 일광절약시간(Daylight Saving Time 또는 Summer Time)으로 바꾸려면, 표준시에 1시간을 더하면 된다. 일광절약시간은 현재 미국(아리조나, 하와이, 몇몇 중서부 주 제외)에서 4월 첫 번째 일요일 오전 2시부터 10월 마지막 일요일 오전 2시까지 사용하고있다.

 

세계시(Universal Time: UT)

표준시(그리고 이 것의 일광절약시간)는 주어진 시간대 내에선 별 문제가 없다. 하지만, 천문력과 같이 시간이 전세계적으로 적용되는 경우에는, 어떤 시간대를 이용해야할까?

논리적으로 충분히 합의 된 세계시간대(universal time zone)는 경도 0° 이다. 이 협의에 의하면, 이 경도는 영국 그리니치 구천문대(Old Royal Observatory)의 바닥에 있는 놋쇠 판에 새겨진 선이다. 그래서, 세계시(UT)는 오랫동안 그리니치평균시(Greenwich Mean Time:GMT)로 알려져왔다.

전통적으로, 세계시(UT)는 24시간 시스템으로 정해졌다. 이 시스템에서 정오는 12시, 오후 1시는 13시, 오후 2시는 14시 등의 순서로 나가며 자정은 0시라고 한다.

초보자가 반드시 알아야만 하는 것 중의 하나는 어떻게 세계시(UT)가 표준시(ST)로 바뀌는지이다. 그 것은 쉽다. 동부표준시(EST)를 알아내기 위해, UT에서 5시간만 빼면 된다. 또 중부표준시(CST)를 구하기 위해서는 6시간을 빼고, 산악지대표준시(MST)는 7, 태평양표준시(PST)는 8을 빼면 된다. 다른 시간대는 많은 곳에 올려져 있는 세계시(UT)와 관계를 갖는다. (일광절약시간을 구하기 위해서는 이 값보다 적은 한 시간을 빼야한다는 걸 기억해라.)

물론, 날짜는 같은 시스템 내에서 그 시스템의 시간으로 주어져야한다!! 만약 당신이 세계시(UT)에서 어떤 값을 빼서 마이너스 시간을 갖게 된다면, 24시간을 더해라. 예를 들면, 세계시의 4월 15일 오전 2시는 동부 일광 시간(Eastern Daylight Time)의 4월 14일 오후 10시가 된다. [즉, 2시(UT)-5시간=-3시 ? -3시+24시간=21시(ST) ? 21시+1시간=22시(Daylight Saving Time)]

많은 천문학자들은 세계시 0:00(0h로 쓰이기도 한다)가 그들의 시간대에 오는 때를 기억하는 것이 가장 편리한 방법이라는 것을 알아냈다. 예를 들면, 세계시 0h는 동부표준시(EST)로는 하루 전 오후 7시(동부 일광시간(EDT)으로 오후 8시)가 된다.

 

역표시(歷表時, Ephemeris Time; Dynamical Time)

시간대(time zone)가 전세계적으로 항상 제자리에 있다면, 모든 것은 영원히 그대로였을 것이다. 그러나, 그와 같은 것은 존재하지 않았다.

태양계 역학과 함께 살아가는 천문학자는 자신을 혼란스럽게 만드는 어떤 점을 알아차렸다. 그 날 자체는 길이가 변한다. 장기간에 걸쳐 느려지는 경향을 띠게 되는 동안, 예측할 수 없는 미묘한 차이로 지구의 자전은 느려지거나 빨라진다. 점진적으로 느려지는 것은 달과 태양에 의해 일어나는 조석마찰때문이다. 느리고 불규칙한 변화는 유동성을 갖고 있는 지구 내부 물질의 움직임과 관계가 있는 것으로 생각된다. 바람, 기단, 적설, 그 밖의 요인들에서의 변화는 단기간의 변화에 영향을 준다.

이 문제에 직면하게 되자, 1960년에 천문학자들은 역표시(Ephemeris Time: ET)를 제정했다. 이 시간 시스템은 지구 자전과 상관없이, 마치 지구가 존재하지 않았다는 듯이, 완벽하고 순조롭게 흘러가고 있다. 그 것은 대부분의 천문학적인 예측과 천문력의 예보, 특히 달과 행성, 우주의 다른 태양계 천체들의 움직임과 관련 있는 것들을 위해 사용되고 있다.

역표시(ET)는 1902년경 세계시(UT)에 필적했다. 그 이후, 세계시(UT)는 점점 그 것으로부터 멀어졌고, 그 결과 지금(1996년 현재)은 세계시(UT)가 62초 뒤쳐지고있다.

1984년에, 역표시는 지구동적시간(Terrestrial Dynamical Time: TDT or TT)으로 불려졌다. 또한 태양계의 질량 중심과 관련 된 'Barycentric Dynamical Time(TDB) '도 만들어졌다. 아마추어의 목적을 위해, 그 둘이 단지 1밀리 세컨드의 차이만 있기 때문에 그 것들은 동일한 것으로 간주될 수 있었다.

만약 단신이 역표시(ET)나 동적시간(TT)에서 주어진 시간과 접하게 되거나, 짧은 시간의 정확함이 중대한 문제로 대두된다면, 당신은 세계시(UT)와의 차이점을 알아야만 한다. 천문력에는 델타 T로 알려진 이러한 차이들이 실려있다. '세계시=동적시간(TT)-델타 T '라는 공식을 사용할 수도 있다. 하지만, 지구의 변하기 쉬운 자전 속도가 지극히 예측불가능하기 때문에 델타 T를 정확히 예상하는 것은 불가능하다.

 

협정세계시(Coordinated Universal Time: UTC)

천문학자들만이 아니라, 일반적인 문명인은 동적기간(TT)와 같이 빈틈없이 흘러가는 시간 시스템이 필요하다. 그러나 대부분의 사람은 별 상관이 없다할지라도 가변적인 그 날 그날의 자연적인 사이클의 구속을 받는다. 무엇을 해야할까?

그 해결책의 일환으로 시간 단위가 초(second)로 바뀌었다. 더 이상 1초는 정확히 평균태양일의 1/86,400 이 아니다. 1967년 이후, 초는 세슘-133 원자들이 원자 시계에서 어떤 마이크로파가 9,192,631,770회 진동하는 데 걸리는 시간으로 재정의 되었다.

초가 더 이상 천문학적으로 정의 내려지지않으면서, 지구는 세계의 시계들을 혼란스럽게하지않고도 만족스럽게 회전할 수 있다. 그러나, 희생이 따른다. 하루는 더 이상 24시간이 아닌 것이다. 1983년에, 하루는 평균적으로 24.00000063시간이었고, 1986년에는 24.00000034이었다. 우리의 시간이 지구의 자전에 좀 더 보조를 맞추기 위해, 윤초(閏秒, leap second)가 매년 또는 필요할 때마다 세계시(UT)에 더해지게되었다. 윤초는 세계시(UT)로 6월 30일이나 12월 31일의 끝에 그 날의 마지막 시간에 61초를 더해준다.

협정세계시(출처: 위키백과)
협정세계시 (출처: 위키백과)

그 결과가 바로 협정세계시(Coordinated Universal Time 또는UTC-프랑스어에서의 축약형)이다. 전 세계의 시계가 이 시스템에 의해 맞춰진다. 협정세계시(UTC)는 모든 시간신호 라디오 방송(time-signal radio broadcast)과 또 다른 시간 서비스(time service)대 대한 기반이 된다. 비천문학적인 영역에서, 그 것은 간혹 세계시간(World time)이나 Z시, 줄루(Zulu)라고 불리기도 한다.

그러나, 협정세계시(UTC)에 갑작스레 더해지는 이따금의 윤초는 지구나 행성, 별에 의해 느껴지지않는다. 세계시(UT)에 의해 주어지는 천문력의 예측들은 실제로 언제나 협정세계시(UTC)와 0.9초의 오차 범위에 있는 UT1으로 알려진 시스템 내에 있다. 그러므로, 1초 이상의 정확성을 세계시(UT)에 명시하고자할 때, 이 것이 문맥상 정확하지않다면 당신이 협정세계시(UTC)를 뜻하는지 아니면 UT1을 뜻하는지 말해주어야 한다-예를 들어, 그 시간이 라디오 방송 주파 신호로부터 온 것처럼.

UT1과 거의 같은 UT0도 있다. 그러나 이 것은 지구 자전축과 일반적으로 잘 쓰이고 있지않는 UT2를 고려한 지각의 움직임의 미세한 영향을 포함한다.

 

항성시(Sidereal time)

이 것은 간단히 언제나 당신이 있는 지역에서의 별의 적경이다. 항성시는 지금까지 설명한 모든 시간 시스템보다 하루에 약 4분 정도 빠르게 흐른다. 연륜 있는 아마추어 천문학자의 트릭은 하루 4분 빠르게 시계를 맞춰놓는 것이다. 시간을 지역 항성시에 맞춰놓고, 어떤 별자리가 자오선에 있는지 그리고 어떤 성도를 사용할지 말하는 데 그 시간을 사용한다. 예를 들어, 그 시계가 오전 5시 30분을 가리키고 있다면, 적경 5h 30m이 당신이 있는 지역의 남쪽자오선상에 있으며(남중했으며), 그 곳에서 오리온을 찾아볼 수 있게 될 것이다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.