장영실과학동산에 전시된 현주일구 복원품.

일반적으로 해시계의 구조는 눈금을 표시한 둥근 시반(時盤)을 평평한 바닥에 놓고 그 중심에 영침을 수직으로 세워서 해 그림자의 움직임을 연상하게 된다. 그러나 태양의 운동은 우리가 세운 수직 막대를 중심축으로 360도 회전하지 않고 하늘의 극축을 중심으로 하늘의 적도면과 평행하게 동쪽에서 떠서 남쪽에서 가장 높게 남중하고 서쪽으로 진다.

세종시대에는 정밀한 천문관측기기의 기능을 갖는 다양한 해시계와 별시계들이 제작되었는데 모두 시반이 하늘의 적도면과 평행을 이루는 적도식 해시계들이다. 천체 위치를 측정하는 천문기기의 적도면에는 부수적으로 시간을 측정하는 시반(백각환)이 있었다. 해시계 중에는 손바닥 크기의 현주일구, 천평일구 같은 적도식 휴대용 해시계가 있었다. 현재 장영실 과학동산에 복원한 현주일구는 세종19년(1437)에 창제한 해시계 중 하나이며 당시 문헌과 후대 유물을 참고해 야외전시를 위해서 문헌의 치수보다 7배로 확대해 복원한 것이다.

현주일구는 지구 자전축을 연장한 하늘의 북극 방향과 일치하는 축을 기준으로 해 이에 수직인 하늘의 적도면과 평행한 시반(時盤)에 동쪽에서 서쪽으로 한 시간(현행시간)에 15도씩 그림자가 회전한다. 이처럼 해시계의 그림자를 만드는 영침을 극축의 방향과 일치하면 일정한 시간 간격으로 그림자가 태양의 일주운행에 따른 일정한 각도로 회전하게 된다. 지역에 따라 위도에 해당하는 만큼 영침과 시반의 각도를 경사지게 맞추어야 한다.

현주일구는 남북을 잇는 가는 줄을 지구의 자전축 방향과 일치하도록 남쪽에 추를 달아 팽팽하게 당기도록 설치했다. 이 줄의 그림자가 가리키는 둥근 시반의 눈금을 보고 하루의 시간을 측정하는 것이다. 둥근 시반은 네모진 밑바탕 위에 비스듬히 설치되어 있는데 가는 줄과 수직인 적도면(지구 자전축과 수직)이 된다. 현주일구의 시반은 3개의 원이 있는데 안쪽에는 자(子), 축(丑), …해(亥)까지 12지시(支時)로 되어 있고 밖에는 12시를 각각 초(初)와 정(正)으로 나눠 24 등분돼 있다. 제일 밖에는 하루의 시간을 100 등분한 백각(百刻)의 눈금이 그려져 있다.

그러나 태양의 남중고도가 춘·추분 때만은 하늘의 적도와 일치해 시반에 그림자가 나타나지 않지만, 그 전후에는 태양의 고도가 하지 때는 높고 동지 때는 적도면보다 낮다. 따라서 시반에 나타나는 그림자는 여름철에는 윗부분에 나타나고 겨울철에는 밑부분에 나타난다. 그러므로 시반의 양면에 눈금을 새겨 놓고 윗면의 눈금은 춘분에서 추분까지 사용하고 밑면은 추분에서 동지까지 사용한다. 시반의 윗면은 그림자가 시계방향으로 회전하고 아랫면은 반시계방향으로 회전한다.

그 구조를 살펴보면 사각형의 밑받침이 있고 그 윗면에는 물을 부어 수평을 맞추는 물 홈이 네 변을 따라 파져있다. 남쪽에는 둥근 작은 못을 파서 이 물 홈과 연결되어 있다. 이 둥근 못은 남북 방위를 맞추기 위해 수라반(물 홈 위에 나침 바늘을 띄우는 것)으로 사용하는 것이다. 이처럼 휴대용 해시계 현주일구는 어느 곳을 가든지 간편하게 물을 부어 수평을 보고 수라반의 자침을 보면서 방위와 수평을 맞추어 설치하면 바로 실에 비치는 태양의 그림자를 보면서 시간을 측정할 수 있다.

이용삼·충북대 천문우주학과 교수