북극성

북극성은 작은곰자리에서 가장 밝은 별이다(α UMi). 북극성은 지구 자전축의 북쪽 방향 연장선이 하늘 면에 닿는 지점인 천구의 북극점에서 겨우 0.7도 떨어져 있다. 그러므로 안시 관측하면 북극성은 밤하늘에서 거의 움직이지 않으며 다른 별들은 북극성을 중심으로 하루에 한번 도는 운동, 즉 일주운동을 하는 것처럼 보인다. 그러나, 그림 1과 같이 영상 관측하면 북극성은 북극점을 중심으로 아주 작은 원을 그리는 일주운동 궤적이 나타난다. 북극성은 북두칠성 또는 카시오페이아자리를 이용해 쉽게 찾을 수 있다. 별의 특성상 북극성은 초거성이며, 변광성이며, 다중성이다. 지구의 세차운동 때문에 북극점의 위치는 별자리 상에서 변하게 된다. 현재 북극성 근처에 있는 북극점은 12000년 후에 직녀성 근처에 있게 된다. 그때에는 지금 우리가 직녀성이라고 부르는 별을 북극성으로 불러야 할 것이다.

그림1. 북극성과 별들의 일주 운동 (출처: 전영범/한국천문학회)

목차

북극성을 찾는 방법은 잘 알려져 있는 대로, 큰곰자리의 북두칠성과 카시오페이아 자리를 이용하는 것이다(그림 2). 북두칠성의 국자 머리 부분의 두별을 이어 그 간격의 약 다섯 배 떨어진 곳을 찾으면 북극성이 위치하고 있다. 또한 W 자 형태를 보이는 카시오페이아자리의 양쪽 변을 이은 연장선이 만나는 점에서 가운데 별까지의 간격에 약 5배 떨어진 곳을 찾으면 역시 북극성이 위치하고 있다. 큰곰자리 북두칠성과 카시오페이아자리는 북극성을 중심으로 서로 반대 방향에 위치하고 있어 밤하늘에 둘 중 하나는 고도가 높아 잘 보인다. 따라서, 이 두가지 방법을 알고 있으면 맑은날 밤하늘에서 언제나 북극성을 쉽게 찾을 수 있다. 한편, 븍극점의 고도는 관측자의 지구상의 위도와 같다는 사실을 적용하면 지평선으로부터 북극성이 어느 정도 떨어져 있는지 미리 예측할 수 있다. 즉, 서울지역에서는 북극성은 정북 방향의 지평선에서 약 37.5도 떨어진 고도에 위치하고 있다.

그림 2. 북극성 찾기. 북두칠성의 국자 머리 부분의 두별을 이어 그 간격의 약 다섯 배 떨어진 곳을 찾으면 북극성이 위치하고 있다. 또한 W 자 형태를 보이는 카시오페이아자리의 양쪽 변을 이은 연장선이 만나는 점에서 가운데 별까지의 간격에 약 5배 떨어진 곳을 찾으면 역시 북극성이 위치하고 있다. (출처: 손영종/이지원/한국천문학회)

그림 3. 북극성과 동반성(출처: )

한국천문연구원 발행 2017 역서의 주요 항성표에 따르면, 북극성의 위치는 J2017.5년 기준으로 적경 2h 53m 34.0s 적위 +89° 20’ 17" 이다. 북극성의 겉보기 특성으로 거리는 143 파섹(약 466 광년)이며 밝기는 안시등급으로 V = 2.02, 그리고 색지수는 U-B = 0.38, B-V = 0.60 이다. 북극성의 분광형은 F5-8 lb 으로서 초거성에 해당되며, 세페이드형변광성으로 약 4일을 주기로 밝기가 변화한다. 세페이드형변광성은 수축과 팽창을 반복하며 밝기가 변하는 맥동변광성으로서, 변광 주기와 평균 광도 사이의 주기-광도관계가 매우 정확하여, 별의 거리를 결정하는 표준광원으로 사용된다. 북극성의 질량은 태양의 약 4.5배 이며, 반경은 태양의 약 46배, 그리고 광도는 태양의 2,500배에 해당한다. 북극성은 사실상 다중성 계로서, 현재까지 4개의 동반성이 확인되고 있다(그림 3).

지구에서 관측한 태양의 천구상 궤도를 황도라고 한다. 실제로 태양을 중심으로 공전하는 지구의 천구상 궤도는 황도와 같으며, 지구의 자전축은 황도면에 66.5도 기울어져 있다. 그런데, 이와같이 태양을 중심으로 공전하는 지구의 자전운동에 의해 세차운동이 일어나게 된다. 세차현상은 수직에서 일정한 각으로 기울어진 상태로 회전하는 팽이의 모습을 보면 이해할 수 있다. 즉, 기울어진 팽이가 회전을 하게 되면 쓰러지지 않고 팽이의 회전축이 바닥의 수직 방향에 대한 각도와 거리를 유지하면서 계속 회전하는 현상이다.

그림 4. 지구의 세차현상.지구의 자전축은 25,770년을 주기로 회전한다. (출처: 손영종/이지원/한국천문학회)

지구의 세차운동으로 지구의 자전축은 약 25,770년을 주기로 회전한다(그림 4). 따라서, 천구 상에서 북극점의 위치는 계속 변하게 되며, 현재 천구의 북극점에서 약 0.7도 떨어져 있는 북극성은 2100년경에는 북극점에 더 가까워지면서 0.46도 정도 떨어져있게 된다. 이러한 세차운동을 감안하면 지금으로부터 12,000년 이후에는 거문고자리에서 가장 밝은 별인 직녀성(Vega)이 북극성의 자리에 놓이게 된다.