북극성(北極星/polar star, north star)
맨눈으로도 잘 보일만큼 비교적 밝은 별들 중 하늘의 북극에 가장 가까운 별
지구가 세차운동을 하여 천구의 북극 위치가 계속 변하기 때문에 주기적으로 바뀐다. 현재 북극성은 작은곰자리의 α별(알파성) 폴라리스(Polaris)이다. 이 별은 보통 '북극성'으로 불리며, 순우리말로 붙박이별(지금은 주로 항성의 뜻으로 쓰인다.)이라고도 한다.
현재의 북극성은 작은곰자리의 알파별로, 천구 북극과 가장 가깝기 때문에 방위를 찾는 데 도움이 된다. 지구 자전축이 세차운동하여 약 2만6천 년 주기의 원을 그리기 때문에 천구 북극의 위치도 그에 따라 바뀐다. 현재도 천구의 북극은 실시간으로 폴라리스랑 가까워지고 있으며, 21세기 후반~22세기 초반에 절정을 찍을 것이다.
북극성이 밤하늘에서 매우 밝은 별인 것으로 알고 있는 사람들도 있다. 그러나 북극성의 평균 겉보기 등급은 약 1.98등급으로 그렇게 밝은 편에 속하진 않는다. 현재 북극성인 작은곰자리 알파 별은 세페이드 변광성이라 1.8~2.1등급 사이에서 밝기가 주기적으로 변한다. 이 별은 지구와 가장 가까운 세페이드 변광성이긴 하나 북극성을 처음 본 많은 사람들은 북극성을 보고 생각보다 밝지 않다고 말할 정도이다. 거기다 1개가 아니라 별 3개가 묶인 3중성이 지구에서는 하나로 보이는 것이다. 북극성이 별 하나가 아니라는 사실은 1780년에 프레드릭 윌리엄 허셜이 발견했다.
보통의 밤하늘에서 맨눈으로 찾기에는 다소 어려운 수준이지만 북두칠성을 찾을 수 있다면 관측이 어렵지 않다. 북두칠성이 지평선 근처로 내려와서 잘 안 보이는 가을에는 카시오페이아자리를 이용한다. 참고로 북극성 기준으로 북두칠성 쪽은 서쪽, 카시오페아자리 쪽은 동쪽이다.
동양 천문학에서 북극성은 처음에는 북방의 가장 높은 하늘에 위치하는 가장 존귀한 별인 태을성으로 보았으나, 지구의 세차운동으로 시간이 흐르면서 지구에서 보았을 때 북극성의 위치가 점차 위치가 바뀌는 것이 알려지면서 태을성과 분리되었다. 천상열차분야지도에서도 태을성은 태일성(太一星)이라고 따로 새겼고, 그 해설집인 천문류초에서는 삼황 중 인황씨가 승천한 별이라고 설명하였다.
중국에서는 북극성을 별 5개(북극오성)로 나타냈으나 우리나라에서는 고구려 고분벽화 천문도에서 별 3개(북극삼성)으로 표현했다. 하지만 천상열차분야지도에는 중국식을 따라 북극오성으로 묘사했다. 동양 천문학의 '북극성'은 폴라리스(작은곰자리 알파)가 아니라는 것이다. 그쪽이 예전엔 천구 북극에 더 가까웠다. 폴라리스는 북극오성 맞은편, 후궁을 상징하는 별자리인 구진육성의 제1성에 해당한다. 북극오성 중 가장 밝은 별은 제5성인 천추성인데, 이 별은 작은곰자리 감마다.
북극성 옆에 가장 가깝고 늘 함께하는 별은 HR 286(길들여진 여우별)이다.
노란 원이 자전축의 궤도.
북극성은 하나의 고정된 별이 아니라 시간이 경과함에 따라 계속 변하게 된다. 이는 지구가 공전과 자전을 하면서, 자전축이 미세하게 세차운동을 하기 때문이다. 대략 28000~30000년의 주기로 원 궤도를 그리며 이동한다.
과거 기록에 남아있는 최초의 북극성은 기원전 2천 년 전 피라미드에 새겨져 있는 것으로, 용자리의 알파별 투반(Thuban)이었다. 기원전 1500년이 되면서 작은곰자리 베타별 코카브(2등성)가 북극성이 되었다.
5세기 이후 지금까지 북극성 역할을 해온 폴라리스는 2100년경 적위 +89°32~33'까지 진출하여 자전축과 가장 가깝게 접근할 예정이며, 이 시기에는 북극성이 진짜로 북극을 가리키게 될 것이다. 덧붙여서, 폴라리스가 26000년 전에 북극성이었을 때에는 고유 운동 때문에 현재보다 천구북극에 더 가깝게 붙어있었다. 그리고 2만 6천 년 뒤 다시 북극성이 될 때에는 현재보다 조금 더 떨어진 지점에 있을 것이다.
그리고 이 시기를 지나면 점점 멀어지며 서기 3000년경에는 세페우스자리 감마별 '알라이'가 북극성이 될 것이다. 이 별은 적색거성으로 실시등급 약 3.22라 지금의 북극성보다는 어둡다. 계산결과 확률은 매우 낮지만 초신성이 될 가능성도 없지 않은 별이라서, 북극성 폭발이 관측될지도 모른다.
대략 서기 5000년에는 세페우스자리 이오타(요타)별이 북극성이 된다. 다만, 거리상으로는 약간 더 멀지만 더 밝은 별인 세페우스자리 베타별 '앨퍼크(Alfirk)'을 북극성 역할을 대신 할 것으로 보인다.
이후 서기 8000년 경에는 세페우스자리 알파별인 알데라민이 북극성이 될 예정이다. 천구 북극이 세페우스자리를 통과하고 나면 한동안은 북극 부근에 밝은 별이 하나도 없게 되어 정확한 북극 방향을 찾는 데 상당히 애를 먹을 가능성이 있다.
서기 10000년에는 백조자리 알파별 데네브가 북극성이 되고, 14000년에는 거문고자리의 알파별 베가(Vega)가 북극성이 되는데, 중간에 폭발해서 없어지지 않으면 한 주기 동안 될 수 있는 북극성 후보 중에는 가장 밝은 별이다.
남극성
참고로, 반대로 남극성은 용골자리와 돛자리의 별들로 바뀌기 때문에 북반구와는 다르게 남반구에서 대략적인 방향을 찾기는 것은 쉬워질 것이다. 다만, 남반구엔 남극점 주변에 밝은 별이 없다 보니, 정확한 남극점 자체는 찾기가 어렵다. 남반구에서는 보통 남십자자리를 이용한다. 아마추어 천문학에서 망원경 극축 맞추기를 할 때는 팔분의자리 시그마라는 별을 사용하는데, 웬만한 전문가가 아니면 찾기 힘들다.