별의 빛 굴절

지구대기는 그속을 지나는 별빛에 대해서 마치 와 같은 작용을 하기 때문에 별빛을 본래 방향으로부터 굴절시킨다. 지구대기는 지면에 가까울수록 그위에 있는 상층대기의 무게가 커지므로 더욱 압축되어 공기의 밀도가 높아지고, 그만큼 공기의 굴절률은 커진다.

따라서 별빛은 지구대기의 아래로 내려올수록 그 경로가 구부러져, 지면 가까이에서는 거의 곡선이 된다. 그래서 지상의 관측자는 시선방향이 이 곡선에 그은 접선방향과 같아져 처음 별빛이 대기층에 들어올 때의 방향보다 더 높은 곳에 있는 별을 보게 된다.

이러한 굴절효과는 별의 위치가 지평선에 가까울수록 커져서, 근처에서 들어오는 별빛에 대해서는 대기의 굴절이 전혀 나타나지 않으나, 수평방향으로 들어오는 별빛의 경우에는 이 약 35'(0.6°)에 달한다. 달리 말하면, 우리가 지평선에 걸려 있는 별을 볼 때, 별의 실제의 방향은 지평선 아래 35'인 곳에 있게 된다.

그러므로 별의 위치를 정밀하게 잴 때에는 관측된 높이에서 굴절각을 빼주어야 한다. 우리가 해돋이나 해넘이를 보고 있을 때도 마찬가지다. 해돋이나 해넘이에 실제 의 위치는 지평선 아래 35'인 곳에 있게 된다. 우리가 낮의 길이를 잴 때는 태양의 위끝이 지평선 위로 솟아오를 때(해돋이)부터 위끝이 지평선 아래로 질 때(해넘이)까지를 재는데, 이는 태양의 중심이 실제로 지평선에 걸리는 때를 기준으로 하여 계산한 낮의 길이보다 다소 길다.

이러한 차이는 과 때 낮의 길이에 문제가 된다. 흔히 춘분과 추분 때는 밤낮의 길이가 같다고 알고 있지만 실제로 해돋이·해넘이 사이의 시간을 재보면 낮의 길이가 12시간보다 길다는 것을 알게 된다. 이것은 태양의 중심의 실제 위치에 기준을 둘 때 춘·추분의 밤낮의 길이가 같다는 것을 잊기 때문에 생기는 것이다.