태양과 행성은 회전하는 하나의 구름에서 생겼고, 회전하는 구름은 원반으로 주저앉습니다. 그 뒤의 모든 것이 그 평면을 물려받았습니다. 행성이 언제나 하늘의 같은 선 근처에 있는 이유입니다.
황도면이란 무엇인가
황도면이란 지구가 태양 주위를 공전하는 궤도가 놓인 평면으로, 천문 좌표계에서 기준 0도로 흔히 쓰입니다. 지구에서 보면 태양이 한 해 동안 천구 위를 지나가는 길이 황도이며, 이는 황도면을 하늘에 투영한 원에 해당합니다.
행성은 왜 거의 같은 평면에서 도는가
태양과 행성이 전체적으로 회전하던 하나의 기체·먼지 구름에서 태어났기 때문입니다. 구름이 수축할 때 회전축 방향으로는 물질이 쉽게 떨어져 내리고, 축에 수직인 운동은 각운동량을 유지하므로 구름은 납작한 원시 행성계 원반이 되었습니다. 행성은 그 원반 안에서 자랐고, 오늘날의 궤도도 황도면에서 각각 몇 도밖에 벗어나지 않습니다. 해왕성 궤도까지 태양계의 폭은 약 60AU이지만 주요 행성 궤도의 상하 분포는 약 2AU에 불과합니다.
황도, 황도면, 황도대는 어떻게 다른가
황도면은 하나의 평면이고, 황도는 그 평면이 천구 위에 남기는 대원이며, 황도대는 황도를 중심으로 양쪽으로 8~9도씩 펼쳐진 띠 모양의 하늘 영역입니다. 태양·달·행성은 모두 이 황도대 안에서 움직이므로, 행성을 찾기 위해 밤하늘 전체를 훑을 필요가 없습니다.
행성이 이 띠 위를 늘 같은 방향으로 나아가는 것은 아닙니다. 지구가 안쪽에서 외행성을 추월하면 그 행성은 한동안 별들 사이를 뒤로 갑니다. 행성은 왜 역행하는가는 역행 수업이 실제 궤도 데이터로 그려 냅니다.
행성은 하늘 전체가 아니라 비슷한 띠에 모인다
행성이 하늘의 비슷한 띠에 모이는 까닭은 태양계가 회전하는 납작한 원반에서 태어났기 때문입니다.
태양계는 납작한 원반에서 태어났다
태양계를 만든 가스와 먼지는 회전하며 수축해 원반이 되었습니다. 여덟 행성이 그 안에서 자랐기 때문에 오늘날 궤도도 몇 도씩만 기울어진 채 비슷한 평면에 남아 있습니다.
지구 궤도면이 황도면이고 태양이 1년 동안 배경 별 사이를 지나는 길이 황도입니다. 다른 행성의 궤도면도 비슷하므로 하늘에서는 황도 가까이에 나타납니다.
황도는 이 평면이 하늘에 남기는 길
지구의 관측자에게는 투명한 황도면이 보이지 않고, 태양이 1년 동안 배경 별 사이를 움직이는 모습만 보입니다. 태양이 지나는 이 길이 황도이며, 지구 궤도면이 하늘에 투영되어 남은 선으로 생각할 수도 있습니다.
다른 행성의 궤도도 지구와 크게 다르지 않아 하늘에서는 대개 황도 가까이에 나타납니다. 황도대 별자리는 이 구간을 따라 붙은 배경 이름일 뿐입니다. 행성이 어느 별자리를 지나는지가 사람의 성격이나 운명을 바꾼다고 알려진 메커니즘은 없습니다.
화면은 작은 높이 차이를 일부러 키운다
실제 태양계 척도에서는 몇 도의 궤도 경사를 구분하기 어렵습니다. 수직 확대는 어느 궤도가 높은지 드러내지만 화면의 기울기는 실제 비율이 아닙니다.
황도대 별자리는 이 띠를 따라 붙은 배경 이름입니다. 행성이 어떤 별자리에 있는지가 사람의 성격이나 운명을 바꾸는 알려진 물리적 메커니즘은 없습니다.
은하수가 여름 풍경인 건 은하가 아니라 지구가 움직였기 때문
은하수는 여름에만 나타난다고 생각하기 쉽지만, 은하수는 늘 그 자리에 있습니다. 바뀌는 것은 지구의 위치입니다. 은하수에서 가장 밝고 두꺼운 부분은 궁수자리 방향에 있고, 그 방향은 앞에서 설명한 띠 위에 놓입니다. 그래서 태양은 일 년에 한 번 그곳을 지나갑니다.
12월 중순에는 태양이 거의 그 방향과 겹칩니다. 그러면 은하 중심은 낮 동안 하늘에 있고 밤에는 지평선 아래로 내려갑니다. 6월 중순이 되면 지구가 궤도 반대편으로 옮겨가, 해가 진 뒤 태양을 등진 쪽이 마침 궁수자리를 향하게 되어 은하 중심이 어두워질 때부터 새벽까지 보입니다. 봄과 가을은 그 중간이라 밤의 일부에만 모습을 드러냅니다.
얼마나 높이 뜨는지는 계절과 무관하고 서 있는 곳이 정합니다. 북쪽으로 갈수록 지평선에 가까워져 타이베이에서는 약 36도, 도쿄에서는 25도, 런던에서는 10도에 못 미칩니다. 낮은 하늘은 대기가 두껍고 광해도 심해서, 같은 밤이라도 남쪽으로 내려갈수록 더 깨끗하게 담기는 경우가 많습니다.
왜 납작한가
결과는 지름 약 60 AU, 두께 약 2 AU의 태양계입니다. 화면에 정직하게 그리면 그것은 수평선 하나일 뿐입니다. 위에 조작이 있는 이유이자, 설명문이 몇 배로 과장했는지 밝히는 이유입니다.
'황도'란 다름 아닌 지구의 궤도면, 우리가 마침 올라타 있는 평면입니다. 그것은 기준이지 법칙이 아닙니다. 행성이 그 위에 늘어서 있는 것이 아니라 서로 가까이 늘어서 있고, 우리가 우리 궤도를 0으로 골랐을 뿐입니다. 계 전체의 각운동량으로 가중한 불변면은 황도에서 약 1.6도 떨어져 있고, 이치로는 그쪽이 기준으로 더 알맞습니다. 아무도 쓰지 않는 이유는 우리가 그 위에 있지 않기 때문입니다.
서로 다른 두 각
해왕성의 궤도 경사각은 1.77도로 화성·토성·금성·수성보다 작지만 평면에서 0.94 AU나 벗어납니다. 태양에서 우리까지의 거리와 거의 같습니다. 수성의 7.00도는 가장 가파르지만 0.05 AU에 그칩니다. 각도는 규모를 감추지만 가운데 열은 감추지 않습니다.
반대 방향으로도 같습니다. 금성의 궤도는 3.39도밖에 기울지 않았지만 금성은 황도에서 8.6도까지 벗어나 보일 수 있습니다. 내합 때 0.27 AU, 태양보다 가까이 있어 같은 옆쪽 어긋남이 훨씬 큰 각을 이루기 때문입니다. 수성은 반대입니다. 여덟 중 가장 가파른 궤도를 가졌지만 0.55 AU보다 가까이 온 적이 없어, 벗어나 보이는 것은 5도 남짓을 넘지 않습니다.
황도대가 띠인 이유
황도 위아래로 9도의 띠면 언제나 모든 행성이 들어갑니다. 황도대의 너비가 전통적으로 8도에서 9도인 까닭이 여기 있습니다. 게다가 너비를 정하는 것은 가장 가파른 궤도를 가진 행성이 아니라 금성입니다. 이 너비는 태양계의 모양이 아니라 여기서 어떻게 보이는가에 관한 사실이기 때문입니다.
같은 띠가 행성끼리의 합이 일어나는 이유이고, 달이 태양을 가릴 수 있는 이유이며, 행성이 항성을 가릴 수 있는 이유입니다. 흥미로운 일이 모두 한 줄 위에서 일어나는 것은, 모든 것이 한 평면에 있기 때문입니다.
여기서 황도대란 하늘의 한 띠와 황도가 지나는 별자리들을 뜻합니다. 이 페이지는 행성이 지금 어느 별자리 앞에 있는지에 어떤 의미도 부여하지 않습니다.
은하 중심도 이 띠 위에 있다
은하 중심(궁수자리 방향)을 황도 좌표로 바꾸면 황경 약 266.9도, 황위 약 −5.6도가 됩니다. 앞에서 본 반폭 약 9도의 띠 안에 들어옵니다. 황도면과 은하면은 평행하지 않고 60.2도로 만납니다. 은하 중심이 황도 가까이 놓인 것은 그 교차가 만든 우연이지만, 이 우연 덕분에 ‘행성이 어디 있는가’와 ‘은하수 시즌’을 같은 기하로 설명할 수 있습니다.
태양은 일 년에 걸쳐 황도를 한 바퀴 돕니다. 12월 19일 무렵 태양의 황경은 은하 중심과 거의 같아집니다. 같은 방향에 있으므로 은하 중심은 낮 내내 지평선 위에 있고 밤에는 지평선 아래로 내려갑니다. 약 반년 뒤인 6월 18일 무렵에는 태양이 반대편으로 돌아, 은하 중심이 해 질 무렵 떠올라 자정 근처에 남중하고 새벽까지 보입니다. 이것이 이른바 ‘은하수 시즌’이며 대략 2월부터 10월, 5월에서 8월이 가장 좋습니다.
얼마나 높이 뜨는지는 계절이 아니라 위도가 정합니다. 은하 중심의 적위는 약 −29.0도이므로, 남중 고도는 90도에서 관측지 위도와 이 적위의 차를 뺀 값입니다. 타이베이에서 약 36도, 홍콩에서 약 39도, 도쿄에서 약 25도, 서울에서 약 23도, 런던에서는 약 9.5도에 불과합니다. 위도가 높을수록 지평선에 붙고, 빛이 지나는 대기는 두꺼워지며, 지형과 지상 조명에 가려지기도 쉽습니다.
내 도시와 날짜에서 은하 중심이 밤에 언제 보이고 얼마나 높이 오르는지는 은하수와 은하 중심 관측 수업에서 도시·달·시각을 골라 다시 계산할 수 있습니다.
은하 중심 자체는 움직이지 않습니다. 바뀌는 것은 지구의 공전 위치, 곧 해가 진 뒤 우리가 하늘의 어느 쪽을 향하고 있는가입니다.
납작함이 낳는 결과
이는 또한 행성이 언제나 하늘의 같은 호 어딘가에 있다는 뜻이고, 그 호는 태양의 낮 경로를 반년 옮긴 것입니다. 6월에 해가 어디로 지는지 안다면, 12월 한밤중에 목성을 어디쯤에서 찾을지도 대충 아는 셈입니다.
서로 다른 두 각
행성
궤도 경사각
평면에서 벗어나는 최대 높이
여기서 본 최대 벗어남
수성
7.00°
0.05 AU
≈ 5.0°
금성
3.39°
0.04 AU
≈ 8.6°
해왕성
1.77°
0.94 AU
≈ 2.0°
자주 묻는 질문
행성이 황도 부근에 모이는 이유는 무엇인가요?
태양과 행성은 하나의 가스·먼지 구름에서 응축했습니다. 알짜 회전이 조금이라도 있는 구름은 고르게 무너질 수 없습니다. 회전축을 따라서는 자유롭게 떨어지지만 그에 수직인 방향으로는 자기 회전이 떠받치므로 원반으로 납작해집니다. 그 원반 안에서 생긴 모든 것이 그 평면을 물려받았고, 그 뒤로 행성을 거기서 밀어낸 것은 없습니다.
궤도 경사각과 하늘에서 보이는 황위는 같은 값인가요?
궤도 경사각은 태양에서 잽니다. 궤도면과 황도면 사이의 각입니다. 반면 '얼마나 선에서 벗어나 보이는가'는 여기서 재는 것이고, 그때 행성이 얼마나 멀리 있는지에도 달려 있습니다. 둘은 같은 숫자가 아니며, 어느 쪽도 다른 쪽의 상한이 아닙니다.
삭이나 망 때마다 일식과 월식이 일어나지 않는 이유는 무엇인가요?
식이 가장 분명한 예입니다. 달의 궤도가 정확히 황도면에 있었다면 삭마다 일식이, 망마다 월식이 일어났을 것입니다. 실제로는 5.1도 기울어 있어서 달의 궤도가 황도를 가로지르는 두 점 근처에서만 정렬이 맞습니다. 식이 매달의 일이 아니라 '계절'이 되는 까닭입니다.
은하 중심은 왜 일 년 중 일부 기간에만 보이나요?
태양은 일 년에 걸쳐 황도를 한 바퀴 돕니다. 12월 19일 무렵 태양의 황경은 은하 중심과 거의 같아집니다. 같은 방향에 있으므로 은하 중심은 낮 내내 지평선 위에 있고 밤에는 지평선 아래로 내려갑니다. 약 반년 뒤인 6월 18일 무렵에는 태양이 반대편으로 돌아, 은하 중심이 해 질 무렵 떠올라 자정 근처에 남중하고 새벽까지 보입니다. 이것이 이른바 ‘은하수 시즌’이며 대략 2월부터 10월, 5월에서 8월이 가장 좋습니다.
궤도 요소는 NASA/JPL “Keplerian Elements for Approximate Positions of the Major Planets”(Standish & Williams, 1992)에서 가져왔으며 1800–2050년에 유효합니다. 위치는 기하학적 위치로 광행시와 광행차를 포함하지 않습니다. 망원경 시야의 재현이 아니라 황도면 교육용 그림이기 때문입니다.