밤하늘의 길잡이(북극성, 시리우스별)

하늘의 붙박이별, 북극성

사람들은 흔히 북극성이 밤하늘의 가장 밝은 별이라 알고 있다. 나 또한 북극성이 밤하늘을 밝히는 가장 밝은 별이라 생각했다. 하지만 북극성은 사실 밝기로 따지면 47번째밖에 되지 않는 희미한 별이다. 북극성이 유명한 이유는 사실 그 밝기보다는 위치에 있다. 

작은곰자리 '알파성' 또는 '폴라리스'라고도 불리는 북극성은 지구에서 430광년 떨어져 있다. 망원경으로 북극성을 아주 자세히 관찰하면, 원래는 삼중성임을 알 수 있다. 사람이 맨눈으로 볼 수 있는 북극성의 별은 세 별 중 가장 뜨겁고 커다란 별로, 태양보다 2000배나 밝게 빛나고 있다고 한다. 그 옆에 난쟁이 별이 있고, 이 두 별을 세 번째 별이 돌고 있는 형태이다.

북극성을 정말 특별하게 만드는 것은 하늘에 자리 잡고 있는 위치이다. 지구의 자전축을 연장하여 그 북쪽 끝이 하늘에 이르게 하면, 상당히 정확히 북극성이 있는 지점에 이른다. 별들이 지구를 도는 게 아니라 지구가 스스로 돌고 있기에 모든 별이 북극성을 중심으로 도는 것처럼 보이지만, 북극성만 유일하게 움직이지 않는 붙박이별처럼 보인다.

그래서 북극성은 나침반이 없어도 북쪽을 찾을 때 아주 유용하다. 이런 사실은 북극성이 불려온 이름들을 통해 그 중요성을 알 수 있다. 영국에서는 북극성에 '배의 별'이라는 뜻의 'scipsteorra'라는 이름을 붙였다. 이는 항해자들이 대양 한가운데에서 북극성을 기준으로 길을 찾았기 때문이다. 인도에서는 북극성을 '드루바'라고 불렀는데, '붙박이별' 혹은 '움직이지 않는 별'이라는 뜻이다.

시대에 따라 달라지는 북극성

 

옛 선조들의 생각과 달리 지구의 자전축이 고정되어 있지 않기 때문에 마냥 북극성만 믿고 방향을 단정 지을 수는 없다. 달과 태양이 지구에 미치는 중력으로 자전축이 가리키는 방향이 달라지기 때문이다. 자전축은 작은 원형을 그리며 회전하는데, 이를 자전축의 세차운동이라고 한다. 현재는 자전축의 끝이 거의 정확하게 북극성이 있는 방향을 가리키고 있지만, 기원전 4세기까지만 해도 그렇지 않았다. 그리스의 지리학자 피테아스는 하늘의 북극이 별과는 상관없는 것으로 묘사했는데, 당시에는 정말 지구의 자전축이 다른 방향을 가리켰다고 한다. 고대 중국의 천문학에서는 우리가 현재 '코카브'라 부르는 별을 '북극의 두 번째 별'이라는 뜻의 '북극이'라고 불렀다. 실제로 2000년 전에서 3000년 전까지 이 별은 현재의 북극성보다 하늘의 북극에 더 가까웠다.

인류는 그보다 더 이른 시대에는 '투반'이라는 별을 북극성으로 활용했다. 용자리의 알파성인 이 별은 기원전 3942년에서 기원전 1793년까지 하늘의 북극점에서 가장 가까운 별이었고, 오늘날 북극성보다 더 가까웠다. 이보다 더 거슬러 올라가면 헤르쿨레스자리의 '타우성'이나 '베가'가 북극성 역할을 했다. 22세기까지는 아직 자전축의 방향이 현재의 북극성에 근접할 것으로 보이며, 이후에는 케페우스자리의 감마성이나 알파성이 그런 역할을 넘겨받을 것이다. 이후 1만 2000년 정도의 시간이 지나면 다시 베가가 그 역할을 하게 될 것이다. 자전축의 세차운동은 약 2만 5700년 주기로 이루어지는데, 북극성이 다시 오늘날과 같은 역할을 맡기까지는 그 정도의 시간이 걸릴 예정이다. 지구의 자전축이 이러한 시간을 들여 운동하고 있다는 건 사실이지만, 2만 5700년의 세월이 흐른 후 지구에서 하늘의 북극점을 볼 수 있는 기회가 올 수 있을지는 미지수다.

홍수를 알리는 별, 시리우스

 

4000년 전 이집트 문명에서 새벽 여명에 보이는 시리우스는 홍수를 예보하는 별이었다. 오늘날에도 시리우스는 여전히 시선을 끌고 있는데, 바로 밤하늘에서 가장 밝게 빛나는 별이기 때문이다. 시리우스는 태양보다 더 크고, 뜨겁고, 질량도 크다. 거리는 8.6광년 정도로 지구와도 근접해 있는 별이다. 

고대 이집트인들에게 시리우스는 매우 중요한 별이었다. 나일강은 1년에 한 번씩 범람하는데, 이는 주변 땅을 비옥하게 만들어주므로 이집트인들은 이를 매우 중요하게 생각했다. 나일강 홍수가 없으면 주변 밭에 진흙도 물도 공급되지 않아 농사를 지을 수 없었기 때문인데, 이집트인들은 이 나일강의 범람을 바로 시리우스를 보고 예상했다. 매년 봄 많은 물을 품은 계절풍이 에티오피아 남쪽에 비를 몰고 오는 것이 나일강 범람으로 이어졌는데, 같은 시기 새벽하늘에서 으레 시리우스가 뜨는 걸 볼 수 있었다. 다시금 새벽하늘에 모습을 드러낸 시리우스가 바로 새로운 농사의 시작을 상징하게 된 것이다. 그리하여 이집트인은 이날 소티스 축제를 열어 새로운 해의 시작을 기념했다고 한다. 이집트인은 시리우스를 '소티스'라 불렀고, 이 축제는 이집트력에서 가장 중요한 축제였다.

항성일과 태양일

지구는 단순히 자전만 하지 않고, 태양 주위도 공전한다. 그리하여 지구의 자전 시간을 계산할 때 먼 별을 기준으로 삼느냐, 가까운 태양을 기준으로 삼느냐에 따라 일부 차이가 생긴다. 가령 지표면의 특정 지점이 하늘의 별을 기준으로 자전 뒤 전날과 같은 위치에 오르게 되는 시간을 측정할 수 있다. 이 시간이 23시간 56분 4초다. 이를 '항성일'이라 한다. 그러나 이런 별의 하루가 끝날 때 태양은 전날과 같은 위치에 있지 않다. 지구가 태양을 도는 공전궤도에서 조금 나아갔기 때문인데, 그리하여 태양은 우리가 보기에 약간 다른 각도에 있고, 이런 차이를 상쇄하려면 지구가 좀 더 자전할 때까지 기다려야 한다. 그 시간이 정확히 3분 56초로 이렇게 24시간이 지나간 다음에야 '태양일'이 완성된다. 즉, 별은 하루에 태양보다 4분씩 더 앞서 뜨는데, 태양과 시리우스가 특정한 날 정확히 같은 시간에 지평선에서 떠오르는 것을 '신출'이라 한다. 

별이 태양과 너무 가까이에 있으면 당연히 우리 눈에 보이지 않는다. 그러나 태양과 동시에 뜬 뒤 며칠이 지나면, 시리우스처럼 밝은 별은 새벽하늘에서 쉽게 발견할 수 있다.

인간이 수천 년 전부터 별 연구에 관심을 가진 건 놀라운 일이 아니다. 하늘에서 일어나는 일을 아는 사람이 땅의 일을 더 잘 계획하고 통제할 수 있다고 믿었기 때문인데, 별에 대한 지식은 종교적, 실용적으로 꼭 필요한 통치 수단이었다.

하지만 오늘날 시리우스는 과거 자신이 지녔던 중요성을 잃어버렸다. 아스완댐 덕분에 이제 나일강은 범람하지 않고, 지난 몇천 년간 자전축의 기울기 변화로 인해 별들의 위치도 바뀌었기에 이제 시리우스에게 나일강 홍수를 알리는 별의 역할은 기대할 수 없을 것이다. 그러나 밤하늘에서 가장 빛나는 별이라는 사실은 여전히 변함없어 별자리를 관찰하는 우리에게 찾는 즐거움을 선사한다.