6개월만 시간을 주세요.
별까지의 거리를 구해 보겠습니다.
가까이 있는 물체는 자를 대면 됩니다. 그런데 물체가 멀리 있으면 자로 잴 수가 없죠.
하물며 별은요? 줄자를 들고 갈 수도, 빛을 쏴서 되돌아오길 기다릴 수도 없습니다.
그런데 천문학자들은 이렇게 말합니다. "6개월만 기다리면 됩니다."
도대체 6개월 동안 무슨 일이 일어나기에 그럴까요?
✋ 지금 바로 해 보기 — 연필 하나면 됩니다
교과서 도입 활동입니다. 30초면 끝나요.
- 연필(또는 손가락)을 쥐고 팔을 앞으로 쭉 뻗습니다.
- 왼쪽 눈만 감고 연필이 교실의 어디쯤(칠판? 창문?)에 겹쳐 보이는지 기억합니다.
- 연필은 그대로 두고, 이번엔 오른쪽 눈만 감습니다.
- 연필이 어떻게 되었나요? 연필은 그대로인데 배경 위에서 위치가 훌쩍 옮겨갑니다.
🌷 수수께끼 하나
한 사람은 "나무 오른쪽에 꽃이 있네"라 하고, 다른 사람은 "어, 나무 왼쪽에 꽃이 있는데?"라고 합니다. 둘 다 거짓말을 하지 않았습니다. 어떻게 이런 일이 가능할까요?
🌍 그럼 별은?
우리는 별을 향해 걸어갈 수 없습니다. 그런데 가만히 있어도 지구가 태양 주위를 일 년에 한 바퀴 돕니다. 6개월이면 지구는 궤도의 정반대편으로 갑니다 — 우리가 저절로 어마어마하게 멀리 자리를 옮기는 셈이죠.
초등학교에서 배운 '지구의 공전'이 여기서 결정적인 역할을 합니다.
이번 시간이 끝나면 이걸 말할 수 있다
왜 6개월 간격으로 재는지까지.
연주 시차가 큰 별과 작은 별 중 어느 쪽이 가까운지.
가까운 별과 먼 별, 어느 쪽이 더 많이 움직여 보일까?
방금 연필로 확인한 그 현상을 이제 별에 적용해 봅니다. 그 전에 — 먼저 예측부터.
연필을 얼굴에서 더 멀리 뻗으면, 좌우 눈을 번갈아 감을 때 생기는 위치 차이는 어떻게 될까?
답을 고른 뒤 실제로 팔을 굽혔다 폈다 하며 확인해 보세요. 예측이 빗나갈 때 가장 많이 배웁니다.
그런데 하늘에는 '왼쪽 눈'과 '오른쪽 눈'이 없습니다.
우리가 좌우 눈을 번갈아 감은 것과 같은 역할을 하는 것은 무엇일까요?
핵심은 이것입니다 — 관측하는 자리가 두 군데여야 시차가 생긴다.
🔭 연주 시차 시뮬레이터
왼쪽은 우주를 위에서 내려다본 모습, 오른쪽은 지구에서 올려다본 밤하늘(Sky View)입니다. 지구가 공전하는 동안 별이 배경 별에 대해 어떻게 움직여 보이는지 지켜보세요.
조작판
③번을 줄여 보세요. 궤도가 작아지면 연주 시차도 같이 작아집니다 — 두 관측 지점이 가까울수록 시차가 작다는 뜻이에요.
📌화면의 거리와 각도는 눈에 보이게 크게 과장했습니다. 실제 별의 연주 시차는 1″(초)도 안 되는 아주 작은 각도라 맨눈으로는 절대 알아챌 수 없어요. 오른쪽에 표시되는 숫자는 실제 관계식 p = a ÷ d 로 계산한 값입니다.
📊 실험 기록
가로축은 별까지의 거리, 세로축은 연주 시차입니다. 점이 3개 이상 쌓이면 반비례 관계가 눈에 보여요.
서로 다른 지점에서 한 물체를 관측했을 때, 멀리 있는 배경에 대해 나타나는 위치 차이를 시차라고 합니다. 시차는 두 관측 지점과 물체가 이루는 각도로 측정합니다. 별의 시차는 지구 공전 궤도에서 가장 멀리 떨어진 두 지점 — 즉 6개월 간격으로 관측했을 때 가장 크게 측정되고, 이때 측정한 시차의 절반을 연주 시차라고 합니다.
→ 이 현상에 관한 한 별은 제자리에 있다고 봐도 됩니다. 움직인 것은 지구이고, 그래서 관측자의 위치가 바뀐 겁니다. 연필이 움직인 게 아니라 내 눈이 바뀐 것과 똑같아요. (별도 아주 느리게 움직이긴 합니다 — 3단계 '헷갈리는 것 정리'에서 다룹니다.)
→ 반대입니다. 가까울수록 크게 움직여 보입니다. 팔을 굽혀 연필을 눈앞에 바싹 댔을 때를 떠올리세요.
지구의 공전 궤도는 우주에서 가장 큰 자(尺)다
두 관측 지점이 멀수록 시차는 커집니다. 사람이 쓸 수 있는 가장 먼 두 지점은 지구 표면의 양 끝이 아니라, 지구가 6개월 간격으로 서 있는 두 자리입니다.
🗺️ 한 장으로 보는 연주 시차
6개월 간격으로 지구는 궤도의 정반대편에 섭니다(1월 ↔ 7월). 두 자리에서 별 S를 보면 시선이 갈라지고, 별 S에서 벌어지는 그 각이 시차 2p입니다. 그 절반인 p가 연주 시차예요 — 밑변이 지구 두 자리 사이(2 AU)가 아니라 태양–지구 1 AU이기 때문입니다. 위쪽 Sky View에서는 별 S가 노란 자리와 분홍 자리를 오가는 것처럼 보이고, 하늘색 자리가 그 한가운데(태양에서 본 자리)입니다.
📖 시차와 연주 시차
사람의 눈은 좌우로 하나씩 있습니다. 왼쪽 눈으로 보는 세상은 오른쪽 눈으로 보는 세상과 조금 달라 보이죠. 그리고 가까이 있는 물체일수록 두 눈으로 보는 위치가 많이 달라져 보입니다. 이처럼 관측하는 위치에 따라 달라져 보이는 각도를 시차라고 합니다. 시차는 물체가 가까울수록 커지고 멀수록 작아집니다.
밤하늘에서 별들은 위치가 변함이 없는 것처럼 보이지만, 자세히 관측해 보면 비교적 가까운 별의 위치는 6개월 간격으로 달라집니다. 이는 별이 6개월마다 움직여 가는 것이 아니라 지구가 태양 주위를 공전하기 때문에 나타나는 현상이에요.
연주 시차는 매우 작아서 초(″) 단위로 나타내며, 연주 시차가 1″인 별까지의 거리를 1 pc(파섹)이라고 합니다. 따라서 연주 시차 p(″)와 별까지의 거리 d(pc)의 관계는 이렇게 됩니다.
용어 지도
📌각도의 단위: 1°(도)를 60등분하면 1′(분), 1′을 60등분하면 1″(초)입니다. 별의 연주 시차는 이 1″보다도 작습니다. / 1 LY은 빛이 1년 동안 가는 거리이고, 빛은 1초에 약 30만 km를 갑니다.
🤯 여기서 다들 헷갈립니다
선생님도 처음 배울 때 막혔던 지점들입니다. 궁금한 것을 눌러 보세요.
연주운동 — 지구의 공전 때문. 주기 1년. 계절마다 보이는 별자리가 통째로 바뀝니다.
연주 시차 — 지구의 공전 때문. 주기 1년. 하늘 전체가 아니라 가까운 별 하나만 배경 별에 대해 아주 조금 어긋납니다.
즉 일주운동·연주운동은 하늘 전체가 같이 움직이는 것이고, 연주 시차는 가까운 별만 배경 별에 대해 따로 움직이는 것입니다. 그래서 연주 시차를 잴 때는 하늘 전체의 움직임을 걷어낸 뒤, 가까운 별이 배경 별에 대해 얼마나 어긋났는지만 봅니다.
재려는 별이 10 pc이면 → p = 0.1″
배경 별이 10,000 pc이면 → p = 0.0001″ — 1,000분의 1입니다.
비유하자면, 달리는 차 안에서 창밖을 볼 때 가로수는 휙휙 지나가지만 멀리 있는 산은 거의 안 움직이는 것과 같습니다. 산도 실제로는 움직여 보이지만, 가로수에 비하면 없는 것이나 마찬가지죠. 배경 별은 '움직이지 않는 눈금자' 역할을 해 줍니다.
별의 고유 운동 — 한 방향으로 계속 간다. 여러 해에 걸쳐 조금씩 쌓인다.
태양의 은하 공전 — 한 바퀴에 약 2억 년. 몇 년 단위로는 티가 안 난다.
우주 팽창 — 은하와 은하 사이에서 일어난다. 우리은하 안의 별들 사이에서는 사실상 없다.
천문학자들은 여러 해에 걸쳐 계속 관측합니다. 그러면 1년 주기로 왔다 갔다 하는 성분(연주 시차)과 한 방향으로 쭉 밀려가는 성분(고유 운동)이 자료 안에서 분리돼요. 왔다 갔다 하는 쪽만 뽑아내면 그게 연주 시차입니다.
시차는 물체까지의 거리가 크게 나타나고, 두 관측 지점 사이의 거리가 크게 나타난다.
비교적 가까운 별의 위치는 간격으로 달라져 보이는데, 이는 별이 움직여서가 아니라 때문이다.
이때 측정한 별의 시차의 을 라고 한다.
연주 시차는 지구에서 가까운 별일수록 , 멀리 있는 별일수록 .
연주 시차가 인 별까지의 거리를 이라고 하며, 이는 약 이다.
빈칸을 그냥 눌러 답만 보면 남지 않아요. 소리 내어 답해 보고 누르세요.
🚧 이 방법에도 한계가 있다
별이 멀어질수록 연주 시차는 점점 작아져서, 결국 너무 작아 잴 수 없게 됩니다. 그래서 연주 시차로는 대체로 100 pc보다 가까이 있는 별까지의 거리만 구할 수 있어요. 아주 멀리 있는 별은 별의 밝기를 이용하는 등 다른 방법을 씁니다. 최근에는 지구 궤도를 도는 인공위성에서 별의 시차를 훨씬 정밀하게 측정하고 있습니다.
두 그림의 공전 궤도는 똑같습니다. 지구도 양쪽 모두 궤도의 같은 두 자리에 있어요. 다른 것은 별까지의 거리뿐입니다. 별이 멀어지면 두 시선이 점점 나란해져서 배경에서 노란 자리와 분홍 자리가 거의 겹쳐 버리고, 그러면 각도를 잴 수 없게 됩니다.
그럼 100 pc보다 먼 별은? — 그건 다음 차시(별의 밝기와 등급)에서 이어집니다.
사실 너는 매 순간 시차를 쓰고 있다
연주 시차는 천문학자만 쓰는 특별한 기술이 아닙니다. 지금 이 글을 읽는 순간에도 여러분의 뇌가 하고 있는 일이에요.
👀 그럼 눈 사이가 좁은 사람은 시차가 더 작을까?
진짜 그렇습니다. 2단계 시뮬레이터에서 ③ 공전 궤도 크기를 줄이면 연주 시차가 작아졌죠? 두 눈 사이도 완전히 같은 원리입니다. 두 관측 지점이 가까울수록 시차는 작아집니다. 아래에서 직접 벌려 보세요.
👁️ 두 눈 사이 거리 실험실
조작판
눈 사이를 벌리면 시차가 커집니다 — 거리 감각이 좋아져요.
📌망치머리상어의 넓은 머리는 실제로 시야와 거리 감각에 유리하다고 알려져 있습니다. 사람 눈 사이는 약 6.5 cm인데, 지구 공전 궤도의 지름은 약 3억 km예요. 우주에서 쓸 수 있는 가장 넓은 '두 눈'인 셈입니다.
🤔 생각해 보기 사고력
지구 표면에서 가장 멀리 떨어진 두 지점에서 별의 시차를 재는 것은, 지구 공전 궤도에서 가장 멀리 떨어진 두 지점에서 재는 것보다 훨씬 어렵습니다. 그 까닭을 설명해 보세요.
✔ 저장됨🎲 한 문제 더 사고력
같은 개념, 다른 상황입니다. 먼저 자기 문장으로 말해 보거나 공책에 쓴 뒤, 모범 답안을 여세요.
Q1. 버스를 타고 달리면 가까운 가로수는 휙휙 지나가는데, 밤하늘의 달은 계속 따라오는 것처럼 보입니다. 달이 "따라오는" 까닭을 시차와 관련지어 설명해 보세요.
✍️ 모범 답안 보기
Q2. 먼 미래에 화성(공전 궤도 반지름 약 1.5 AU)에 천문대를 짓는다면, 같은 별의 연주 시차는 지구에서 잰 값과 어떻게 다를까요? 그것이 거리 측정에 어떤 이점이 될지도 설명해 보세요.
✍️ 모범 답안 보기
자료를 읽고 판단해 봅시다
그림과 표를 해석하는 문항입니다. 점수에 들어가지 않아요 — 어디가 헷갈리는지 찾는 게 목적입니다.
준비됐나요? 그림·표 해석 5문항입니다.
수업 시간에는 필수부터 — 필수·심화는 하트가 닳지 않아요. 도전 모드는 전체 문항을 하트 3개로 달립니다.
오늘 배운 개념, 빈칸으로 확인
빈칸을 눌러서 답을 확인하거나, 🎤 음성으로 답하기를 켜고 소리 내어 말하면 저절로 채워집니다.
왜 하필 6개월이었을까
여기서부터는 교과서 밖 이야기입니다. 외울 필요 없어요.
🛰️ 별 20억 개의 시차를 잰 망원경
유럽우주국의 가이아(Gaia) 우주망원경은 2013년부터 10년 넘게 별 20억 개 가까이의 연주 시차를 쟀습니다. 지상에서는 대기가 흔들려 이렇게 작은 각도를 잴 수 없어 아예 우주로 나간 거예요. 덕분에 우리은하의 3차원 지도가 만들어졌습니다.
가이아가 잰 가장 작은 각도는 사람 머리카락 굵기를 1,000 km 밖에서 보는 정도입니다.
📏 100 pc보다 먼 별은 어떻게?
연주 시차가 너무 작아지면 다른 자를 꺼내야 합니다. 별의 밝기를 이용하거나, 별빛을 무지개처럼 펼친 스펙트럼을 분석하죠. 천문학에서는 이렇게 가까운 거리 측정법 위에 먼 거리 측정법을 차곡차곡 쌓아 올립니다. 이걸 우주 거리 사다리라고 불러요.
그 첫 번째 칸이 바로 오늘 배운 연주 시차입니다. 사다리의 맨 아래 칸이죠.
📐 1 pc은 사실 지구가 아니라 태양에서 잰 거리다
엄밀히 말하면 1 파섹(pc)은 태양에서 그 별까지의 거리를 기준으로 정의된 단위입니다. 기하학적으로 직각이 생기는 자리가 태양이기 때문이에요. 그런데도 "지구에서 별까지의 거리"라고 말해도 아무 문제가 없습니다.
| 1 pc을 바꿔 보면 | 얼마나 되나 |
|---|---|
| AU로 | 약 206,265 AU |
| 광년(LY)으로 | 약 3.26 광년 |
| km로 | 약 30조 9,000억 km |
참고로 태양에서 가장 가까운 별인 프록시마 켄타우리는 약 1.3 pc(4.2광년) 떨어져 있고, 연주 시차는 약 0.77″입니다. 가장 가까운 별인데도 1″가 안 되죠. 📖 국제천문연맹 천문 교육 용어집 · 파섹
🐌 그런데 별도 조금씩 움직입니다 — 고유 운동
연주 시차는 지구가 움직여서 생기는 현상이라, 1년 주기로 왔다 갔다 반복합니다. 그런데 별들도 실제로 우주 공간을 날아가고 있어요. 이건 한 방향으로 계속 갑니다. 이를 고유 운동이라고 해요. 뱀주인자리의 바너드별은 180년이면 보름달 지름만큼 하늘을 가로지릅니다.
연주 시차는 일 년 주기로 왔다 갔다 하지만, 고유 운동은 한 방향으로 계속 갑니다. 천문학자는 이 둘을 자료에서 분리해 냅니다.
🎬 다시, 처음 그 문장
"6개월만 시간을 주세요. 별까지의 거리를 구해 보겠습니다."
왜 하필 6개월이었을까요? 지구가 공전 궤도의 정반대편까지 가는 데 걸리는 시간이기 때문입니다.
그 사이 우리는 약 3억 km를 이동한 셈이고, 그게 우리가 쓸 수 있는
가장 넓은 '두 눈 사이'예요.
기다림이 곧 자(尺)가 된 겁니다. 걸어갈 수도, 손을 뻗을 수도 없는 거리를
가만히 6개월을 기다려서 재어 낸 것이죠.
물론 6개월로도 안 되는 별이 있습니다. 100 pc 너머의 별들은 아무리 기다려도 각이 안 나와요.
그래서 다음 시간에는 다른 자를 꺼냅니다 — 별의 밝기입니다.
🎬 영상이 안 보이면 인터넷 연결을 확인하세요 · 유튜브에서 바로 보기 →
🤔 "근데 별도 움직이잖아요?"
맞습니다. 수업에서 "별은 가만히 있는데 지구가 움직여서 그렇게 보인다"고 한 건 연주 시차 하나만 떼어 설명하려고 잠시 별을 세워 둔 것이에요. 실제로는 별도, 태양도, 우리은하도 쉬지 않고 움직입니다.
그래서 별 하나를 여러 해 관측하면 위치 변화에 두 가지가 겹쳐서 나타납니다.
| 무엇이 | 왜 생기나 | 어떤 모양으로 보이나 |
|---|---|---|
| 연주 시차 | 지구가 태양 주위를 공전해서 | 딱 1년 주기로 갔다가 제자리로 돌아옴 |
| 고유 운동 | 별과 태양이 서로 다르게 우주를 가로질러서 | 해마다 한 방향으로 쌓이며 흘러감 |
모양이 이렇게 다르기 때문에 천문학자들은 여러 해치 관측을 모아 되돌아오는 흔들림(연주 시차)과 흘러가는 이동(고유 운동)을 갈라낼 수 있습니다. 가이아 망원경도 별마다 위치·연주 시차·고유 운동을 한꺼번에 구합니다.
🌠 고유 운동 vs 연주 시차 — 겹쳐 보기
밤하늘에서 별 A의 위치를 6년 동안 지켜봅니다. 배경 별은 아주 멀어서 움직이지 않는다고 봅니다. 아래 세 가지를 번갈아 켜 보세요.
조작판
연주 시차만 켜면 별이 제자리로 돌아옵니다. 1년이면 원위치예요.
📌각도는 눈에 보이게 크게 과장했습니다. 실제 연주 시차는 아무리 커도 0.77″(프록시마 켄타우리)를 넘지 않아요. 가로·세로 눈금 한 칸이 1″입니다.
📐 헷갈리기 쉬운 세 가지
덧붙이면, 고유 운동은 하늘을 가로지르는 방향의 움직임만 보여 줍니다. 별이 우리 쪽으로 곧장 다가오거나 멀어지는 운동은 위치가 바뀌지 않아 보이지 않아요. 그건 별빛의 스펙트럼으로 따로 잽니다.