천문에서는 삼각함수를 제법 많이 사용합니다.
천문의 어떤 분야를 학습하느냐에 따라 수학이 넓거나 깊게 사용되기도 하지만 별의 위치와 관련된 계산에는 삼각함수가 가장 많이 사용됩니다.

이러한 수학적 공식을 프로그래밍으로 옮기기 위해선 언어의 라이브러리가 '수'를 매우 풍부하게 표현할 수 있어야 합니다. 최근의 프로그래밍 언어 대부분은 수학적 함수가 많기 때문에 이러한 부분은 크게 걱정하지 않아도 됩니다.

여기에서 사용할 C#은 수학적 함수가 풍부합니다. 파이나 등급, 각도등을 측정하는데 요구되는 요소, 예를 들어서 빛의 속도나 물체의 길이와 같은 물리 상수를 이용한 계산등을 할 때 필요한 것들이 모두 구비되어 있습니다. 

하늘의 대상은 보는 위치(사람, 장소, 지구의 위치)나 관점(태양 중심 또는 지구 중심 또는 은하 중심)에 따라 서로 다른 위치 값을 가지게 됩니다. 예를 들어서 A라는 별이 태양을 중심으로 하는 위치값을 가지고 있다고 가정합니다. 이것을 지상에서 보기 위해서는 특정 장소에서 볼 수 있는 위치값으로 변환해야 합니다.

하늘의 대상은 위에서 말했듯 위치나 장소에 따라 서로 다른 값을 가지기 때문에 필요에 따라 그 위치값이 적절하게 변환 되어야 합니다.

따라서 파이라던가 각이나 거리등을 컨버전 하기 위해선 적절한 함수가 필요하고, 그 함수는 매우 빈번하게 사용됩니다.
하늘에 떠있는 별의 좌표는 경도와 위도를 통해 찾을 수 있고, 이것은 전에도 언급했지만 각과 시간으로 이루어져 있습니다. 

하늘의 각과 시간을 계산하는데 필요한 기본적인 상수는 아래와 같습니다.
const double pi = 3.14159265358979324;
const double pi2 = 2.0 * pi;
const double Rad = pi / 180.0;
const double Deg = 180.0 / pi;
const double Arcs = 3600.0 * 180.0 / pi;
const double AU = 149597870.0; //[km]
const double c_light = 173.14; //[AU/d]

각 상수의 단위에 대한 설명을 인터넷 검색을 통해 조금 정리해 보았습니다.

pi는 3.14159265358979324라는 값을 가지며, 원둘레와 지름의 비를 말하며, 약 3.14 입니다. 아래의 그림을 보면 더욱 이해가 빠릅니다.

(이미지 출처 : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2a/Pi-unrolled-720.gif)

라디안(Rad)은 원의 반지름과 같은 길이를 가지는 호가 이루는 각을 말합니다.
다시 말해 원의 지름이 1이라고 할 경우, 반지름은 0.5가 됩니다. 지름 1인 원의 원주가 3.14 입니다. 반지름 0.5의 길이만큼 원의 둘레에 붙여서 하나의 원으로 만들면 총 6개의 호가 있어야 합니다.
이 6개의 호와 원의 반지름이 이루는 각이 1라디안이며, 이것은 약 57.296도 입니다.

아크(Arcs)는 1도를 여러 조각으로 나눈 것의 단위입니다.
Arc Second는 1도를 3600초로 나눈 것(1/3600)이고 Arc Minutes는 1도를 60분으로 나눈 것(1/60)입니다.

1천문단위(1AU)는 영어로는 Astronomical unit이고, 지구 궤도의 가장 긴 반지름이며, 태양과 지구의 평균 거리 입니다. 태양에서 지구까지의 거리는 약 1억 4960만km이며 빛의 속도로 8.3분이 걸립니다.

빛의 속도(Speed of light)는 빛이 지구에서 달까지 오는데 필요한 거리와 비슷합니다. 달에서 빛이 지구까지 도달하는데 약 1초가 걸리며, 빛의 이동거리는 약 30만 km 입니다. 지구에서 달까지의 거리가 38만 km 이므로, 1초보다 아주 약간 더 걸린다고 볼 수 있습니다. 빛은 정확하게 1초동안 299,792, 458미터의 거리를 간다고 합니다. 

<라디안>

도(Degree)는 각도의 단위이고, 원둘레는 360등분 한 것이며, 하나를 1도라고 표현합니다.

요즘 세티가 천문 공부에 푹 빠졌습니다. 눈으로 보는 것으로도 모자라 조금 더 전문 영역으로 자꾸 들어가고 있습니다. 이러다 컴퓨터 때려치고, 천문 공부에만 매달리는 것은 아닌지 모르겠습니다.
그래도 입에 풀칠은 해야겠기에 때려칠수는 없죠..ㅋㅋ (농담이구요..^^;)

사실 요즘은 익숙하지 않은 기술을 익히는게 지겹습니다. 공부하기 싫어서 그런건 아닌 것 같습니다. 일하다보면 개인의 심리 상태를 좌지우지 하는 성취감부터 사람, 조직의 분위기등 많은 요소들이 주변환경을 결정짓게 되는데 이 업계에 대한 글은 워낙 많으니 다들 잘 아실거구ㅋㅋ 저 또한 성인군자는 아니기에 개인이 느끼는 지금의 지겨움에 대해선 다음에 포스팅 한번 해보도록 하겠습니다.(관심 없으신 분은 무시해도 좋습니다.^^)

아무튼 이런 개념적(?) 따분함(회사일 하기 싫어 따분한 건 아니니 오해하심 안됩니다.ㅎㅎ)을 좀 탈피해 보고자 컴퓨터와 천문학의 결합 부분에 관심을 가지게 되었습니다. 뭔가 써먹을려면 알아야 하기에 지난 1년간 모 천문학회에 회원으로 가입하여, 전국 각지를 헤매며 열심히 별을 보게 되었습니다. 그 덕분에 망원경 조작에 대해서도 알게 되었고, 많은 사람을 만나게 되었고, 무엇보다 밤 하늘의 별과 가까워졌다는 사실이 너무 기뻤습니다. 하늘을 조금이나마 알게 되니 이제 그것을 조금씩 컴퓨터 속으로 넣어볼려고 마음먹게 되었습니다.
사실 제가 할려고 하는 것이 잘 될지는 모르겠습니다. 실패할 확률도 매우 높기 때문입니다.(수학이 약하거든요..쿄쿄)

아무튼 이 하늘에 떠있는 별을 잘 보기 위해서, 그리고 하늘을 공부하기 위해선 망원경 조작과 같은 기구 조작도 중요하지만 그것보다 더 중요한 것은 밤 하늘의 별을 잘 찾는 것입니다. 그리고 그것을 잘 찾기 위해서는 좌표계를 알아야 하고요... 그래서 좌표계에 대해서 조금 정리해 보았습니다.

관심있는 분은 한번 읽어보시고, 관심 없는 분은 패스 하셔도 됩니다.~~ ㅎㅎ
그럼 들어갑니다.

Coordinate Systems
하늘엔 수 많은 별이 떠 있습니다. 그 수 많은 별들을 바라보고 있으면 매우 무질서하게 되는대로 어두운 밤하늘에 박혀 있는 것 처럼 보입니다. 맑은 밤 하늘, 내가 봐둔 예쁜 별을 다음날 다시 찾을려고 하면 쉽게 찾을 수 없습니다. 쉽게 찾을 수 없는 이유는 바로 그 별의 위치를 정확하게 모르기 때문입니다. 별의 위치를 알 수 있다면 우리는 별을 찾는 것이 그렇게 어렵지는 않을 것입니다. 그 별의 위치를 찾기 위해 우리에게 필요한 것이 있는데 그것이 바로 좌표계 입니다.

(사진 출처:math.ucr.edu/home/baez/eso_night_sky.jpg)

천문학에서는 하늘에 떠 있는 별과 행성의 위치를 알기 위해 좌표계를 사용합니다. 이런 좌표계는 몇 가지가 있는데 태양을 중심으로 하는 일심좌표(heliocentric coordinates)와 지구를 중심으로 하는 지심좌표(geocentric coordinates)가 있고, 황도 좌표(ecliptic coordinates)와 적도 좌표(equatorial coordinates)가 있습니다.

일심좌표는 태양의 중심을 하나의 점으로 놓고, 지구의 궤도면을 기준면으로 삼는 천구의 좌표 입니다.

(이미지 출처 : http://www.answersingenesis.org/tj/v15/i2/geocentrism.asp)

위의 그림이 좌표를 나타내는 것은 아니지만 일심좌표를 이해하는데는 도움이 되는 이미지 입니다. 그림에서 보이는 것 처럼 태양이 가운데 있고, 지구는 태양의 주위를 돌고 있습니다. 이 때 지구의 궤도 위치에 따라 하늘에 떠 있는 별의 위치가 달리 보이게 됩니다. 그 때 보이는 별의 위치를 좌표화 시킨 것이 일심좌표입니다.

지심좌표는 일심좌표와는 다르게 지구가 그 중심이 됩니다. 그리고  지구의 중심을 원점으로 하여 각 지점의 위치를 정의하게 됩니다. 아래의 그림에 상세하게 잘 나와 있습니다. 지구의 중심을 원점으로 지구 전체에 선을 그어 좌표를 만드는 방법 입니다. 이 방법은 현재 GPS에서 좌표를 잡을 때 쓰이는 방법이라고 합니다.
(지심좌표 설명에서 밑줄 그은 부분과 예시 그림이 적절하지 않아서 지웠습니다. 글 수정 후 다시 올리겠습니다. 잘못된 정보를 전달하게 되어 미안합니다.^^;)

다음으로 황도 좌표가 있는데요.
황도와 춘분점을 기준으로 하늘에 있는 천체의 위치를 잡아내는 겁니다.

어릴 적 아버지 손을 잡고 길을 걷다가 밤 하늘을 가로지르던 별똥별을 보게 되었습니다. 국민학교(지금은 초등학교) 때 가장 즐겨보던 만화가 계몽사에서 출간된 '우주와 개발' 이라는 만화 였지요. 너무 재미있었고, 잠을 자기 전에 꼭 이 책을 읽고 자주 봤으면 책이 다 너덜너덜 해져있었던 기억이 납니다. 이 만화의 내용은 아폴로 11호가 달에 가는 현실을 반영한 과학만화 였습니디.

고등학교 시절엔 천문학과에 진학해서 밤하늘을 마음껏 바라보고 싶었고, 하늘에 나를 맡겨두고 싶었습니다. 현실적인 선택 보다는 내 자신이 원하는 것을 찾아 더 큰 꿈과 희망을 위해서 살고 싶었고, 속세에 물들기 보다는 더 큰 자아를 발견하면서 그렇게 넉넉하진 않더라도 진정 원하는 것을 꿈꾸며 살고 싶었습니다.

그런 생각, 그리고 나를 맡길 수 있는 하늘이 좋았고, 별이 좋았고, 그것을 바라보는 그 자체가 좋았었습니다.

현실에서 원하는 것을 모두 이룰순 없었지만, 이상과 타협을 할 순 있었으니 그래도 전 꽤 운이 좋은 사람입니다.
주중엔 일하고, 주말엔 제가 좋아하는 대상을 보기 위해 즐거운 마음으로 그것들을 찾아갈 수 있기 때문입니다. 좋아하는 것을 함께하는 사람들이 있어서 즐겁고, 또 그렇게 즐거운 밤하늘 보기를 계속하다보니 조금씩 아는 것도 늘어나게 되고, 이렇게 한발자국씩 예전에 이루지 못했던 꿈을 다시 맛보고 있습니다.

밤하늘을 볼 때면 맨눈으로 별자리를 보기도 하지만 그 반짝이는 대상을 조금더 가까이 보고자 한다면 망원경을 필요로 하게 됩니다. 그래서 망원경은 우리의 또 다른 눈의 역할도 하면서 내 마음을 별에게 전달하는 마음의 창 역할을 하기도 합니다.

내년은 갈릴레오 갈릴레이가 우리 마음의 창 역할을 하는 망원경을 만든지 400주년이 되는 해 입니다. 그래서 국제천문연맹(IAU, International Astronomical Union)은 2009년을 '세계 천문의 해(IYA2009, International Year of Astronomy 2009)로 지정했습니다. 이 행사는 지구촌  축제이며, 1년간 다양한 이벤트와 체험의 기회를 제공하게 됩니다.

(세계천문의 해 배너 - 출처 : 한국천문연구원 IYA 2009 웹 사이트)

약 한 달 전에 제가 활동하고 있는 학회에서 보현산 천문대를 간다고 공지가 올라왔었습니다.
어린 아이 소풍가는 마음으로 한달 넘게 기다리고 기다리다가 드디어 주말에 갔다 왔습니다.

보현산 천문대는 경북 영천시 화북면 정각리에 있으며, 서울에서 약 4시간 정도 가야 합니다. 보현산 천문대는 소백산 천문대, 대덕전파천문대와 함께 우리나라 3대 천문관측소 중의 하나라고 합니다.


위 사진은 보현산 천문대가 보유하고 있는 국내 최대의 1.8m 반사 망원경입니다.
망원경 뒤로 보시면 아시겠지만 끝없이 이어지는 산줄기가 매우 아릅답습니다. 보현산은 해발 1,124m 정도 되므로 주변이 모두 발 아래에 놓여 보입니다.

도착하고 나서 쌍안경으로 산 아래를 내려다보니 영천 시내와 저 멀리 포항제철, 그리고 바다가 보이더라구요. 높은 곳인 만큼 일몰도 매우 끝내 줍니다.

이 멋진 일몰을 지인에게 보여주기 위해 화상통화를 시도했는데 전화가 터지질 않더라구요. 나중에 알았지만 보현산 천문대 주변은 전화가 잘 터지지 않는 것으로 많은 사람들이 이미 알고 있었습니다. 그렇다하더라도 이 곳 역시 사람이 사는 곳!! 그래서 찾아보았죠. 어디가 전화가 잘 되는지 말입니다.


사진 속의 주인공은 백신고등학교에서 지구과학을 담당하시는 김재진 선생님 입니다. 저 분이 서계시는 자리에선 신기하게도 전화가 잘 터지는 것이었습니다. 물론 저기서 고개만 옆으로 돌려도 전화는 다시 먹통이되더군요.
그리고 나중에 다시 확인해보니 밤에는 그나마 꽤 넓은 지역에서 전화가 잘되었습니다. 그래도 안되는 곳은 낮보다는 많이 없었습니다.

보현산 정상임을 알리는 표지석 앞에서 사진을 한 컷 찍었습니다. 사진 뒤로 보이는 작은 마을이 참 정겹게 느껴집니다. 보현산 천문대는 자동차로 올라가기에도 참으로 꼬불꼬불하고 가파른 곳입니다. 옛날에는 교통수단도 만만치 않았을텐데 이웃 마을 갈려면 얼마나 많은 산을 넘어야 했을까요. 가는 길 중간에 호랑이나 도적들도 만났을텐데 말입니다.^^;

보현산 천문대가 보유하고 있는 1.8m 반사망원경의 스펙은 다음의 주소에서 확인할 수 있습니다.
http://boao.kasi.re.kr/facility/doyak.aspx

천문대 주변을 이리저리 서성이다가 사람들과 함께 태양플레어망원경 건물동으로 이동했습니다. 이 망원경은 주로 태양의 자기활동을 측정하는데 사용되는 망원경이라고 합니다. 마침 우리가 도착했을 때 망원경이 건물 밖으로 그 모습을 드러내고 있었습니다.

처음에 봤을 때는 거대한 LPG 가스통이 연상되었습니다.^^; 옆에 있던 한 어린이는 이것을 보고 잠수함의 어뢰같다고 하더라구요.^^ LPG 가스통 보다는 더 나은 표현 같았습니다.
태양플레어 망원경에 대한 설명은 다음의 링크에 상세하게 설명되어 있습니다.(http://boao.kasi.re.kr/facility/solartel.aspx)

학회에서 워낙 많은 분들이 오셨던터라 제가 속한 지부는 좀 늦은 시간에 망원경을 구경할 수 있었습니다. 1.8m 반사 망원경이 전 세계적으로는 50위권 밖에서 맴도는 망원경이라고 합니다. 그것으로 본 목성은 그리 아름답지는 않았지만 그래도 우리나라에서는 손꼽힐 정도로 좋은 장비이기에 마음껏 구경했습니다.
(한국의 과학기술에 대한 투자가 너무 열악한 것 같습니다.)

그런데 이 망원경.... 어디서 많이 본 것 같지 않으세요? ㅎㅎ
네~ 그렇습니다. 우리가 사용하는 만원권 지폐 뒷면에 들어가 있는 망원경의 사진입니다.
보현산 천문대의 망원경이 전세계에서 50위권 정도 밖에 안되는 망원경이긴 하지만 그래도 우리나라의 자랑스러운 망원경 중의 하나임에는 틀림없습니다. 이런 장비로 우리의 과학자들은 세계에 내놓아도 손꼽히지 않는 결과물들을 만들어 내고 있습니다. 그 분들에게 더욱 넉넉한 투자가 이루어진다면 지금보다 더 멋진 결과로 세계를 상대로 경쟁하게 되지 않을까 생각해 봅니다.

보현산 천문대에서 하루를 보내며 많은 별들을 보고 싶었지만 온통 하늘을 덮어버린 구름 때문에 결국 유령놀이하고 잠들었습니다.

아무나 갈 수 없는 곳에서 보낸 하룻밤은 매우 특별했습니다. 그리고 우리나라 천문과학기술에 대한 지원이 어느정도인지도 확인해볼 수 있는 시간이었습니다.

요즘 제가 즐겨보는 주말사극 '대왕세종'을 보면 TV 광고에 늘 이렇게 나옵니다. '우리나라 최고의 시대였던 세종 시대' 라는 멘트가 나옵니다. 세종이 과학기술과 문화에 매우 관심이 많았다는 사실은 누구나 알고 있으며, 그가 이룬 과학적 성과가 매우 대단하다는 것도 많은 후손이 알고 있습니다.

도로를 넓히고, 건물을 짓고, 필요한 전자제품을 만들고 하는 것도 좋지만 그런 것들의 수명이 백년 이하라고 할 때 과학기술에 대한 투자로 얻어진 그 지식은 수백년을 이어진다는 생각이 듭니다.

수백년을 이어가는 지식... 그리고 그것에 대한 투자가 진정 대한민국을 위한 투자가 아닐까 하는 생각을 해봅니다. 



참고 사이트
1. 보현산 천문대(http://boao.kasi.re.kr/intro/facilities.aspx)
2. 산으로 가는 사람들(http://alcalde.tistory.com/233?srchid=BR1http%3A%2F%2Falcalde.tistory.com%2F233)
3. 한국아마추어천문학회 서울경기 지부 (http://www.seoulkaas.net)