KR200301316Y1 - 표면에 개구부를 가진 천구의 - Google Patents

Abstract

본 고안의 천구의는, 다수개의 림(rim)이 구(球) 형태로 결합된 림 구체; 상기 림 구체와 실질적으로 동일한 중심을 가지면서 상기 림 구체 내부에 얹히도록 배치되어 필요에 따라 여러 기울기로 배치할 수 있도록 구성된 원판부재; 상기 림 구체와 실질적으로 동일한 중심을 가지면서 상기 림 구체보다 그 직경이 커서 상기 림 구체와 소정 거리만큼 이격된 채로 상기 림 구체 전체를 외부에서 둘러싸고, 천체의 위치를 표면에 모식적으로 표시하기 위한, 단단하고 투명한 재료로 구성된 투명구체; 그 단부가 상기 투명구체의 극점 부분을 관통하여 상기 림 구체의 대응하는 극점 부분에 연결되는 지지로드(rod); 상기 지지로드를 지지함으로써 상기 투명구체 및 림 구체 전체를 지지하는 받침수단; 상기 림 구체와 상기 투명구체 사이를 상기 소정 거리만큼 이격시키기 위해 상기 지지로드상에서 가로 방향으로 돌출되어 상기 투명구체가 회전가능토록 지지하는 지지로드 돌출부를 포함하고, 상기 림 구체가 고정된 상태로 상기 투명구체는 상기 지지로드를 축으로 회전가능하며, 상기 투명구체는 그 일부분이 개구(開口)된 개구부를 적어도 한 개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면에 개구부를 가진 천구의{A CELESTIAL GLOBE HAVING OPENING(S) ON ITS SURFACE}

본 고안은 학습용 천구의에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 복잡한 천체의 운동을 사용자가 쉽게 이해하도록 하기 위해서 투명한 천구의의 구형 표면 일부분이 개구되어 내부에 설치된 학습 보조 교구를 사용자가 직접 조작할 수 있도록 구성된 학습용 천구의에 관한 것이다.

주지하다시피 지구는 23.5도만큼 기울어져 자전 및 공전을 하고 있으므로 지구에서 관찰되는 천체의 움직임은 대단히 복잡하다. 이에 따라 지구과학을 공부하는 학생 및 일반인들이 지구에서 관찰되는 천체의 움직임을 이해하는 것은 쉽지 않은 일이며, 또한 이를 설명해놓은 교과서나 참고서에서는 천체들의 3차원적인 배치 및 움직임을 2차원적인 도식으로 설명할 수 밖에 없으므로 학습자들의 이해에 별반 도움이 되지 않는 실정이다. 따라서 지구과학 중 천체 부문은 이를 가르치는 교사들이나 학습자들에게는 학습에 상당히 곤란한 부분으로 인식되어 왔다.

천체에 대한 여러 학습 교구 중 구(球) 형상의 천구의(天球儀)가 있지만, 기존의 천구의는 그 표면에 별자리나 황도 등을 표시한 정도에 불과하여, 전술한 복잡한 천체의 움직임을 이해하는데 그다지 도움이 되지 못했다.

따라서 지구과학교육의 중요한 부분을 차지하는 천문분야가 학습자들에게 난해한 내용으로 인식되어 학생들이 기피하는 것을 방지하기 위해서는, 좀 더 입체적이고 체험적으로 천체의 움직임을 상상하고 이해할 수 있도록 구성된 새로운 천구의가 개발되어져야 한다.

본 고안은 전술한 기존 천구의의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실제 천구상에서 벌어지는 다양한 천체의 움직임을 사용자 스스로의 조작에 의해 쉽게 이해할 수 있도록 만들어진 교육용 천구의의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안은 천구의 내부에 지평면을 나타내는 원판부재를 배치하고, 그 외부에는 천체의 움직임을 표시할 수 있는 투명한 구체가 구성되어, 원판부재가 정지한 상태로 투명구체만 회전할 수 있도록 구성된 천구의의 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 고안은 천구의 내부 중심에 다양한 교보재를 결합하여 조작할 수 있도록 투명구체 일부분에 개구부가 구성되어 천체의 움직임을 입체적으로 이해할 수 있도록 구성된 천구의의 구조를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 고안은 전술한 천구의 구조를 제공함으로써, 사용자가 천체의 움직임을 시각적으로 쉽게 이해하고 나아가 천문학에 관한 관심과 흥미를 가지도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도 1은 본 고안의 기본적인 실시예의 구성을 나타내기 위한 사시도.

도 2는 도 1의 실시예의 단면도.

도 3은 슬라이딩부재를 구비한 본 고안의 또 다른 실시예를 나타내는 부분 분리 사시도.

도 4는 도 3의 실시예의 단면도.

도 5는 기울어진 슬라이딩부재를 구비한 본 고안의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.

도 6은 천구의기울임수단 및 천구의회전수단을 구비한 본 고안의 또 다른 실시예를 나타내는 부분 분리 사시도.

도 7은 내부에 각도기 아암을 구비한 본 고안의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도.

도 8은 본 고안의 천구의를 이용하여 지평좌표를 측정하는 방법을 나타내는 모식도.

도 9는 본 고안의 천구의를 이용하여 적도좌표를 측정하는 방법을 나타내는 모식도.

도 10은 본 고안의 천구의를 이용하여 항성시를 측정하는 방법을 나타내는 모식도.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

2: 받침수단 6: 지지로드

8: 림 구체 10: 원판부재

12a, 12b: 투명구체

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 천구의는, 다수개의 림(rim)이 구(球) 형태로 결합된 림 구체; 상기 림 구체와 실질적으로 동일한 중심을 가지면서 상기 림 구체 내부에 얹히도록 배치되어 필요에 따라 여러 기울기로 배치할 수 있도록 구성된 원판부재; 상기 림 구체와 실질적으로 동일한 중심을 가지면서 상기 림 구체보다 그 직경이 커서 상기 림 구체와 소정 거리만큼 이격된 채로 상기 림 구체 전체를 외부에서 둘러싸고, 천체의 위치를 표면에 모식적으로 표시하기 위한, 단단하고 투명한 재료로 구성된 투명구체; 그 단부가 상기 투명구체의 극점 부분을 관통하여 상기 림 구체의 대응하는 극점 부분에 연결되는 지지로드(rod); 상기 지지로드를 지지함으로써 상기 투명구체 및 림 구체 전체를 지지하는 받침수단; 상기 림 구체와 상기 투명구체 사이를 상기 소정 거리만큼 이격시키기 위해 상기 지지로드상에서 가로 방향으로 돌출되어 상기 투명구체가 회전가능토록 지지하는 지지로드 돌출부를 포함하고, 상기 림 구체가 고정된 상태로 상기 투명구체는 상기 지지로드를 축으로 회전가능하며, 상기 투명구체는 그 일부분이 개구(開口)된 개구부를 적어도 한 개 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 림 구체는 동일한 정점(頂點)을 중심으로 구형을 이루고 각각의 상기 림은 자오선 및 시간권 중 적어도 하나 이상을 의미하는 것일 수 있으며, 상기 투명구체의 개구부에는 여닫을 수 있는 개폐문이 추가로 포함될 수 있고, 상기 원판부재의 일면에는 가령 원주방향으로의 각도를 표기한 각도표가 프린팅될 수도 있다.

상기 투명구체는 반구형 투명구체 2개가 결합된 것일 수 있으며, 상기 개구부는 상기 천구의의 적도를 기준으로 북반구면과 남반부면에 각각 1개씩 형성될 수 있다.

상기 지지로드는 상기 림 구체의 상하 정점에 각각 1개씩 연결되고, 상기 받침수단은, 그 상면에 직립 상태로 고정되는 한 쌍의 지지브라켓; 상기 한 쌍의 지지브라켓 단부들에 뚫린 장공을 관통하여 미끄러질수 있는 호 형상의 슬라이딩부재를 포함하고, 상기 슬라이딩부재의 상, 하단의 내측에 상기 각 지지로드의 제2 단부가 결합될 수 있으며, 상기 슬라이딩부재의 내면에는 랙기어를 포함하고, 상기 받침수단에는 상기 랙기어에 교합되는 제1피니언기어가 동축으로 결합된 천구의기울임수단이 고정되어 상기 천구의 고정수단이 회전함으로써 이에 교합된 상기 랙기어와 이에 고정된 슬라이딩부재가 왕복운동이 가능한 것일 수 있다.

상기 투명구체를 자동으로 회전시키기 위해서 상기 투명구체의 양 극점 중 어느 한 극점 부위에 실린더형의 기어부재가 그 극점을 중심으로 고정 결합되고, 상기 슬라이딩부재에는 이 실린더형기어에 교합되는 제2피니언기어와 이에 동축으로 결합된 천구의회전수단이 결합되어 이 천구의회전수단이 회전하면 상기 실린더형기어와 이에 고정된 투명구체가 상기 지지로드를 축으로 회전 운동이 가능하도록 구성하고, 특히 상기 천구의회전수단이 전기모터일 경우, 본 고안의 천구의는 전동으로 회전할 수 있다.

또한, 본 고안의 천구의는 그 제1 단부가 상기 림 구체의 극점에서 좌우로회전 가능하도록 연결되고 그 제2 단부는 상기 림 구체의 내부 중심점에 위치하는 각도기 지지대; 상기 각도기 지지대의 제2 단부에 회전 중심이 연결되어 상하로 회전 가능하도록 연결된 적어도 1개 이상의 각도기 아암(arm); 상기 각도기 지지대의 제2 단부에 그 중심점이 실질적으로 일치되게 결합되는 각도기를 추가로 포함하고, 상기 각도기 아암이 자유롭게 회전하도록 하기 위해서 상기 원판부재는 그 중심부를 포함한 일부분이 천공된 것일 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 고안의 천구의에 관한 실시예들을 상세히 설명한다.

제1 실시예

도 1 및 도 2는 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 천구의의 개략적인 부분 분해 사시도를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이 본 고안의 천구의에 관한 일 실시예는, 림(rim) 구체(8)와, 원판부재(10)와, 투명구체(12a, 12b)와, 상기 투명구체(12a, 12b) 등을 지지하기 위한 지지로드(6)와, 이를 전체적으로 지지하는 받침수단(2)을 포함하여 구성된다.

상기 림 구체(8)는 링 형상으로 구부려진 다수 개의 단단한 림(rim)을 등간격으로 이격시켜 동일한 정점(頂點, 13a, 13b)을 기준으로 결합시켜 형성한다. 여기서 각각의 림은 천체의 자오선 또는 시간권을 표시하는 지표로 사용될 수 있는데, 등간격에 더하여 하나의 림을 기준으로 각 림의 상대적 각도를 림 표면에 표시할 수도 있다.

상기 원판부재(10)는 그 지름이 상기 림 구체(8)의 직경과 거의 유사하도록 구성된 단단한 원형의 평판으로서 상기 림 구체 내부에 걸쳐진 상태로 지지되며, 림 구체 내부에서 다양한 각도로 기울어질 수 있다.

이 원판부재는 천체의 움직임을 이해하는데 있어서 중요한 역할을 수행하는 지평면의 역할을 하게 되는데, 지평면은 각 지방마다 다르므로 상기 원판부재를 그 지방의 위도에 맞도록 기울여서 조절하기 위해서 상기 림 내부에 걸쳐져서 지지되는 것이다. 이 원판부재는 사용목적에 따라서 지평면 외에도 적도면이나 황도면 등의 역할도 할 수 있다.

상기 원판부재의 중심은 실질적으로 투명구체(12a, 12b)의 중심과 일치하므로 이는 천체를 관찰하는 기준이 되며, 따라서 이 위치에 관찰자를 상징하는 인형이나 지구 모형 등을 배치하여 학습자가 심리적으로 좀 더 쉽게 천체의 움직임을 상상하고 이해하도록 할 수 있다. 필요한 경우, 상기 원판부재의 중심부에 이러한 모형을 고정시킬 수 있는 고정부, 가령 일례로 도 1에서는 모형을 끼울 수 있는 구멍(15) 등을 추가할 수 있는데, 동일 기능을 가진 고정부라면 돌출홈 등 어떠한 형태도 가능하다.

또한, 상기 원판부재의 상부면에는 전체 360도를 등각으로 나누어 방사상으로 표시한 각도계(16) 등을 추가하여 원주 방향으로의 각도 측정을 좀 더 용이하게 할 수도 있다.

상기 투명구체(12a, 12b)는 아크릴 등의 투명한 플라스틱 재료 등으로 만들어지며 그 표면에 임의의 천체를 표시하거나, 행성의 공전궤도, 천구의 적도, 황도, 백도 또는 별자리 등을 표시할 수 있도록 하기 위한 수단이다.

이 투명구체의 일부분은 개구(開口)되어 있어서, 사용자가 이를 통해 손을 집어넣어 전술한 원판부재의 위치를 조절하거나, 필요에 따라 각도기, 나침반, 인형 등의 보조 도구들을 내부에서 조작할 수 있도록 구성되어 있다. 이 개구부(開口部, 18)는 천구 적도를 기준으로 투명구체 상부(12a)에 한 개만 형성되어 있거나 또는 투명구체 상하부(12a, 12b) 모두에 형성되어 있을 수 있으며, 또한 투명한 재료로 만들어진 개폐문(door)이 추가로 부착될 수도 있다.

본 고안자가 실시해 본 바로는 성인의 손이 넉넉하게 들어 갈 정도 크기의 개구부를 반구의 적도 부근에 상하 대칭으로 각각 1개씩 형성하면 충분히 조작할 수 있지만, 그 외에도 필요에 따라 다양한 크기의 개구부를 다양한 위치에 배치할 수 있음은 물론이다.

상기 개구부는 본 고안의 중요한 특징 중 하나로서, 외부에서 바라다보기만 할 수 있는 다른 기존의 천구의와는 달리, 구형 내부에 보조 부품들을 넣어 필요에 따라 조작할 수 있도록 하기 위한 필수적인 구성요소이다. 본 고안을 이용하여 천체의 좌표 등을 이해하는데 있어서, 상기 개구부는 유용하게 사용된다.

도시된 실시예에서는, 상기 투명구체(12a, 12b)가 반분되어 조립되며 그 선단부에는 플랜지(14, 16)가 형성되어 있지만, 이러한 조립 구조 및 방법은 하나의 실시예에 불과한 것이다. 따라서 동일한 기능을 수행하는 유사한 구조가 있을 수 있음은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

한편, 상기 투명구체(12a, 12b)를 포함한 천구의 본체를 지지하기 위한 지지로드(6)는 길이 방향으로 신장된 로드(rod) 형상으로서, 그 한쪽 단부는 투명구체(12a, 12b)의 하극점을 관통하여 상기 림 구체(8)의 하부 정점(13b) 위치에 고정결합되며, 또 다른 단부는 상기 받침수단(2)의 상부면을 관통하여 받침수단 내부의 홈 형상의 고정부재(4)에 고정되어 있다. 이 지지로드는 천구의 전체를 지지하면서 동시에 림 구체(8)를 고정시킨 상태로 투명구체의 회전 중심이 된다.

상기 투명구체는 그 직경이 림 구체의 직경보다 크며 도시된 바와 같이 림 구체 전체를 둘러싸야 한다. 그리고 투명구체는 그 자유로운 회전을 위해서 림 구체와는 상기 직경 차이에 해당하는 소정 간격 정도로 이격되어 있어야 하는데, 이러한 이격(19)을 유지하며 동시에 투명구체 전체를 지지하기 위해서 상기 지지로드의 소정 부분에 횡으로 돌출된 돌출부(17)를 형성한다. 원내는 도 2의 하단부에 대한 확대 도면으로서 여기서는 가령, 한 예로서 측면에 나사홈을 가진 숫나사(6)를 지지로드로 사용하고, 횡단 돌출부는 이에 대응하는 암나사(17)를 사용하여 암나사(17)의 상면에 투명구체(12a)가 얹혀진 상태로 지지되는 경우를 보여주고 있다. 이에 대한 또 다른 실시예로서는, 가령 투명구체의 회전을 좀 더 용이하게 하기 위해서 볼 베어링을 표면에 갖는 횡단 돌출부를 사용하거나 또는 아예 횡단 돌출부가 상기 지지로드에 일체형으로 구성되어 투명구체 내부에 형성된 회전홈에 끼운 형태도 가능하다. 해당 분야의 숙련자라면 이 밖에도 다양한 유사구조를 손쉽게 생각해 낼 수 있다.

상기 구조에서 사용자가 투명구체를 회전시키면, 투명구체는 회전하지만 그내부의 림 구체 및 원판부재는 회전하지 않는다. 따라서 지평면의 역할을 수행하는 원판부재의 중심에 관찰자가 위치한다고 가정할 경우, 그 위치에서 투명구체의 회전을 올려다보는 것은 실제 지평면상의 관찰자가 하늘의 천체를 관찰할 때 천체의 일주 운동을 보는 것과 같은 것이 된다. 본 고안은 이러한 시뮬레이션 기능을 효과적으로 이용하여 사용자들이 천체의 운동을 쉽게 상상하면서 이해하도록 하기 위한 것이다.

투명구체의 회전을 지지로드가 방해하지 않도록 하기 위해서 지지로드가 관통하는 상기 투명구체의 관통부위는 그 직경이 상기 지지로드의 직경보다 약간 크도록 구성한다.

제2 실시예

본 고안의 또 다른 실시예로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 받침수단(2)의 상부면에 그 단부가 상응되도록 직립 상태로 고정되는 한 쌍의 지지브라켓(40, 42)과, 상기 한 쌍의 지지브라켓(40, 42)의 단부들에 뚫린 장공(H1, H2)을 관통하여 지나는 호 형태의 슬라이딩부재(44)로 구성되고, 상기 슬라이딩부재(44)의 상,하단에는 한 쌍의 지지로드(6a, 6b)들이 결합됨과 아울러, 상기 한 쌍의 지지로드(6a, 6b)의 단부는 투명구체의 상,하 극점 위치를 관통하여 내부의 림 구체의 정점(13a, 13b)들에 결합되는 천구의가 제공된다.

이 실시예는 상기 제1 실시예가 가진 특징에 더하여, 한 쌍의 지지브라켓(40, 42)을 관통하는 슬라이딩부재(44)가 자유롭게 움직일 수 있어서,천구의를 좀 더 안정적으로 기울어지게 배치할 수 있도록 한 점이 특징이다.

천체를 관측하는 지방에 따라 지평면 기능을 수행하는 원판부재는 매번 그 위치가 달라지므로 관측 지점이 달라질 때마다 원판부재를 조절해야 하는데, 이렇게 원판부재가 기울어질 경우에 사용자는 기울어진 지평면을 기준으로 천체 운동을 상상하고 이해해야 하므로 자칫 혼동할 여지가 있다. 따라서 본 실시예를 이용하면, 관측 지점이 변할 때 내부의 원판부재는 사용자의 관점으로 계속 수평 상태를 유지하면서 천구의 자체를 기울일 수 있으므로, 전술한 곤란함이 없이 좀 더 수월하게 천체의 운동을 상상하고 직감할 수 있게 된다.

도 4에서 원내는 양 극점의 기계적 구성을 상세히 나타낸 것으로서, 횡단 돌출부(17)는 하단의 지지로드에만 구성되어 있지만, 실제로는 상단에만 구성하거나 양 극단 모두에 횡단 돌출부를 구성할 수도 있다.

제3실시예

도 5는 본 고안의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 지지브라켓(40', 42')이 동일한 높이로서 단차가 없는 구조이다.

제4 실시예

도 6은 전술한 제2 실시예나 제3 실시예의 구조에 더하여, 기어 및 모터 등이 구비되어 전동으로 천구의를 기울이고 회전시킬 수 있도록 구성된 경우를 도시하고 있다.

즉, 슬라이딩부재(44')의 가장자리를 따라 랙기어(43)가 구성되어 있고, 상기 랙기어에 교합되는 제1피니언기어(45)가 동축으로 결합된 천구의기울임수단(46)이 받침수단(2)에 고정된다. 따라서 상기 천구의기울임수단(46)에 결합된 제1피니언기어(45)가 회전하면 이 피니언 기어에 교합된 랙기어(43)와 슬라이딩부재(44')가 전후진을 하게 되므로, 결국 사용자는 상기 천구의 기울임수단을 회전시켜 정밀하게 원하는 양만큼 천구의를 기울일 수 있게 된다. 상기 천구의기울임수단으로서 전기모터(도시되지 않음)를 연결하여 사용할 수도 있으며, 이 경우 모터의 회전으로 제1피니언기어를 회전시킨다.

상기 투명구체를 자동으로 회전시키기 위해서 상기 투명구체의 양 극점 중 어느 한 극점 부위에 실린더형의 기어부재(47)가 고정 결합되고, 이 실린더형기어(47)에 교합되도록 제2피니언기어(48)가 부착될 수 있다. 또한 제2피니언기어와 동축으로 결합된 천구의회전수단(49)을 슬라이딩부재(44')에 고정시키면, 이 천구의회전수단(49)의 회전에 따라 실린더형기어(47)와 그에 고정된 투명구체(12a, 12b)가 회전할 수 있게 된다.

상기 두 기어 수단들은 어느 하나만 사용되거나 또는 둘 다 동시에 사용될 수도 있으며, 전기모터를 동력으로 사용할 경우에 그 회전 속도를 조절하기 위해서 기어박스(도시되지 않음) 등을 추가로 구비할 수도 있다. 두 수단 모두 모터 없이 수동으로 사용할 수 있음은 물론이다.

제5 실시예

도 7은 본 고안의 또 다른 실시예를 나타낸 그림이다. 도 7에 도시된 실시예는 그 내부에 수직 각도기를 장착하여 좀 더 정확한 수직 각도 측정을 할 수 있도록 구성된 천구의에 관한 것으로서, 이는 특히 후술하는 천체의 다양한 좌표 측정에 유용하게 사용될 수 있다.

그 구성을 설명하면, 우선 림 구체의 두 정점 중 어느 한 정점(13a)에 각도기 지지대(71)의 한쪽 끝이 수평 방향으로 회전가능하도록 연결된다. 도면에서는 림 구체의 북극점에 해당하는 부분에 각도기 지지대(71)가 연결되어 있지만 남극점쪽에 연결되어도 무방하다. 또한, 각도기 지지대의 또 다른 끝은 각도기 아암(arm, 72a, 72b)이 연결되는 부분으로서 각도를 측정하는 기준이 되는 지점(70), 즉 림 구체의 내부 중심점에 위치한다.

각도기 아암은 수직 방향으로 회전가능하도록 상기 각도기 아암에 연결되는데, 도면에서는 두 개의 각도기 아암(72a, 72b)이 결합되어 있지만, 기준점으로 각도기 지지대(71)를 사용한다면 한 개의 각도기 아암으로도 필요한 모든 측정이 가능하다.

또한, 각도기 아암의 끝이 특정 천체의 위치를 지시할 때, 그 각도를 계량적으로 측정하기 위해서는 실질적인 각도기가 부착되어 있어야 하는데, 도면에서는 각도기 지지대를 따라서 반원형 각도기(73)가 부착되고, 그 중심은 각도기 지지대의 끝, 즉, 각도기 아암의 회전 중심(70)과 실질적으로 일치하게 배치되어 있다. 반드시 반원형 각도기를 사용할 필요는 없으며, 필요에 따라 유사한 기능을 수행하는 다양한 각도기를 부착시켜 사용할 수 있다. 또한, 가령 도시된 바와 같이 각도기 지지대(71)가 천구의 북극점에 연결된 경우, 천구의 적도 아래의 특정 위치를 측정하기 위해서는 각도기 아암이 원판부재(10)의 하부로 내려가야 하므로, 원판 부재에는 그 중심부를 포함해서 구멍(74)이 형성되도록 하였다. 도시된 예는 U자형 구멍이지만, 이는 각도기 아암의 길이와 측정 방식 및 회전 정도에 의해 결정되는 것이므로, V자형 등도 가능하며 또한 구멍의 끄트머리 부분(74')이 개방되거나 막혀있는 등의 다양한 형태가 가능하다.

전술한 본 고안의 천구의에 관한 실시예들이 공통적으로 가지는 가장 큰 효과 중 하나는 기존의 천구의에서는 직접적으로 보여주거나 설명할 수 없었던 복잡한 천체의 3차원적인 운동에 대해서 시각적인 효과를 곁들인 쉬운 이해가 가능하다는 점이다. 이하에서는 전술한 본 고안의 실시예 중 제1 실시예를 이용하여 천체의 움직임을 설명하는 방법들을 예시적으로 서술하였지만, 제2 실시예 내지 제5 실시예도 동일한 설명 방법에 사용될 수 있음은 물론이며 또한 여기에 서술되지 않은 더 많은 천체 운동에 대한 설명들도 가능하다.

지구상의 위치를 위도와 경도로 나타내듯이 하늘에 있는 별들도 좌표를 정하여 그 위치를 나타낼 수 있는데, 이것이 곧 천체 좌표이다. 여기에는 관측자 중심인 지평좌표와 지구 중심인 적도좌표, 황도 좌표 등이 있다.

1) 지평좌표 측정 방법

관측자 중심으로 관측자가 서 있는 지평면과 지평선상의 북점을 기준으로 방위각과 고도로 천체의 위치를 나타내는 좌표계이다.

도 8에서 천구의 속에 있는 원판부재를 관측하고자하는 위도에 맞게 그 기울기를 맞추고, 그 중심에 관측자 자신을 가상한 인형을 세운 다음, 천정과 천저를 표시하고 자오선과 방위를 정한다. 측정하고자 하는 별 X와 천정, 천저를 지나는 대원인 수직권을 투명구체에 그려서, 지평선과 만나는 점을 B라고 할 때, 북점에서 동쪽으로 점 B까지 잰 각을 방위각(A), B점에서 별 X를 지나는 수직권을 따라 별 X까지 잰 각이 고도(h)이다. 즉, 방위각(A)과 고도(h)로 천체의 위치를 나타낸 좌표(A, h)가 바로 지평좌표이다.

또한, 본 고안의 천구의를 지구자전과 반대 방향 (동쪽→서쪽)으로 회전시켜 보면 이는 전술한 바와 같이 천체의 일주운동을 나타낸 것인데, 관측시간에 따라서 방위각과 고도가 변하는 정도를 쉽게 알 수 있으며, 또한 관측자의 위치에 따라서도 기준이 되는 천정, 천저, 지평선과 북점이 달라져 이에 따라 방위각과 고도의 변화도 알 수 있다.

2) 적도좌표 측정방법

적도좌표란, 지구를 중심으로 해서 천구의 적도와 춘분점을 이용하여 적경(α)과 적위(δ)로 천체의 위치(α,δ)를 나타내는 좌표이다.

도 9에서 본 고안의 천구의 속에 있는 원판부재를 천구의 적도에 맞추고 황도와 만나는 춘분점의 위치를 확인한다. 투명구체 표면의 임의의 점인 별 X와 천구의 북극, 천구의 남극을 지나는 대원인 시간권을 그리고 이 시간권이 천구의 적도와 만나는 점을 B라고 하면, 춘분점에서 반시계 방향으로 점B까지 잰 각이 적경(α)이 되고, 점 B에서 시간권을 따라 별 X까지 잰 각은 적위(δ)가 된다.

학습자들에게 잘 이해가 되지 않는 내용 중 하나가 적도좌표는 관측시간에 따라 좌표 값이 변하지 않는다는 것인데, 본 고안의 천구의를 지구 자전과 반대 방향인 시계 방향(동쪽에서 서쪽)으로 회전시켜보면 이러한 천체의 일주 운동에도 불구하고 기준인 춘분점도 천체 X와 같이 회전하므로 관측시간에 상관없이 좌표값이 일정함을 쉽게 알 수 있게 된다. 또한 관측자의 위치에 무관한 춘분점과 천구의 적도를 사용하므로 좌표값이 일정함을 알 수 있다. 이렇게 천체의 좌표를 쉽게 측정 할 수 있는 것은 기존의 천구의에 없는 자오선과 시간권이 설치되어 있고, 천구의 지평면 또는 천구의 적도면에 해당하는 원판부재가 내장되어있을 뿐 만 아니라, 직접 손을 넣어 각을 잴 수 있는 개구부가 있기 때문이다. 이 밖에도 천체의 위치를 나타내는 좌표계로 황도좌표, 은하좌표 등이 있는데 본고안을 사용하면 쉽게 이해할 수 있게 된다.

3) 항성시

항성시는 춘분점이 시계 바늘 역할을 하는 시각으로서, 자오선에서 서쪽으로 춘분점을 지나는 시간권과 이루는 각이 춘분점의 시간각이다.

도 10에서 항성(X)을 이용할 경우, 항성의 적경(α)과 시간각(t)의 합이 항성시이고 또 남중한 항성(X＇)의 적경도 항성시와 같다.

즉 항성시= 춘분점의 시간각 (T)

=항성의 적경(α) + 항성의 시간각(t)

=남중한 항성의 적경(T)

이러한 사항들은 지구과학 교과서에서 상당히 복잡하게 기술되어 있지만, 본고안을 이용하면 시각적으로 용이하게 이해할 수 있다. 즉, 본 고안의 천구의 속에 있는 원판부재를 관측자의 위도에 맞게 지평선을 조절한 다음, 그 자오선을 정하고 춘분점을 확인한 후에 천구의를 지구 자전과 반대 방향인 시계방향 (동쪽→서쪽)으로 돌려 춘분점이 자오선을 통과하는 순간을 0h라 하고, 자오선에서 서쪽으로 가면서 측정한 춘분점의 시간각을 0h에서 24h까지 측정한다.

이와 같이 기존의 천구의 와는 달리, 본 고안의 천구의 에서는 지평선을 대신할 원판부재가 있고 시간각의 기준이 되는 자오선을 뚜렷하게 설정해 둘 수 있기 때문에 춘분점의 움직임과 자오선이 이루는 시간각을 눈으로 직접 보면서 확인할 수 있다. 또한 유사한 방법으로 본 고안의 천구의를 이용하면 우리들의 일상 생활에 쓰이는 태양시도 손쉽게 이해할 수 있다.

4) 달의 위상에 따른 관측시간

달은 지구를 중심으로 매일 약 13°씩 서쪽에서 동쪽으로 공전하므로 달이 뜨는 시각은 매일 약 50분씩 늦어진다. 이런 현상이 생기는 원리를 본 고안의 천구의를 이용한 모의 실험을 통하여 쉽게 알 수 있다.

본 고안의 천구의 속에 있는 원판부재를 관측자의 위도에 맞게 지평선을 맞춘 다음, 지구를 중심으로 달의 공전 궤도와 밖의 한 점에 태양의 위치를 일치시킨 달의 공전 궤도 모형을 만들어서 지구를 천구의 중심에 두고 지구와 태양을 연결한 선분이 황도면과 일치되게 하면 달의 공전 궤도면은 백도면에 일치된다. 이 때 지구 공전으로 인해 태양의 위치가 계속 변하므로, 관측하는 날의 태양 위치를 황도상에 맞추어 주어야 하는데, 예를 들어 만일 하지날에 모든 위상의 달을 관측한다고 가정한다면 지구와 태양을 연결한 선분은 하지점을 향하도록 한다.

그 다음, 천구상에 나타나는 달의 위치를 지구와 달의 연직선 상에 있는 해당 투명구체 부분에 표시한 후, 투명구체를 지구 자전과 반대방향인 시계방향(동쪽에서 서쪽으로)으로 회전시키면 달의 뜨고 지는 시각을 시각적으로 알 수 있게 된다. 황도와 백도는 5°9′의 각을 이루고 있는데 이 각을 무시하고 달의 공전 궤도를 간편하게 황도면에 일치되게 만들어서 이용해도 달의 관측 시간과 그 원리를 이해하는데는 별 지장이 없을 것이다.

본 고안의 천구의를 이용하면, 천체의 운동에 대한 요소들을 투명구체에 표시한 후에 이를 회전시키면서 지평면상에서의 관찰을 모식적, 시각적으로 나타낼 수 있으므로, 사용자가 직관적으로 천체의 운동을 이해할 수 있어서, 학습효과의 극대화를 기대할 수 있게 된다.

또한, 기존의 복잡한 설명을 대신하여 사용자 자신을 포함하는 흥미로운 천구 모형으로 천체의 운동을 설명할 수 있으므로, 학습에 대한 흥미유발 효과도 기대된다.

본 고안의 천구의를 이용하면 전술한 측정 방법 외에도 주극성, 출몰성, 전몰성이 생기는 현상 및 각각의 적위 범위 산출, 계절에 따른 일조시간의 변화와 태양의 남중고도 변화. 내행성인 수성과 금성이 초저녁과 새벽에만 관측되는 이유. 외행성의 관측 시간, 위도에 따른 천체의 일주권 등도 쉽게 설명하고 이해할 수 있다. 참고로 본 고안자는 약 27여년간 고등학교 지구과학 교사로서 수업 현장의 경험에 의한 절실한 필요성으로 본 고안을 학습 교구로 연구 개발하게 되었다.

본 고안은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 고안의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 본 고안의 범주는 이러한 많은변형예들을 포함하도록 기술된 실용신안청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (13)

1. 다수개의 림(rim)이 구(球) 형태로 결합된 림 구체;

   상기 림 구체와 실질적으로 동일한 중심을 가지면서 상기 림 구체 내부에 얹히도록 배치되어 필요에 따라 여러 기울기로 배치할 수 있도록 구성된 원판부재;

   상기 림 구체와 실질적으로 동일한 중심을 가지면서 상기 림 구체보다 그 직경이 커서 상기 림 구체와 소정 거리만큼 이격된 채로 상기 림 구체 전체를 외부에서 둘러싸고, 천체의 위치를 표면에 모식적으로 표시하기 위한, 단단하고 투명한 재료로 구성된 투명구체;

   그 단부가 상기 투명구체의 극점 부분을 관통하여 상기 림 구체의 대응하는 극점 부분에 연결되는 지지로드(rod);

   상기 지지로드를 지지함으로써 상기 투명구체 및 림 구체 전체를 지지하는 받침수단;

   상기 투명구체를 지지하기 위해 상기 지지로드상에서 가로 방향으로 돌출되어 상기 투명구체가 회전가능토록 지지하는 지지로드 돌출부;

   를 포함하고,

   상기 림 구체 및 상기 원판부재는 고정된 상태로 상기 투명구체가 상기 지지로드를 축으로 회전가능하며, 상기 투명구체는 그 일부분이 개구(開口)된 개구부를 적어도 한 개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 천구의(千球儀).
2. 제1항에 있어서, 상기 림 구체는 동일한 정점(頂點)을 중심으로 구형을 이루고 각각의 상기 림은 자오선 및 시간권 중 적어도 하나 이상을 의미하는 것을 특징으로 하는 천구의.
3. 제1항에 있어서, 상기 투명구체의 개구부에는 여닫을 수 있는 개폐문이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 천구의.
4. 제1항에 있어서, 상기 원판부재의 일면에는 각도표가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 천구의.
5. 제1항에 있어서, 상기 투명구체는 반구형 투명구체 2개가 결합된 것을 특징으로 하는 천구의.
6. 제1항에 있어서, 상기 개구부는 상기 천구의의 적도를 기준으로 북반구면과 남반부면에 각각 1개씩 포함된 것을 특징으로 하는 천구의.
7. 제1항에 있어서, 상기 림 구체를 이루는 각각의 림에는 소정의 기준 림으로부터 경도가 표시된 것을 특징으로 하는 천구의.
8. 제1항에 있어서, 상기 지지로드의 제2 단부는 상기 받침수단의 상부를 관통하여 상기 받침수단 내부의 지지수단에 고정되는 것을 특징으로 하는 천구의.
9. 제1항에 있어서,

   상기 지지로드는 상기 림 구체의 상하 정점에 각각 1개씩 연결되고,

   상기 받침수단은,

   그 상면에 직립 상태로 고정되는 한 쌍의 지지브라켓;

   상기 한 쌍의 지지브라켓 단부들에 뚫린 장공을 관통하여 미끄러질 수 있는 호 형상의 슬라이딩부재;

   를 포함하고,

   상기 슬라이딩부재의 상, 하단의 내측에 상기 각 지지로드의 제2 단부가 결합된 것을 특징으로 하는 천구의.
10. 제8항에 있어서, 상기 슬라이딩부재의 내면에는 랙기어를 포함하고, 상기 받침수단에는 상기 랙기어에 교합되는 제1피니언기어가 동축으로 결합된 천구의기울임수단이 고정되어 상기 천구의 고정수단이 회전함으로써 이에 교합된 상기 랙기어와 이에 고정된 슬라이딩부재가 왕복운동이 가능한 것을 특징으로 하는 천구의.
11. 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명구체를 자동으로 회전시키기 위해서 상기 투명구체의 양 극점 중 어느 한 극점 부위에 실린더형의 기어부재가 그 극점을 중심으로 고정 결합되고, 상기 슬라이딩부재에는 이 실린더형기어에 교합되는 제2피니언기어와 이에 동축으로 결합된 천구의회전수단이 결합되어 이 천구의회전수단이 회전하면 상기 실린더형기어와 이에 고정된 투명구체가 상기 지지로드를 축으로 회전 운동이 가능한 것을 특징으로 하는 천구의.
12. 제11항에 있어서, 상기 천구의회전수단은 전기모터인 것을 특징으로 하는 천구의.
13. 제1항에 있어서,

    그 제1 단부가 상기 림 구체의 극점에서 좌우로 회전 가능하도록 연결되고 그 제2 단부는 상기 림 구체의 내부 중심점에 위치하는 각도기 지지대;

    상기 각도기 지지대의 제2 단부에 회전 중심이 연결되어 상하로 회전 가능하도록 연결된 적어도 1개 이상의 각도기 아암(arm);

    상기 각도기 지지대의 제2 단부에 그 중심점이 실질적으로 일치되게 결합되는 각도기;

    를 추가로 포함하고,

    상기 각도기 아암이 자유롭게 회전하도록 하기 위해서 상기 원판부재는 그 중심부를 포함한 일부분이 천공된 것을 특징으로 하는 천구의.