일성정시의란 낮과 밤의 시간을 측정할 수 있는 해시계와 별시계의 기능을 하나로 합친 조선의 독창적인 천문시계입니다. 세종대왕의 과학에 대한 집착은 모두 백성들을 위함이었는데 오늘은 일성정시의의 구조 및 원리 역사적 가치에 대해 알아보겠습니다.
일성정시의란?
“처음에 임금이 주야 측후기(밤낮으로 기상의 상태를 알기 위해 천문의 이동이나 천기의 변화를 관측하는 기기)를 만들기를 명하여 이름을 ‘일성정시의’라 하였는데, 이를 완성하였다고 보고하였다. 모두 네 벌인데, 하나는 궁궐 안에 둔 것으로 구름과 용으로 장식하였으며, 나머지 셋은 발이 있어 바퀴자루를 받고 기둥을 세워 정극환( 별의 운동을 관측하는 기구)을 받들게 하였다. 하나는 서운관에 주어 점후(구름의 모양ㆍ빛ㆍ움직임 등을 보고 길흉을 보는 점)에 쓰게 하고, 둘은 함길ㆍ평안 두 도의 절제사 영에 나눠주어 경비하는 일에 쓰게 하였다.”
이는 《세종실록》 19년(1437년) 4월 15일 기록인데 낮과 밤의 시간을 측정할 수 있도록 만든 천문관측기기 곧 ‘일성정시의’를 만들어 궁궐 안과 서운관에 설치하고, 함길ㆍ평안 절제사 영에 나눠주었다는 내용입니다. ‘일성정시의’는 해시계의 원리와 북극성을 중심으로 규칙적으로 도는 별의 회전원리를 이용한 것으로 날씨만 좋다면 밤낮 모두 쓸 수 있는 시계였습니다. 정밀하게 관측할수 있다는 장점이 있었지만 크고 무거워 휴대하기 불편하다는 단점도 있어 그 단점을 보완하기 위해 휴대하기 좋은 소정시의도 만들어 사용했다는 기록이 있습니다.
일정정시의 구조및 원리
조선 전기의 시각법은 1일을 12시와 100각으로 나누었고, 밤 시간은 5경으로 나누어 시간을 측정하였다. 일반적으로 해시계는 백각환과 같은 시반에 비추는 영침의 그림자가 가리키는 것을 보고 시간을 측정하지만 일성정시의는 계형의 위치를 회전하여 태양을 향해 맞추어 시간을 잰다. 그러나 태양을 직접 눈으로 측정하지 않고 계형의 실을 사용하여 시간을 측정한다. 정극환에서부터 두가 닥의 실은 적도환과 백각환 위쪽에 회전하는 계형이라는 막대 양 끝으로 이어져 있다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 적도환의 가운데 고정되어 있는 일귀백각환(日 김)은 시각의 눈금이 되고 계형으로 연결된 실은 시침이 된다. 계형을 돌려 태양의 방향을 맞추면 계형의 앞쪽 실의 그림자가 바로 뒤쪽 실의 그림자와 겹 쳐진다. 즉 두 개의 실과 태양을 일치시켜 규형의 끝이 백각환에서 지시하는 곳 이 바로 태양의 위치이며 이때 백각환 위에는 12시와 100각을 그려 놓았기 때문에 태양의 위치에 맞는 낮의 시각을 읽을 수 있다.
항성은 북극을 중심으로 1시간에 15°씩 움직이므로 앞서 설치와 극축 조정에 서 설명한 바와 같이 북극성에 가까운 별가운데 밝은 별인 제성(帝)의 움직임 을 관찰하여 시간을 알 수 있다. 적도환 밑면의 중심에서 정극환을 바라보면 당시 북극성인 천추성(大)이 정극환 중심에 오도록 설치한 후 계형을 회전시키면서 계형의 실이 제성을 향하게 한 후 계형이 성귀백가환에 지 시하는 눈금의 시간을 읽으면 된다. 그러나 천구상에 별자리는 매일 1도씩 동쪽에서 서쪽으로 이동하기 때문에 누적되는 차를 보정하여야 한다. 따라서 제일 바깥에 있는 주천도환의 기준점을 동짓날을 기점으로 하여 동짓날 이후부터 매일 1도씩 경과된 날 만큼 주천환의 각도를 회전시켜 준 후에 성귀백 각환의 자정 시간(기준점)의 눈금을 주천도환의 기준점으로 회전하여 맞춘 후에 시간을 측정하면 1년 동안 밤 시간을 정확히 알 수 있다.
2021년 6월 1일 일정성시의의 일부가 발견되다
지름 68㎝로 구리로 만들어진 천문시계의 일종인 일성정시의는 세종시대의 독창적인 것으로서 당시의 과학 기술을 대표할 수 있는 것이다. 일정성시의는 다른 계시기 들과 다른 두 가지의 특징이 있다. 첫째는 한양의 북극 고도인 한양의 위도를 정확히 측정하여 일성정시의의 정극환의 방향을 한양에서의 북극고도에 맞추어 사용함으로써 한양을 기준으로 한 국가 표준시계라 할 수 있다. 둘째 지구의 자전축 방향인 북극에 맞추어 천문에 사용하는 적도좌표계 와 일치하도록 설치함으로써 지구의 자전운동으로 인한 하늘의 태양이나 천체의 일주운동의 변화량을 측정하는 주야겸용측시 기인 정밀한 천문 시계이다. 태양뿐 아니라 항성이 북극성을 중심으로 규칙적으로 일주운동 을 한다는 사실을 알고 북극성을 중심으로 천구상에서 회전하는 북극성 주위의 별들의 위치를 측정하여 밤 시간을 측정하였고, 그 시간을 궁중에 알려 줄 뿐만 아니라 당시 국가 표준시계인 자격루의 시각 교정에도 사용하였다. 현재 현존하는 일성정시의는 없으며 복원한 것이 국립민속박물관에 전시되어 있다. 하지만 일정성시의의 일부분이 발굴조사를 담당하는 수도문물연구원 발굴팀에 의해 발견되었는데 여느 때와 다름없이 발굴 조사를 하고 있었으며 이는 2020년 3월부터 진행된 조사였다. 서울 종로구 인사동 79번지 피맛골 입구인 ‘서울 공평구역 제15·16지구 도시환경정비사업 부지 내 유적’으로 불리는 이곳은 조선시대에 사법기관인 의금부등 중앙관청을 비롯해 상설 시장인 시전행랑이 있었던 한양의 중심지인 이곳에서 2021년 6월 1일 발굴팀은 눈으로 보고도 믿을 수 없는 유물들을 발견했다. 절단된 채로 묻혀 있던 16세기 승자총통 1점과 소승자 총통 7점을 시작으로 조선 15, 16세기 유물들이 쏟아져 나왔다. 총통 조각들 아래로 세 개의 환(둥근 고리)이 잘게 잘린 채 가지런히 포개진 상태로 발견됐다. 오경택 수도문물연구원장은 “처음에는 어떤 유물인지 전혀 몰랐다”며 “조각들에 눈금이 새겨져 있는 것만 확인했다”고 당시를 회상했으며 눈금에서 천체 관측 기기인 혼천의(渾天儀)를 떠올린 발굴팀은 혼천의를 복원한 이용삼 충북대 천문우주학과 명예교수에게 사진을 보내 자문했다. 확인된것에 의하면 출토된 일성정시의 부품이 바로 세종실록에 나오는 세 고리임이 확인되었다. 특히 바깥쪽에 있는 주천도분환과 가장 안쪽에 있는 성구백각환은 두 귀(耳)가 있다고 묘사돼 있는데 출토 유물의 모양도 이와 동일하다. 또한 성구백각환에 새겨진 100개의 눈금은 “100각(刻)으로 때를 정해 밤낮을 나눴다”는 실록의 기록과 일치했다. 온전한 유물이 아니어서 아쉽기는 하지만 그 일부분일지라도 500년이 지나 발견된 것은 정말 소중한 유물이기에 역사적 가치가 높다.