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천구는 지구를 둘러싼 가상의 구체에 태양, 달, 행성, 별 및 모든 천체를 가상으로 투영해 만든 개념입니다. 원래는 지동설이라는 고대 그리스 이론의 일부로 탄생했지만, 가상의 천구는 천문학자에게 천체의 위치를 고정하고 궤적을 그리는 데 중요한 도구를 제공합니다.
고대 그리스 천문학자들은 지구를 중심으로 태양, 달, 행성 및 별이 움직이는 동심원의 결정 구체를 상상했습니다. 천동설 이론도 그리스인들이 제안했지만, 하늘을 가로지르는 천체의 겉보기 움직임에 대해 반 직관적인 것으로 무시되었습니다.
16세기 초 폴란드의 천문학자 니콜라우스 코페르니쿠스(1473~1543)는 지동설을 다시 주장했습니다. 천문학 혁명을 촉발했지만, 이 시스템은 태양이 우주의 중심은 아니라는 사실과 행성 궤도가 원형이라는 주장 때문에 완벽하지는 않았습니다. 그럼에도 불구하고 코페르니쿠스가 주장한 지동설은 고대 그리스의 천동설에 비해 관측 데이터와 부합했습니다. 예를 들어 화성, 목성, 토성의 주기적인 역행 운동과 수성과 금성의 운동 부족은 이전 행성의 궤도가 지구 궤도를 벗어났다는 사실에 의해 더 쉽게 설명되었습니다. 따라서 지구는 태양을 돌면서 다른 행성들을 추월하고 있다고 볼 수 있었습니다.
코페르니쿠스의 이론을 활용하면 행성 위치를 훨씬 더 정확하게 예측할 수도 있습니다. 덴마크의 천문학자 튀코 브라헤(1546~1601)는 천구를 가로지르는 움직임을 정확하게 관찰했고, 독일 천문학자 요하네스 케플러(1571~1630)는 행성의 타원 궤도를 정확하게 묘사하는 행성 운동 법칙을 공식화했습니다.
현대의 천구는 지구 표면의 모든 위치를 표시하는 위도 및 경도 좌표계가 확장된 형태와 같습니다. 평행선이라고도 하는 위도는 적도에서 북쪽 또는 남쪽으로 거리를 표시하고 측정합니다. 지구의 적도는 위도 0 °로 지정됩니다. 북극과 남극은 각각 적도에서 90 ° 북쪽 (N)과 90 ° 남쪽 (S)을 측정합니다. 위도 각도는 지구의 적도를 가로지르는 횡단면과 극축의 직각 (90 °) 사이의 각도로 결정됩니다. 경도는 북쪽과 남쪽으로 이어지는 큰 원으로, 북극과 남극에서 수렴합니다.
천구에서 위도와 경도의 투영은 적위와 적경으로 변환됩니다. 위도 0 °에서 지구 적도의 직접적인 확장은 적위 0 °에서의 천구 적도입니다. 지구의 자전에 따라 적경은 천구 주위에서 0에서 24 시간까지 측정되었습니다. 따라서 1 시간은 360 ° 천구 주위의 15 각도 이동을 뜻합니다.
경도 0 °를 지정한 것은 영국에서 열린 국제 회의를 통해서입니다. 이로 인해 본초 자오선이 영국 그리니치의 왕립 천문대를 통과하도록 결정되었습니다. 천구에서 적경 0 시간 (0 시간)은 황도가 있는 적 경선으로 국제 협약에 의해 임의로 정의됩니다. 즉, 태양 주위를 도는 지구 궤도면에 의해 설정된 천구를 가로지르는 태양의 명백한 움직임입니다.
지구 상의 모든 지점이 고유한 위도 및 경도 좌표 세트로 표현될 수 있는 것처럼 천구의 모든 물체는 적위 및 적경 좌표로 지정할 수 있습니다. 지구 표면의 모든 위도에 대해 확장된 위선은 관찰자의 천정을 교차합니다. 국제적 합의와 관습에 따라 천구 적도 북쪽의 적위는 양수로 지정되고 천구 적도 남쪽의 적위는 음수로 지정됩니다.