방위각과 고도: 태양 위치와 그림자를 읽는 법

두 각도로 하늘의 한 점 정하기

관측자의 지평선을 기준으로 하는 지평좌표계는 현장에서 가장 직관적인 좌표입니다. 지평선이 밑둘레, 머리 바로 위 **천정**이 꼭대기인 하늘 반구를 생각하면 됩니다.

• **방위각A:** 보통 북쪽 0°에서 동쪽 90°, 남쪽 180°, 서쪽 270° 순으로 셉니다. 일부 옛 자료는 남쪽에서 시작하므로 정의를 확인해야 합니다.
• **고도h:** 지평선 0°, 천정 90°이며 아래는 음수입니다. 대신 천정거리를 쓰기도 하는데,90°−h입니다.

같은 순간에도 서울과 제주의 값은 다릅니다. 같은 표준시를 사용한다는 것은 같은 지평좌표라는 뜻이 아닙니다. 숫자를 비교할 때는 날짜와 정확한 장소를 함께 보세요.

하루 동안 태양은 어떻게 움직일까요

지구 자전으로 태양은 일주 원을 따라 움직이는 듯 보입니다. 적도 기준 시각은 대략 시간당 15° 변하지만, 방위각과 고도가 각각 항상 시간당 15° 변하는 것은 아닙니다. 변환에는 위도와 적위가 들어갑니다.

서울·제주처럼 북회귀선 북쪽에서는 태양이 동쪽 하늘에서 올라 남쪽에서 상중천한 뒤 서쪽으로 내려갑니다. 상중천은 하루 중 가장 높은 순간, 즉 진태양 정오이며 시계 12시로 고정되지 않습니다. 시간대 안의 경도와 균시차가 함께 작용합니다.

기하학적 정오 고도는 90°−|위도−태양 적위|로 이해할 수 있습니다. 북회귀선 북쪽에서는 하지가 높고 동지가 낮으며, 두 지점 사이 정오 고도 차이는 약 47°입니다. 더 북쪽에서는 특히 겨울 태양이 낮습니다. 열대와 남반구에는 조건에 맞게 적용해야 합니다.

일 년 동안 무엇이 바뀔까요

지축은 궤도면의 수직 방향에서 약 23.4° 기울어져 있어 태양 적위가 약±23.4° 사이에서 변합니다. 이 변화가 정오 높이뿐 아니라 일출·일몰 방향도 옮깁니다.

서울과 제주에서는 여름에 북동쪽에서 떠 북서쪽으로 지며, 겨울에는 남동·남서쪽으로 옮겨 낮의 호가 짧아집니다. 춘분·추분에는 거의 동서 방향입니다. 고위도로 갈수록 이 이동 폭과 낮 길이 차이는 대체로 커집니다.

대기 굴절로 태양 가장자리가 보이는 순간이 달라지면 출몰 방위도 조금 달라집니다. 이동 방향은 그때 경로에 따라 정해야 하므로, 굴절이 일출 위치를 언제나 북쪽으로 옮긴다고 할 수는 없습니다.

그림자, 태양광, 정원과 사진에 활용하기

그림자: 수평면의 수직 물체는 태양이 낮을수록 그림자가 길어집니다. 고도 45°에서는 그림자 길이가 물체 높이와 같습니다. 서울 주택의 겨울 햇빛을 보려면 태양 고도와 방위, 주변 건물 높이를 함께 비교해야 합니다.

태양광 설비: 태양 위치는 입사각을 이해하는 바탕이지만, 실제 발전에는 그늘, 지붕, 장비, 구름과 온도도 중요합니다. 유럽 특정 위도의 고정 경사각을 한국 전체에 그대로 적용할 수 없습니다. 앱은 천문 위치를 보여 주며 전체 발전량 설계 도구는 아닙니다.

사진과 건축: 창으로 빛이 들어오는 방향, 거리 끝이나 산봉우리 뒤로 태양이 오는 구도는 목표 방향과 태양 방위·고도를 비교해 준비합니다. 팔을 편 주먹 하나는 대략 10°지만 개인차가 있어 정밀 측정은 아닙니다.

안전: 각도를 알아보려고 태양을 응시하지 마세요. 그림자와 앱을 활용하고, 투영은 태양 투영이 허용된 장비로 제조사 지침에 따라야 합니다. 아무 망원경이나 태양으로 향하게 해도 되는 것은 아닙니다.

정밀 관측에서 구분할 보정

기하학적 위치와 겉보기 위치는 다릅니다. 굴절은 지평선 근처에서 약 0.5°까지 커지지만 높은 고도에서는 작아지고 천정에서는 0에 가까워집니다. 표준값은 기압과 기온 변화로 달라질 수 있습니다.

관측점에 따른 시차도 있습니다. 태양의 수평시차는 약 9각초로 일상 그림자에는 작지만 측량·항법에서는 정의를 맞춰야 합니다. 관측 높이에 따른 지평선 침하와 실제 산·건물 차폐도 따로 다룹니다.

남회귀선보다 남쪽에서는 태양 상중천이 북쪽입니다. 열대에서는 날짜에 따라 북·남쪽일 수 있고 천정을 지날 수도 있습니다. 따라서 “정오 태양은 남쪽”은 지리 범위를 명시한 설명이어야 합니다.