행성의 운동(1)_행성의 겉보기 운동

2. 행성의 겉보기 운동

(1) 행성의 겉보기 운동

행성의 적경과 적위가 시간에 따라 변하면서 행성이 천구 상에서 별들 사이를 매우 불규칙하고 복잡하게 움직이는 현상이다.

 

① 순행 : 행성이 배경별에 대해 서쪽에서 동쪽으로 움직이는 겉보기 운동이다.

▶ 행성의 적경이 증가한다.

 

② 역행 : 행성이 배경별에 대해 동쪽에서 서쪽으로 움직이는 겉보기 운동이다.

▶ 행성의 적경이 감소한다.

 

③ 유 : 순행에서 역행으로, 또는 역행에서 순행으로 이동 방향이 바뀔 때 행성이 정지한 것처럼 보이는 시기이다.

 

④ 행성의 움직임은 순행 -> 유 ->역행 -> 순행이 계속 반복되며 나타난다.

 

(2) 내행성의 위치와 겉보기 운동

① 내행성의 위치 관계

• 내합 : 태양 - 내행성 - 지구의 순으로 놓여 내행성의 각이 0º일 때
• 외합 : 내행성 - 태양 - 지구의 순으로 놓여 내행성의 각이 0º일 때
• 최대 이각 : 내행성의 이각이 가장 클 때로 내행성이 태양의 동쪽에 위치하면 동방 최대 이각, 태양의 서쪽에 위치하면 서방 최대 이각이라고 한다.

- 수성의 최대 이각 : 약 18º ~ 28º

- 금성의 최대 이각 : 약 48º

 

※ 내행성

수성과 금성처럼 지구 고전 궤도보다 안쪽에서 공전하는 행성

 

※ 외행성

화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성처럼 지구 공전 궤도보다 바깥쪽에서 공정하는 행성

 

※ 이각

태양, 지구, 천체 사이의 각

 

 

 

② 내행성의 관측

• 지구 공전 궤도의안쪽에서 공전하므로 이각이 일정한 각도 이상 커지지 못해 늘 태양 근처에서만 관측된다.
• 태양보다 서쪽에 위치할 때는 새벽에 동쪽 하늘에서 관측할 수 있고, 태양보다 동쪽에 위치할 때는 초저녁에 서쪽 하늘에서 관측할 수 있다.
• 지구와의 거리가 가까울수록 크게 관측된다. 겉보기 크기(시지름)는 내합 부근에서 가장 크고, 외합 부근에서 가장 작다.
• 내행성의 위상은 외합 부근에서 보름달 모양, 동방 최대 이각에서 상현달 모양, 서방 최대 이각에서 하현달 모양이다.
• 외합과 내합에 위치할 때는 태양과 함께 뜨고 지므로 관측하기 어렵다.
• 내행성은 지구보다 공전 속도가 빠르므로 지구와 가장 가까운 위치인 내합(4)을 전후하여 역행하며, 그 외 대부분의 공전 기간에는 순행한다. 

 

위치 관계	태양과의 이각		위상	관측 시기	관측 시간
내합	0º		삭	관측 어려움	-
서방 최대 이각	수성	약 18º~28º	하현	새벽녘	수성	약 1.8시간
	금성	약 48º			금성	약 3시간
외합	0º		망	관측 어려움	-
동방 최대 이각	수성	약 18º~28º	상현	초저녁	수성	약 1.8시간
	금성	약 48º			금성	약 3시간

※ 행성의 공전 속도

태양계 행성들의 공전 속도는 태양에 가까울수록 빠르다. 따라서 내행성의 공전 속도는 지구보다 빠르며, 외행성의 공전 속도는 지구보다 느리다.

 

(3) 외행성의 위치와 겉보기 운동

① 외행성의 위치 관계

• 합 : 외행성 - 태양 - 지구의 순으로 놓여 외행성의 이각이 0º일 때
• 충 : 태양 - 지구 - 외행성의 순으로 놓여 외행성의 이각이 180º일 때
• 구 : 외행성의 이각이 90º일 때로 외행성이 태양의 동쪽에 위치하면 동구, 태양의 서쪽에 위치하면 서구라고 한다.
• 위치 관계 변화 순서 : 외행성은 지구보다 공전 속도가 느리므로 충 -> 동구 -> 합 ->서구의 순으로 위치 관계가 변한다.

② 외행성의 관측

• 충에 위치할 때 : 행성이 태양의 정반대 방향에 위치하므로 해가 질 무렵에 떠서 해가 뜰 무렵에 지며, 자정 무렵에는 남쪽 하늘에서 관측할 수 있다. ▶ 충 부근에 위치할 때는 지구로부터의 거리가 가장 가까우므로 시지름이 최대이고, 가장 밝게 관측된다.
• 구에 위치할 때 : 서구에 위치할 때는 태양보다 약 6시간 먼저 뜨고 지므로 자정부터 새벽까지 관측된다. 동구에 위치할 때는 태양보다 약 6시간 늦게 뜨고 지므로 초저녁부터 자정까지 관측된다.
• 합에 위치할 때 : 태양고 함께 뜨고 지므로 관측하기 어렵다.
• 외행성의 위상 : 지구에서 관측할 때 외행성은 항상 반달보다 큰 위상이 관측된다.
• 외행성이 뜨고 지는 시각 변화 : 시간이 지남에 따라 외행성이 뜨고 지는 시각은 그 전날에 비해 항상 빨라진다.

위치 관계	태양과의 이각	위상	관측 시기	관측 시간
충	180º	망	초저녁~새벽	약 12시간
서구	90º	망~하현 사이	자정~새벽	약 6시간
하	0º	망	관측 어려움	-
동구	90º	상현~망 사이	초저녁~자정	약 6시간

※ 충

외행성이 태양의 정반대 방향으로 지구에 가장 가까이 위치할 때이며, 시지름이 가장 크고, 보름달 모양이므로 가장 밝게 보인다. 또한, 태양의 정반대 방향에 위치하여 관측 가능한 시간이 가장 길다. 충에 위치한 외행성은 역행한다.

 

3. 우주관의 변천

(1) 프톨레마이오스의 지구 중심설(천동설)

① 지구가 우주의 중심에 고정되어 있고, 지구로부터 달, 수성, 금성, 태양, 화성, 목성, 토성의 순으로 각각 원궤도를 그리며 지구 주위를 공전하고 있다는 태양계 모형이다.

 

② 행성들은 자기 궤도 상에 중심을 두고 있는 작은 주전원을 돌며, 주전원의 중심이 지구 주위를 돈다.

▶ 행성의 역행을 설명

 

③ 수성과 금성의 주전원 중심은 항상 지구와 태양을 잇는 선 위에 위치한다.

▶ 수성과 금성이 태양으로부터 일정한 각도 안에서만 관측되어 새벽이나 초저녁에만 관측되는 현상을 설명

 

(2) 코페르니쿠스의 태양 중심설(지동설)

① 태양을 중심으로 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성이 원궤도로 공전한다는 모형이다.

 

② 행성의 공전 속도는 태양으로부터 멀어질수록 느려진다.

▶ 주전원 없이 행성의 역행을 간단히 설명

 

③ 수성과 금성은 지구보다 안쪽 궤도에서 공전한다.

▶ 수성과 금성의 최대 이각 설명

 

④ 지구는 하루를 주기로 자전하며, 달은 지구의 둘레를 공전한다.

 

(3) 티코 브라헤의 지구 중심설

① 태양 중심설의 증거인 별의 연주 시차를 측정하기 위해 노력하였으나 연주 시차가 매우 작아 측정에 실패하였다. 그 후 지구가 공전한다는 태양 중심설을 포기하고 자신만의 태양계 모형을 주장하였다.

 

② 지구는 우주의 중심이고, 달과 태양은 지구를 중심으로 공전하며, 수성, 금성, 화성, 목성, 토성은 태양을 중심으로 공전한다.

 

③ 주전원이 없이 두 개의 회전 중심이 있는 태양계 모형으로 내행성의 최대 이각 및 행성의 역행을 설명하였다.

 

(4) 갈릴레이의 관측과 우주관의 확립

갈릴레이는 직접 만든 망원경으로 밤하늘을 관측하여 지구 중심설로는 설명할 수 없는 다양한 사실을 발견하였다.

 

① 목성 위성의 위치 변화 관측 : 목성 주위를 공전하는 위성이 있다는 것은, 모든 천체가 지구를 중심으로 돈다고 설명한 지구 중심설로는 설명되지 않는다.

 

② 보름달 모양의 금성 위상 관측: 보름달 모양의 금성이 관측되기 위해서는 금성이 태양의 뒤쪽에 위치해야 하는데, 금성이 태양과 지구 사이의 주전원에서만 공전하는 지구 중심설로는 설명되지 않는다.

 

③ 금성의 시지름 변화 : 금성의 시지름 변화가 프톨레마이오스의 지구 중심설로는 설명할 수 없을 만큼 크게 관측된다.

 

※ 목성의 위성 관측

갈릴레이는 18개월 동안 목성을 관측하여 목성 주위에 있는 4개 천체의 위치가 규칙적으로 변하는 것을 발견하였다.