북극성이란? 하늘의 나침반이 된 별

밤하늘의 별들은 모두 동쪽에서 서쪽으로 움직입니다. 그런데 딱 한 별만은 자리를 지킵니다. 고대 선원들이 이 별 하나로 대양을 건넌 이유, 그리고 이 별이 영원하지 않다는 사실까지.

북극성이란?

북극성의 정식 명칭은 폴라리스(Polaris)이며, 작은곰자리(Ursa Minor)의 알파성(α UMi)입니다. 지구에서 약 447광년 거리에 있으며, 맨눈으로도 찾을 수 있는 밝기(겉보기등급 약 2.0)를 지닌 별입니다.

하지만 북극성이 특별한 이유는 밝기 때문이 아닙니다. 밤하늘에서 가장 밝은 별은 시리우스(Sirius)이고, 북극성은 밝기 순위 50위권 밖입니다. 북극성이 수천 년간 인류의 나침반 역할을 해온 이유는 단 하나 — 하늘에서 거의 움직이지 않기 때문입니다.

왜 북극성만 움직이지 않을까?

지구는 자전축을 기준으로 하루에 한 바퀴 자전합니다. 이 자전축을 하늘 위로 무한히 연장하면 천구의 북극(Celestial North Pole)이라는 점이 만들어집니다. 밤하늘의 모든 별은 이 점을 중심으로 하루에 한 번씩 원을 그리며 도는 것처럼 보입니다.

북극성은 현재 이 천구의 북극에서 불과 약 0.7° 떨어진 곳에 위치합니다. 그래서 북극성은 거의 움직이지 않는 것처럼 보이고, 나머지 별들은 북극성을 중심으로 동심원을 그리며 회전합니다.

북반구 어디서든 북극성을 찾으면 그 방향이 바로 정북(正北)입니다. 고대 항해사들은 나침반도 GPS도 없이 북극성 하나로 자신의 위치를 파악하고 바다를 건넜습니다.

북극성은 사실 세 개의 별이다

북극성은 맨눈으로 하나처럼 보이지만, 사실 삼중성계(triple star system)입니다. 폴라리스 Aa(주성), Ab(동반성), B(원거리 동반성) 세 별이 서로의 중력으로 묶여 있습니다. 주성인 폴라리스 Aa는 태양 지름의 약 46배에 달하는 황색 초거성입니다.

북극성은 변광성이다

북극성은 밝기가 일정하지 않습니다. 약 3.97일을 주기로 미세하게 밝기가 변하는 세페이드 변광성(Cepheid variable)입니다. 별 자체가 팽창과 수축을 반복하며 크기와 밝기가 오르내립니다.

세페이드 변광성은 천문학에서 매우 중요합니다. 변광 주기와 절대 밝기 사이에 정확한 비례 관계가 있어, 수백만 광년 떨어진 은하까지의 거리를 재는 우주적 자(cosmic ruler)로 활용됩니다.

북극성은 영원하지 않다 — 세차운동

지구의 자전축은 고정되어 있지 않습니다. 마치 기울어진 팽이가 흔들리듯, 지구의 자전축도 서서히 방향을 바꿉니다. 이를 세차운동(precession of the equinoxes)이라 하며, 한 바퀴를 완성하는 데 약 26,000년이 걸립니다.

세차운동 때문에 시대마다 북극성이 달랐습니다.

북극성으로 위도를 알 수 있다

북극성의 고도각(지평선에서의 각도)은 관측자의 위도와 정확히 일치합니다. 북위 37.5°인 서울에서 북극성은 지평선에서 37.5° 높이에 떠 있습니다. 부산(북위 35°)에서는 35°, 제주(북위 33°)에서는 33°입니다.

스마트폰도 GPS도 없던 시대, 선원들은 북극성의 고도각만 측정해 자신이 지구 어느 위도에 있는지 파악했습니다. 지금 밤하늘을 올려다보면, 나침반이자 GPS 역할을 했던 그 별이 여전히 같은 자리에 있습니다.

북극성을 찾는 방법

북극성을 찾는 가장 쉬운 방법은 북두칠성(큰곰자리)을 이용하는 것입니다. 국자 모양의 북두칠성에서 국자 끝부분 두 별(두베와 메라크)을 잇는 선을 5배 연장하면 북극성에 도달합니다. 또는 카시오페이아자리(W 또는 M 모양)의 중앙 별에서 뻗는 선으로도 찾을 수 있습니다.