태양의 고도

1. 태양 고도

태양 고도는 태양의 높이를 태양이 지표면과 이루는 각으로 나타낸 것이다. 하루 중 태양 고도는 태양이 뜨는 오전에 점점 높아져서 태양이 지는 오후에 다시 낮아진다. 하루 동안의 태양 고도 변화는 지구의 자전 때문에 나타나는 현상이다.

 

2. 태양의 남중 고도

태양의 남중 고도는 태양이 정남 쪽에 있을 때의 고도이다. 하루 중 태양이 남중했을 때의 태양 고도가 가장 높으며, 우리나라에서는 오후 12시 30분경이다.

 

1) 태양의 적위와 남중 고도

태양의 남중 고도는 관측자가 있는 지점의 위도와 태양의 적위에 따라 달라진다. 태양의 적위란 천구의 적도에서부터 태양까지 측정한 각으로, 태양이 천구의 북반구에 있을 때는 (+), 남반구에 있을 때는 (-)로 표시한다. 태양의 적위는 춘분점과 추분점일 때 0°, 하지점일 때 +23.5°, 동지점일 때 -23.5°이다. 태양의 적위 변화로 계절의 변화도 유추할 수 있다.

 

태양의 남중 고도는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

태양의 남중 고도 = 90°-관측 지점의 위도 + 태양의 적위

 

2) 태양의 남중 고도와 지표에 도달하는 태양 복사 에너지양의 관계 단위 면적의 지표에 도달하는 태양 복사 에너지양은 sin h(h: 태양의 남중 고도)에 비례한다. 태양의 남중 고도가 높을수록 지표에 도달하는 태양 복사 에너지의 양은 많아지고, 반면 태양의 남중 고도가 낮을수록 지표에 도달하는 태양 복사 에너지의 양은 적어진다. 태양의 남중 고도는 여름에 가장 높고 겨울에 가장 낮은데, 이에 따라 지표에 도달하는 태양 복사 에너지의 양도 달라진다.

3. 하루 중 태양의 남중 시간과 최고 기온이 나타나는 시간에 차이가 생기는 까닭

기온은 지표로부터 약 1.5m 높이에서 측정한 공기의 온도로, 태양 복사 에너지에 의해 지표가 데워지면 지표 위의 공기가 데워지면서 기온이 올라간다. 태양이 남중하는 오후 12시 30분경에 지표는 태양 복사 에너지를 가장 많이 받지만, 지표 위의 공기가 데워지는 데 약 2시간 〜 4시간 정도가 걸리므로 하루 중 태양 고도와 기온이 최고에 이르는 시간에 차이가 발생한다.

4. 계절의 변화가 생기는 까닭

지구는 자전축이 공전 궤도면에 대해 기울어진 채 태양 주위를 공전한다. 이 때문에 지구의 위치에 따라 태양의 남중 고도가 달라지며 지표에 도달하는 태양 복사 에너지의 양이 달라져 계절의 변화가 생긴다. 따라서 지구의 자전축이 공전 궤도면에 대해 기울어진 것과 지구가 태양 주위를 공전하는 것 모두 계절의 변화에 중요한 요인이 된다.

 

5. 지역별 태양 고도 조사하기

한국천문연구원에서는 지역별 태양 고도를 제공하고 있다.

① 한국천문연구원 천문 우주 지식 정보 누리집(https://astro.kasi.re.kr)에 접속한다.

② '생활속 천문학’의 ‘생활천문관 바로가기’를 선택한다.

③ '태양 고도/방위각 계산’을 선택한다.

④ 조사할 날짜와 위치를 선택하고 검색하면 한 시간 간격의 태양 고도를 확인할 수 있다.

 

6. 지역별 태양 고도가 다른 이유

지구가 편평한 모양이라면 태양 고도는 어디에서나 같다. 그러나 지구의 모양이 둥글기 때문에 우리나라 각 지역에서 측정한 태양 고도는 약간씩 다를 수 있다.

 

7. 우리나라의 절기

절기란 태양의 위치 변화에 따라 계절을 구분한 것으로, 춘분점에서부터 태양이 움직이는 길을 15° 간격으로 나누어 태양이 각 지점을 지날 때의 날짜이다. 옛날부터 우리나라에서는 절기로 계절을 구분했다. 1년은 24절기로 나눌 수 있고 태양의 위치 변화를 이용했기 때문에 절기는 양력 날짜이다. 해마다 각 절기의 날짜는 하루 정도의 차이가 있을 수 있다.

•3월 20일: 춘분

•6월 21일: 하지

•9월 23일: 추분

•12월 22일: 동지

•4월 20일: 곡우

•7월 22일: 대서

•10월 23일: 상강

•1월 20일: 대한

•5월 21일: 소만

•8월 23일: 처서

•11월 22일: 소설

•2월 19일: 우수

 

태양의 남중 고도와 낮과 밤의 길이는 매일 조금씩 달라진다. 태양의 남중 고도가 가장 높고 낮의 길이가 가장 긴 날은 하지인 6월 21일경이며 태양의 남중 고도가 가장 낮고 낮의 길이가 가장 짧은 날은 동지인 12월 22일경이다.

 

북반구에서 봄, 여름, 가을, 겨울이 시작되는 천문학적인 첫날은 절기상 춘분（3월 20일경）, 하지（6월 21일경）, 추분（9월 23일경）, 동지（12월 22일경）이다. 즉, 천문학에서는 일반적으로 3월 〜5월을 봄, 6월〜8월을 여름, 9월 〜11월을 가을, 12월〜2월을 겨울로 구분한다.

 

8. 태양의 남중 고도에 따라 기온이 달라지는 원리

태양의 남중 고도에 따라 기온이 달라지는 원리는 손전등을 이용하면 쉽게 알 수 있다. 손전등을 수직으로 비추면 빛이 좁은 면적에 닿고, 손전등을 기울여서 비추면 빛이 넓은 면적에

닿는다. 손전등으로부터 나온 같은 양의 에너지가 단위 면적에 도달하는 양을 비교하면 손전등을 수직으로 비춘 경우보다 기울여서 비춘 경우 더 적게 도달한다는 것을 알 수 있다.

9. 자오선 고도

자오선 고도는 태양이 정중할 때의 고도로, 남중 고도와 북중 고도가 있다. 태양이 남중할 때의 고도를 남중 고도라고 하고, 북중할 때의 고도를 북중 고도라고 한다. 북반구에서는 태양이 동쪽에서 떠서 남쪽을 지나 서쪽으로 지므로, 태양의 최고 고도는 남중 고도가 되고, 최저 고도는 북중 고도가 된다. 반대로, 남반구에서는 태양이 동쪽에서 떠서 북쪽을 지나 서쪽으로 지므로, 태양의 최고 고도는 북중 고도가 되고, 최저 고도는 남중 고도가 된다.

 

10. 생각할 수 있는 오개념

“계절에 따라 태양의 온도가 달라져 지구의 여름과 겨울이 된다.”

일부 학생의 경우, 계절에 따라 태양의 온도가 달라진다고 생각하는 경우가 있다. 이 때문에 여름에 태양이 더 뜨겁고 겨울에 태양이 덜 뜨거워 계절마다 지구의 기온이 달라진다고 생각하기 때문이다. 하지만 태양의 표면 온도의 지구의 계절과 관련이 없다.