천상열차분야지도는 과거의 하늘을 담은 동시에 데이터 기록의 보고이다.
우리는 그 데이터를 현대적 분석 방법으로 시각화하고 해석하여, 별들의 숨은 이야기를 탐구한다.
천상열차분야지도를 데이터의 관점에서 이해한다.
[탐구 질문]을 바탕으로 천문도에서 얻을 수 있는 데이터에 대해 함께 토의한다.
Q1. 천문도에서 어떤 데이터를 얻을 수 있을까요?
Q2. 데이터를 어떻게 얻을 수 있을까요?(천체의 좌표를 어떻게 표현했을까?)
Q3. 수집된 데이터는 어떠한 성격과 특징을 지니고 있나요?
Q4. 이 데이터를 활용하여 어떤 과학적 해석이나 분석을 할 수 있을까요?
▲그림1. 천상열차분야지도 숙종 석각본의 탁본 성도 부분1
(예시) 데이터로써 천상열차분야지도 이해하기
▲표1. 별 데이터 일부(숙종본)_(출처:한국천문연구원 양홍진 박사 제공)
왼쪽 표는 천상열차분야지도에 나타난 별들을 실제 데이터로 정리한 일부 예시
원의 중심(북극)으로부터의 거리, 별의 크기(반지름), 별의 이름과 전통 별자리 구역 등이 수치로 나타나 있다.
이를 통해 천상열차분야지도가 단순한 그림이 아니라 정량적 분석이 가능한 데이터 집합이라는 점을 확인할 수 있다.
이 표를 활용하여 데이터를 읽고, 분석하고, 해석하는 데이터 리터러시 활동을 진행한다.
Python을 활용하여 별 데이터를 시각화하고 천문도를 구현한다.
python으로 별 데이터를 시각화하기 위해 먼저 별 데이터 파일(.csv)을 준비한다.
오른쪽의 csv 파일을 내려받은 뒤, 구글 My Drive에 업로드한다.
이 파일은 이후 시각화 활동에서 불러와 사용한다.
▲표2. 별 데이터 파일(.csv) _ (출처:한국천문연구원 양홍진 박사 제공)
▲ 천문도 시각화 표현 코드
구글 코랩을 활용하여 Python 코드로 데이터를 불러오고, 시각화를 통해 천문도를 표현한다.
왼쪽의 링크(Google Colab)에 들어가서 활동을 시작한다.
코드 실행 과정은 아래 글을 참고하시기 바랍니다.
▲그림2. 라이브러리 설치 코드 실행 화면
워드클라우드 작업에 필요한 라이브러리를 설치한다.
명령어 입력 후에 실행버튼(빨간색 원)을 눌러 설치한다.
⚠️ 모든 명령어는 입력 후 실행 버튼(▶)을 눌러야 한다.
▲그림3. 구글 코랩(Google Colab)과 내 드라이브(My Drive) 연결 코드 실행 화면
구글 코랩과 나의 드라이브를 연결하여 드라이브로부터 자료를 불러온다.
※ 구글 코랩에 내 드라이브 연결할 때 해야하는 일: [Google Drive 연결] → [계정으로 로그인] 계속 클릭 → [액세스 요청] 계속 클릭
▲그림4. 구글 코랩(Google Colab)과 내 드라이브(My Drive) 연결 과정 실행 화면
▲그림5. 데이터 불러오는 코드 실행 화면
내 드라이브에서 데이터를 불러온다.
📌 파일 경로 찾는 방법
화면 좌측의 폴더 모양 클릭(①) → drive 하위폴더 찾기(②) → MyDrive에서 내가 저장한 파일을 찾고, 세로 점 3개 부분 클릭(③) → 경로 복사 후 [파일 저장 위치 경로]부분에 붙여넣기(ctrl+V)
▲그림6. 파일 경로 찾는 방법 실행 화면
▲그림7. 데이터 추출 및 전처리 코드 실행 화면
데이터에서 필요한 열(X, Y 좌표, Radius)을 추출하고 전처리한다.
▲그림8. 데이터 시각화 코드 실행 화면
천문도의 구조(주극원, 적도, 외곽원)를 표현하고, 별의 위치와 크리를 산점도로 시각화한다.
* 50의 숫자를 바꿔보면서(예: 10, 30, 50, 100) 별의 크기 표현이 어떻게 달라지는지 확인해보세요. 이 값은 실제 크기가 아니라 등급 차이를 강조하기 위한 임의의 배수이다.
시각화 결과를 원본 천문도와 비교하여, 데이터가 어떤 특징을 보여주는지 해석합니다.
▲그림9. 데이터 시각화 결과
별의 크기 표현에서 어떤 차이나 규칙성을 발견할 수 있나요 ?
Python을 활용해 별의 반경과 겉보기 등급 사이의 관계를 시각화하고, 결과를 해석한다. 이를 통해 천문도에 담긴 시각적 표현의 과학적 의미를 탐구한다.
다음의 세부 활동을 단계적으로 수행한다.
활동① 별의 반경과 겉보기 등급 사이의 관계 분석하기
활동② 별의 밝기와 크기의 경향을 해석하기
활동③ 심화 활동-이상치 탐색
python으로 별의 반경과 겉보기 등급 사이의 관계를 분석하려면, 천문도에서 동정된 별의 데이터가 필요하다.
이 데이터는 천문도에 표현된 1,467개의 별 중 실제 별로 동정된 365개의 데이터를 정리한 것
오른쪽의 csv 파일을 내려받아 구글 My Drive에 업로드한다.
이 파일은 이후 시각화 활동에서 불러와 사용한다.
▲표3. 동정된 별 데이터 파일(.csv) _ (출처:한국천문연구원 양홍진 박사 제공)
구글 코랩을 활용하여 Python 코드로 데이터를 불러오고, 별의 반경과 겉보기 등급의 관계를 산점도로 표현한다.
오른쪽의 링크(Google Colab)에 들어가서 활동을 시작한다.
✅라이브러리 설치, 드라이브 연결, 데이터 불러오기, 전처리 과정은 앞서 했던 시각화 활동과 동일하다. (코드 내 설명 참고)
▲별의 반경과 겉보기 등급 관계 표현 코드
▲그림10. 별의 반경과 겉보기 등급 상관관계 그래프
오른쪽 그림은 동정된 별의 반경과 겉보기 등급 사이의 관계를 산점도로 분석한 결과이다.
먼저 그래프를 관찰하고, 아래 [탐구 정리]에 제시한 질문을 통해 결과를 해석한다.
[탐구 정리]
Q1. 별의 반경과 겉보기 등급 사이에는 어떤 경향이 보이나요?
Q2. 산점도에서 다른 점들과 달리 벗어나 있는 별은 무엇을 의미할까요?
이제 PCA 기반 회귀 분석을 통해 그래프에서 나타난 상관관계를 정량적으로 확인한다.
앞에서 제시한 탐구 질문의 답을 근거 있는 결론으로 발전시켜 보자.
❓천문도에는 별의 반경과 겉보기 등급 사이에는 어떤 관계가 나타나나요?
모범 답안을 드래그해서 확인해 본다. 👇
별의 반경이 클수록 겉보기 등급이 작아져 더 밝게 보인다. 따라서 천문도에서는 밝은 별을 더 크게 표현했음을 알 수 있다.
📝 PCA 기반 회귀 분석
PCA(Principal Component Analysis) 기반 회귀 분석, 또는 직교 회귀는 두 변수 모두에 오차가 있다고 가정하고, 데이터 분포를 가장 잘 대표하는 직선을 찾는 방법이다.
별의 반경과 겉보기 등급처럼 양쪽 변수에 오차가 포함된 경우, 일반 회귀보다 더 타당한 관계 해석을 제공한다.
▲그림11. PCA 기반 회귀 분석을 통해 별의 반경과 겉보기 등급 사이의 경향성을 나타낸 결과
PCA 회귀분석 결과, 일반적인 경향에서 벗어난 별(이상치)을 찾아 그 원인과 의미를 탐구한다.
산점도에서 이상치를 분석하고, 과학적·역사적 의미를 토의한다.
데이터에서 드러난 이상치를 탐색하여, 기록의 한계나 별의 특성을 이해한다.
▲ 심화 활동: 이상치 탐색 코드
이 활동에서는 plotly 도구를 활용하여 이상치 데이터를 쉽게 파악할 수 있다.
별에 대한 BSC 번호와 반경, 겉보기 등급 데이터를 확인할 수 있다.
왼쪽의 링크(Google Colab)에 들어가서 활동을 시작한다.
💻 plotly 도구 : 상호작용형 시각화 도구로, 마우스를 올리면 데이터 정보가 표시된다.
▲그림12. 심화활동: 이상치 탐색 결과_그래프
이상치 데이터를 탐색하고, [탐구 질문]을 바탕으로 과학적·역사적 의미를 함께 토의한다.
Q1. 회귀선에 벗어난 이상치 데이터를 나타낸 별은 무엇인가요?
Q2. 어떤 별은 왜 다른 별들과 다른 위치나 크기를 보일까요?
Q3. 이러한 이상치는 단순한 기록 오류일까요, 아니면 특별한 천체일까요?
(1) 이상치 탐색 - 회귀선에서 벗어난 별 찾기
회귀선에서 벗어난 별들을 확인하고, 이들이 왜 다른 별들과 다른 양상을 보이는지 탐구해 본다.
(2) 이상치 원인 분석
(3) 이상치 별에 대한 탐색 (예시: 노인성, Canopus)
천상열차분야지도에서 가장 크게 표현된 별 중 하나
우리나라에서 남중했을 때 고도가 낮아 관측이 매우 어려운 별. (제주도에서 겨울철 남쪽 하늘에서 관측 가능)
문화적 상징성: 인간의 수명을 관장한다고 믿어 왕이 제사를 올렸으며, 노인성이 보이는 해에는 나라가 평안하다고 여겨졌음. (한국천문연구원.2006)7
📌 [탐구 정리]
노인성이 크게 표현된 이유는 단순한 제작상의 오류가 아니라 과학적 한계와 더불어 문화적·상징적 의미가 반영된 결과이다.
천상열차분야지도는 단순한 그림이 아니라, 데이터를 수집하고 시각화하여 현대적 분석이 가능한 과학적 자료(Data)임을 확인할 수 있다.
< 참고 자료 >
규장각 원문검색서비스. 천상열차분야지도 [Image]. https://kyudb.snu.ac.kr/book/view.do
박창범(1998). 천상열차분야지도의 (天象列次分野之圖) 별그림 분석, 한국과학사학회지, 20(2), 113–149.
양홍진. 천상열차분야지도 삼차원 스캔. https://harg.kasi.re.kr/pro_plus/down/200911/200911_067-078.pdf
안상현(2015). Astronomical Characteristics of Cheonsang-yeolcha-bunyajido from the Perspective of Manufacturing Methods, Journal of Astronomy and Space Sciences, 32(1), 51–62.
김동국(2020). 천상열차 분야지도에 실린 별들의 동정 및 분석. : 서울대학교
한국민족문화대백과사전. https://encykorea.aks.ac.kr/Article/E0022981
한국천문연구원(2006). 노인성을 가슴에 품은 천문대-서귀포천문학과학문화관. : 한국천문연구원.