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‘아꼽다 못해 요망진 아해’(제주어로‘사랑스럽다 못해 똑똑한 아이)를 위한 ‘이야기’를 간직한 체험과학 창작실험 시리즈 04는, “노몬도 없고, 나침반도 없는 나의 해시계”[내 해시계 15]이다.

‘이야기’를 간직한 체험과학 창작실험 시리즈 01 [빛 튐 아트 24], 시리즈 02 [빛 튐 아트 25], 시리즈 03 [빛 튐 아트 23]에서와 같이 끝의 숫자는 창작하여 일반화한 때(2024년, 2025년, 2023년, 2015년)이다.

“시계가 없던 옛날에는 시각을 어떻게 알았을까?”라고 프롬프트( AI에게 무엇을 해 달라고 지시하는 명령어 또는 질문, AI에게 “어떤 일을, 어떻게”해 달라고 하는 지침)를 입력하였다.

생성형 AI 구글 gemini의 응답, 자연을 이용한 방법(해시계, 별자리, 닭 울음소리), 인공적인 도구를 이용한 방법(물시계, 모래시계, 향시계)가 있으며 그 장단점을 이해할 수 있게 답했다.

생성형 AI 네이버 CLOVA X의 응답, 해시계, 물시계, 별시계, 모래시계, 종소리, 나침반으로 시각을 아는 방법을 정리해 주었다

생성형 AI 마이크로소프트 빙 Copilot의 응답, 별자리와 해의 위치, 막대기와 그림자, 해 시계, 모래시계로 시각을 알 수 있음을 설명하였다.

생성형 AI 카카오톡 AskUp의 응답, 일광시계, 물시계, 양초시계, 별의 위치나 동물의 행동 등을 관찰하여 시각을 예측하였다고 응답하였다.

“시계가 없던 옛날에는 시각을 어떻게 알았을까?”의 공통분모는 해시계였다.

시계방향(clockwise)이라는 개념은 태양이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 질 때, 해시계에 나타난 그림자는 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하므로 그 방향을 시계방향으로 정한 것이다.

해시계는 노몬(규표, 영침, 지침, 해시계의 중심에 세워진 막대), 시각 그림표(시판, 시계판, 노몬의 그림자가 볼 수 있는 판, 시각을 표시하는 눈금이 새겨짐)로 이루어진다.

노몬의 위치에 따라 수평 해시계(수평면과 평행), 수직 해시계(수직), 경사 해시계(수평면과 경사)로, 시각 그림표(시계판)의 형태에 따라 평면 해시계(시계판이 평면), 곡면 해시계(시계판이 곡면)로 나뉜다.

수평 해시계는 가장 일반적인 형태로 지표면에 수평으로 설치된 판에 시각 그림표를 그린 것이며, 제작 및 설치가 비교적 간단하지만, 겨울철에는 그림자가 길어 정확도가 떨어진다.

수평 해시계에는 평면 수평 해시계(가장 일반적인 수평 해시계), 방위각 수평 해시계(남북 방향으로 설치된 수평 해시계), 적도 식 수평 해시계(적도 면에 평행하게 설치된 수평 해시계)가 있다.

한국 표준시 KST(Korea Standard Time)는 영국 그리니치 천문대의 시각인 세계표준시(UTC/GMT)에 9시간을 더하면 된다. 즉 경도 15°마다 1시간씩 차이가 난다.

우리나라의 표준시는 현재 135°를 기준으로 하고 있다. 이는 일본의 표준시(135°)와 같으며, 일본 고베 근처와 러시아의 하바롭스크를 지나는 자오선이 135°이다.

1908년 4월 1일 대한제국은 서울을 기준으로 한 127.5°를 표준시로 사용하였으나, 일제 강점기인 1912년 1월 1일 조선총독부는 일본과 같은 135°로 기준을 바꾸었고, 해방 이후 1954년 3월 17일 이승만 정부는 서울을 기준으로 한 127.5°로 환원하였지만, 5.16 군사 정변 이후 1961년 8월 7일 다시 동경 135°로 표준시가 변경되었다.

일반적으로 국가의 표준자오선은 그리니치 천문대를 기준으로 15°의 배수 즉 정수 1시간 단위 차이가 난다. 164개국 중 97%가 정수 시차이다. 그래서 1961년에 표준시를 동경 135°로 변경하였다.

국토지리정보원이 제시한 서울의 경도는 126°59′이므로, 일본 기준 135°와 약 8°차이 즉 32분의 시차가 있다. 즉 해시계로 측정한 시간에 약 32분을 더해야 현재 우리가 사용하는 시각이다.

일본의 창작실험 연구개발 일반화 전문가 축제 “青少年のための科学の祭典” 全国大会에 필자가 처음으로 초대받았던 2000년, 발표작품이 ‘아폴론의 그림자(Shadow of apollon)’라는 제목의 해시계였다.

일본의 창작실험 연구개발 일반화 전문가 축제 “青少年のための科学の祭典” 全国大会 2010년 42번 부스에서 依田 貴臣가 발표한 ‘언제 어디서나 볼 수 있는 캡슐 해시계’는 좀 특별했다.

해시계의 기본요소 노몬(규표, 영침, 지침, 해시계의 중심에 세워진 막대)이 없고, 대신에 투명한 캡슐과 시각 그림표(시판, 시계판, 노몬의 그림자가 볼 수 있는 판, 시각을 표시하는 눈금이 새겨짐)가 모두였다.

노몬의 그림자를 시각 그림표에서 찾아서 읽는 대신, 투명한 캡슐에 나타난 아주 밝고 작은 점)의 위치를 기준으로 시각을 표시하되, 투명 캡슐의 정점은 북극성(관측자의 뒤통수에 북극성)을 향하게 한다.

그러나 依田 貴臣는 결정적인 실수를 범하였다. 그것은 그의 원고(아래의 그림)에 시각 그림표(시판, 시계판, 시각을 표시하는 눈금이 새겨짐)와 수평선과 이루는 각도는 측정 지점의 위도라고 되어 있는 것이다.

수평 해시계에는 평면 수평 해시계(가장 일반적인 수평 해시계), 방위각 수평 해시계(남북 방향으로 설치된 수평 해시계), 적도 식 수평 해시계(적도 면에 평행하게 설치된 수평 해시계)가 있다.

2015년 경기도 부천시 소명여고의 과학동아리 활동 및 정규 수업, 제주과학축전 부스 운영, 울산과학축전 부스 운영을 위한 준비과정에서 의문을 발견한 것은 소명여고의 학생 ‘ㅇ’였다

青少年のための科学の祭典 全国大会 2010년 42번 부스 실험 원고를 다시 확인해 달라고, 青少年のための科学の祭典 全国大会 사무국을 통하여 依田 貴臣에게 이메일을 보냈고 회신을 받은 결과는 아래와 같다.

お世話になっています。

佐久市子ども未来館の依田と申します。 現在は佐久市振興公社に勤務しております。

どこでもかんたんカプセル日時計に興味をもっていただき、大変嬉しく思います。

また、当日ブースにお越し頂きありがとうございます。

さて、ご指摘の角度35°ではなく、55°ではないかとのご指摘ですが、おっしゃる通りでございます。

図を作る時に誤って記載してしまいました。

後で、その事に気づきましたが冊子の印刷後だったので、当日ブースに来られた方にはその旨を説明しながら製作を行いましました。

大変ご迷惑をおかけしました。申し訳ありません。

正しい角度で製作して頂ければ幸いです。よろしくお願いします。

佐久市子ども未来館 佐久市振興公社

長野県佐久市取出町183

℡0267-62-0214

依田

신세를지고 있습니다. 사쿠시 어린이 미래관의 요다라고 합니다. 현재는 사쿠시 진흥 공사에 근무하고 있습니다. 어디서나 간단 캡슐 해시계에 흥미를 가져 주셔서, 매우 기쁘게 생각합니다. 또, 당일 부스에 와 주셔서 감사합니다. 그런데, 지적의 각도 35°가 아니고, 55°가 아닐까의 지적입니다만, 말씀하시는 대로입니다. 그림을 만들 때 잘못 기재했습니다. 나중에, 그 일을 깨달았습니다만 책자의 인쇄 후였으므로,당일 부스에 온 분에게는 그 취지를 설명하면서 제작을 실시했습니다. 매우 폐를 끼쳤습니다. 죄송합니다. 올바른 각도로 제작해 주시면 다행입니다. 잘 부탁드립니다.

사쿠시 어린이 미래관 사쿠시 진흥 공사 나가노현 사쿠시 취출초 183 ℡0267-62-0214

요다

[내 해시계 15]는 ‘이야기’를 간직한 체험과학 창작실험 시리즈 04로, 2015년에 필자가 창작하여 일반화한 실험이며, 노몬도 나침반도 없는 투명 캡슐을 활용한 해시계이다.

지구는 하나의 자석으로 볼 수 있다. 마찰이 거의 없는 면(유리판이나 완전히 꺼둔 손전화 화면 등) 위에 작지만 강력한 Nd 자석을 살짝 두면 항상 남과 북을 가리키면서 멈춘다. 이 원리를 활용하면 노몬도 나침반도 없이 시각을 알 수 있는 [내 해시계 15]가 가능하다.

실제로 실험해 보니 [내 해시계 15]에는 자석 Nd(D5 10T), 투명 캡슐(D30)이 적합하였다.

Nd는 네오디뮴(Neodymium)의 약자로 매우 강력한 자석이며, D5의 D는 지름(Diameter)의 약자로 D5는 지름이 5mm, 10T의 T는 두께(Thickness)의 약자로 10T는 두께가 10mm인 자석이다. 물론 투명 캡슐 D30도 지름이 30mm란 뜻이다.

마찰이 거의 없는 면(유리판이나 완전히 꺼둔 손전화 화면 등) 위에 작지만 강력한 Nd 자석을 살짝 놓고, 북쪽을 가리키는 면에 북(N), 남쪽을 가리키는 면에 남(S)이라고 네임펜으로 적는다.

이때 Nd 자석의 위치를 억지로 거꾸로 하면 어떻게 될까? 금세 원래대로 돌아와서 처음과 같은 방향으로 남과 북을 가리킨다. 지구가 결국은 하나의 거대한 자석이기 때문에 나타나는 현상이다.

두 투명 캡슐의 접합 면과 수평면이 이루는 각도는 실험하는 곳의 위도 θ(경기도 부천시 소명여고 N37.3°울산과학관 N35.54°제주 한라체육관 N33.50°)이다.

투명 캡슐 속에 접착제 분사기(글루건)로 Nd 자석을 고정할 때, 기울어진 접합 면에서 수평면에 가까운 쪽이 N, 먼 쪽이 S가 되어야 한다. 이 작업은 매우 까다로우므로 충분한 주의가 필요하다.

접착제가 완전히 굳은 후, 해시계 판을 두 투명 캡슐의 접합 면에 고정하고 가장자리를 투명테이프로 단단히 고정하면 [내 해시계 15]는 완성이다.

물론 완성된 [내 해시계 15]를 자신만의 스타일로 코디함으로써 STEAM(과학 기술 공학 예술 수학)의 각 요소를 함께 만날 수 있다는 것이 이 실험의 매력이며 ‘이야기’이다.

마찰이 거의 없는 면(유리판이나 완전히 꺼둔 손전화 화면 등) 위에 완성된 [내 해시계 15]를 가만히 놓고, 투명 캡슐에 맺히는 빛나는 점으로 알아낸 시각이 현재 우리가 사용하는 시각과 일치하는가?

국토지리정보원이 제시한 서울의 경도는 126°59′이므로, 일본 기준 135°와 약 8°차이 즉 32분의 시차가 있다. 즉 해시계로 측정한 시간에 약 32분을 더해야 현재 우리가 사용하는 시각이다.

[내 해시계 15]의 보관은 매우 까다롭다. 강력한 자석 Nd는 바늘이 있는 손목시계, 신용카드나 교통카드, 강력한 강철 면 등과 금세 붙어버린다. 그들끼리 만나면 끔찍하다, 다 망가진다. 특히 주의해야 한다.

다음의 시(詩)는 [내 해시계 15]를 8자 9행 72자로 요약한 것이며, 노몬도 나침반도 없는 나만의 해시계를 잘 이해할 수 있게 상징화했다.

이천년에 처녀출전

일본도쿄 청소년을

위한과학 체험실험

위도만큼 기울어진

노몬끝은 북극성향

시각표엔 날짜까지

이천일오 노몬없이

자석활용 투명캡술

내해시계 일오탄생

[내 해시계 15]의 재료(자석 Nd D5 10T, 투명 캡슐 D30)와 도구(글루건과 심, 나침반이나 손전화의 나침반 앱, OPP 투명테이프, 네임펜)는 인터넷 쇼핑몰(다이소, 쿠팡 등)에서 한 끼 식사비쯤으로 구할 수 있다.

만약 재료와 도구를 하나하나 구하기가 귀찮다면, 인터넷 쇼핑몰(바로몰, 참사이언스 등)에서 살짝 다듬어 둔 [내 해시계 15] 재료 꾸러미를 구매할 수도 있는데 5인용으로 되어 있는 것으로 안다.

과학실험은 논리적이고 체계적인 사고를 바탕으로 하며, 예술은 직관적이고 감성적인 사고를 바탕으로 하지만, 과학실험과 예술은 모두 창의적인 사고와 상상력이 필요하므로 새로운 지식과 경험을 창출한다.

휴대전화기로 뻔하게 시간만 보내는 것보다, 누구나 쉽게 간단한 재료로 만들 수 있는 [내 해시계 15]에 도전해 보시라.

‘이야기’를 간직한 체험과학 창작실험 시리즈는 더 깊은 흥미와 더 넓은 호기심을 키울 수 있도록 계속될 것이다. 기대하시라.

편집 : 김인수 객원편집위원