태양계의 움직임을 이해하는데 있어서 중요한 역할을 하는 것 중 하나가 케플러의 법칙입니다.
케플러의 법칙은 태양계 내 행성들이 공전하는 경로와 속도를 설명하는 핵심 원리 중 하나로, 태양계 천체들 간의 복잡한 상호작용을 이해하는 데 도움을 줍니다. 이러한 법칙은 우리가 태양계를 더 깊이 이해하고 예측하는 데 도움이 되며, 이를 통해 우리는 우주의 신비로움과 복잡성을 탐구할 수 있습니다.
오늘은 케플러의 법칙이 무엇인지, 그리고 어떻게 태양계의 행성들이 이 법칙을 따르는지에 대해 알아보겠습니다.
태양계
태양계란 항성인 태양과 태양의 중력을 받아 공전하고 있는 행성 등의 천체를 모두 통틀어 이루는 말이다. 즉, ‘태양 일가족’이다. 하나의 항성과 8개의 행성, 몇 개의 왜소행성, 다수의 위성, 소행성, 혜성 등이 태양계를 형성하는 가족들입니다.
태양계 행성의 공전 궤도 (수성부터 화성까지)
지구와 화성 궤도의 간격이 일정하지 않은 것은 화성 궤도가 아주 많이 눌린 타원 모양입니다.
태양계 행성의 공전 궤도 (화성부터~)
명왕성은 원래 행성으로 분류되었다가 2006년에 왜소행성으로 퇴출되고 말았습니다.
태양에서 제일 먼 행성인 해왕성까지의 거리는 30천문단위 정도입니다.
그 밖에도 해왕성의 궤도 바깥쪽에는 해왕성 바깥 천체라고 부르는 작은 천체들이 아주 많습니다.
내행성과 외행성
지구를 기준으로 해서, 태양에 더 가까운 안쪽 궤도를 도는 수성과 금성을 내행성이라고 부릅니다. 한편 지구보다 바깥쪽 궤도를 도는 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 외행성이라고 합니다.
내행성 : 지구에서 보면 내행성은 늘 태양 가까이에 있다. 그래서 일몰 직후나 일출 직전에만 관측할 수 있습니다.
외행성 : 지구에서 봤을때 태양과 반대쪽에 있는 외행성은 한밤중에도 관측할 수 있습니다.
거대 가스 행성
행성을 크기와 구조로 분류하는 방법도 있는데 수성, 금성, 지구 , 화성은 암석 행성 (또는 지구형 행성), 목성과 토성은 거대 가스 행성(또는 목성형 행성), 천왕성과 해왕성은 거대 얼음 행성(또는 천왕성형 행성)으로 분류됩니다.
암석 행성은 주로 암석과 철로 이루어진 소형 행성입니다.
거대 가스 행성은 주로 수소 가스로 이루어져 있고, 거대 얼음 행성은 얼음 주위를 가스가 감싸고 있는 대형 행성입니다.
천문단위
천문단위(AU)는 천문학에서 쓰는 거리 단위로, 약 1억 5000만km (정확하게는 1억 4959만 7870.7km)으로 태양과 지구의 평균 거리가 그 유래이며, 태양계 안의 거리 단위로 흔히 사용됩니다.
합
지구에서 봤을 때 내행성이 태양과 완전히 같은 방향에 있는 것을 합이라고 부르는데, 이때 태양보다 앞에 있으면 내합, 태양보다 뒤에 있으면 외합이라고 합니다.
최대 이각
지구에서 봤을 때 내행성이 태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 것처럼 보이는 상태를 최대 이각이라고 합니다. 내행성이 태양의 동쪽에 있을 때는 동방 최대 이각, 태양의 서쪽에 있을 때는 서방 최대 이각입니다.
충
지구에서 봤을 때 외행성이 태양과 정반대 쪽에 있는 것을 충이라고 합니다.
구
지구에서 봤을 때, 외행성과 태양과의 각도(이각)가 90도가 되는 것을 구라고 합니다. 동쪽으로 90도의 떨어진 위치에 있으면 동구, 서쪽으로 90도 떨어진 위치에 있으면 서구입니다.
외행성이 태양과 같은 방향에 있는 것을 합이라고 합니다. 동구 일 때는 저녁 무렵 남쪽 하늘에서, 서구일 때는 새벽녘에 남쪽 하늘에서 관측하기 쉽습니다. 충 일 때는 밤새도록 외행성을 관측할 수 있습니다.
역행
일반적으로 행성은 배경에 있는 별들(항성) 사이를 매일 밤 조금씩 지나며 동쪽으로 이동하는데 이를 순행이라고 부릅니다. 그런데 행성은 이따금 서쪽으로 이동하기도 하는데 이를 역행이라고 합니다.
화성은 지구에 비해 공전 속도가 느리다. 그래서 지구에 추월 당할 때 역행이 일어납니다.
케플러 법칙
태양계 행성의 공전 운동에 관한 세 가지 법칙을 케플러 법칙이라고 합니다. 독일의 천문학자 케플러가 17세기 초에 발견했습니다.
제1법칙
행성은 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 그립니다.
(타원=2개의 초점에서 거래의 합이 일정한 점들의 모임)
천체는 완전한 원 운동을 한다는 것이 그전까지의 정설이었는데, 케플러는 실제 관측 데이터와 어긋난다는 사실에 주목해서 행성은 타원 궤도를 그린다는 점을 밝혀냈습니다.
제2법칙
태양에서 행성까지의 직선이, 같은 시간 동안 그리는 부채꼴 모양의 면적은 항상 일정합니다.
즉, 궤도상에서 태양과 가까운 곳은 공전 속도가 빨라지고, 태양과 먼 곳은 공전 속도가 느려지는 것을 의미합니다.
제3법칙
각 행성의 공전 주기의 제곱은 태양에서의 평균 거리의 세제곱에 비례합니다.
태양에서 먼 행성일수록 공전 주기가 길어서 공전 속도가 느려집니다.
오늘은 태양계와 케플러 법칙에 대해 알아보았습니다. 다음에는 더 흥미로운 과학 지식으로 찾아오겠습니다.