목동자리와 별까지의 거리

지구의 북극은 이제 태양 쪽으로 기울었다. 황소자리에 들어선 태양은 궤도의 북쪽 정상에 접근하고 있다. 태양은 적도에서 22˚올라와 있고 이제 북회귀선 까지는 1½˚가 남아 있다. 남반구에서 별을 바라보는 사람들은 이제 서늘한 밤을 맞이하게 된다. 그러나 북쪽에 살고 있는 우리들은 태양의 복사에너지가 곧장 땅 위에 떨어짐에 따라 더위를 느끼기 시작한다. 낮은 길어졌고 별밤을 맞이하기 위해서는 더 오랜 시간을 기다려야 한다. 그러나 충분히 기다릴 가치가 있는 밤이다! 여름의 화려한 별자리들이 우리의 저녁 하늘로 하나 둘 떠오르기 시작했다. 오늘 밤 하늘 높은 곳에는 아름다운 별 `아크투루스(Arcturus, 목동자리 으뜸별)`가 떠있을 것이다.

5천 년 전, 빙하기의 마지막 냉기가 여전히 북반구에 남아 있을 때 아프리카의 사하라 사막은 푸르고 비옥했다. 석기시대 말기의 목동들은 새로 길들인 소, 염소, 양떼를 몰고 초원을 가로지르며 유목 생활을 해 나갔다. 그들은 푸르른 사하라에서의 생활을 아름다운 벽화로 남겼다. 아름다운 별밤이 펼쳐지는 동안 그들은 하늘을 바라보고 별들 속에서 목동의 모습을 상상했을 것이다. `목동자리(Bootes, boo-OH-teez)`는 오래된 별자리이다. 이 이름은 기원전 8세기에 나온 `호머(Homer)의 오디세이(Odyssey)`에서도 언급되고 있다.

사하라의 벽화는 아득한 옛날 소를 몰고 가는 목동의 모습을 보여 주고 있다. 그러나 하늘에서 목동의 앞에 있는 것은 `소`가 아니라 `곰`이다. 큰 곰의 꼬리가 가리키는 호를 따라가면 목동자리의 으뜸별 아크투루스(Arcturus, 오렌지색)를 발견할 수 있다. 이 별의 이름은 `곰의 감시인`을 뜻한다. 아크투루스는 1933년 시카고에서 열린 진보 세기 세계 박람회(the Century of Progress World's Fair)의 시작을 알렸던 별로써 많은 사람들에게 기억되고 있다. 그 당시에는 아크투루스까지의 거리를 40광년으로 생각했었고 바로 40년 전인 1893년에 시카고에서 이전의 세계 박람회가 열렸다.

앞선 행사와의 연속성을 확보하기 위해 아크투루스로부터의 빛을 망원경을 통해 박람회장의 전등 스위치를 당기는 광전지 위에 모았다. 진보세기 박람회의 문을 열었던 이 빛은 1983년 박람회 때 지구를 향한 긴 여행을 시작했던 셈이다. 오늘날 우리는 아크투루스까지의 거리가 좀 더 가까운 36광년이라는 것을 알게 되었다. 여기서 우리는 별까지의 거리를 어떻게 측정하는가에 대한 의문을 갖게 된다.

우주를 전반적으로 이해하는데 있어서 이것보다 더 기본적인 문제는 없다. 별까지의 거리를 알지 못하면 그 별의 실제 밝기를 알 수 없다. 또 별의 실제 밝기를 모르면 H-R도 위에 나타나는 특징은 감추어진 채로 남아 있을 것이다. 이들 H-R도 의 모습은 별의 구조와 진화를 이해하는 열쇠를 제공해 준다. 그리스 사람들은 가장 가까운 별인 태양까지의 거리를 처음으로 측정했다. 그들은 직선으로 측량된 남과 북의 기준선 끝에서 태양의 그림자를 비교하여 먼저 지구의 곡률과 크기를 쟀다. 그러고 나서 월식 때 지구 그림자를 통과하는 달을 주의 깊게 관찰하여 달과 태양까지의 거리를 밝혀냈다. 지구의 실제 크기와 달에 비친 그림자의 크기를 비교하여 달까지의 거리를 계산했다.

이 방법은 나중에 더욱 다듬어졌다. 그러나 태양 이외의 다른 별까지의 거리 측정은 1833년에 와서야 가능했다. 천문학자들이 가까운 별자리의 거리를 측정하는 데 사용하는 방법은 측량기사들이 땅 위에서 경계지표까지의 거리를 잴 때 사용하는 것과 같은 것이다. 삼각함수 말이다. 맨 먼저 기준선을 측정한다. 별들의 경우에 있어서 가장 긴 기준선은 지구로부터 태양까지의 거리인 1억 5천만 킬로미터가 이용된다. 지구가 태양 둘레를 따라 움직임에 따라 이웃 별들의 위치는 더 멀리 있는 별들을 배경으로 자리하게 된다.가까이 있는 별은 지구 궤도의 서로 다른 장소에서 볼 때 천구 위에서의 위치가 변하는 것처럼 보인다. 이 효과를 '시차(視差, parallax)'라고 부른다. 별의 위치에 따른 각의 변화(시차 각, parallax angle)와 기준선으로 천문학자들은 별까지의 거리를 계산한다.

봄철 밤하늘의 별자리 - 목동자리 악튜러스(Arcturus)