2. 행성의 운동

천체와 우주 천체와 우주

2. 행성의 운동

해 달 5행성의 운동 해, 달, 5행성의 운동

Planet Planet

고대 그리스어 ἀστὴρ πλανήτης (astēr planētēs), meaning "wandering star"

천구 상에서 해와 달의 운동

http://www.davidcolarusso.com/astro/nights_sky.swf 행성의 운동

 해, 달, 행성의 운동이 갖는 질서(cosmos), 규칙성

• 지상과 천상

• 주기와 궤도 – 원운동?

지구중심설 대 태양중심설 지구중심설 대 태양중심설

 아리스타쿠스

• 해를 중심으로 지구가 원운동 하는 태양중심 모형을 처음으로 제시

• 지구, 달, 해의 크기를 추정

 …, 아리스토텔레스

• 지구는 구의 형태로 우주의 중심에 위치

지구, 달, 해의 기를 추정

 당시에 제기된 태양중심설의 문제점

• 지구가 움직이는 것을 느낄 수 없다.

• 태양, 달, 행성과 별은 지구를 중심으로

원운동 한다. • 지구가 움직일 때 생기는 별의 시차가 관측되

지 않는다.

프톨레미의 지구중심설 프톨레미의 지구중심설

 프톨레미 프톨레미

 지구중심설의 최종판

• 당시의 천문학을 집대 성한 Almagest 저술

• 지리학, 점성술 등에도 지대한 공헌

지구중심설의 최종판

• 관측결과를 맞추기 위한 체계적인 모형

• 행성의 순행과 역행을 설명하기 위해 주전원 (epicycle) 도입

지대한 공헌 (epicycle) 도입

• 수성과 금성의 주전원의 중심은 해와 일직선 상에 있다.

• 이후 1,500년간 하늘의 움직임에 대한 지배 적인 모형이 된다.

코페르니쿠스의 혁명 코페르니쿠스의 혁명

 코페르니쿠스 코페르니쿠스  되살아난 태양중심설

(1473~1543)

• De Revolutionibus Orbium Coelestium (천구들의 회전에 관하

되살아난 태양중심설

• 행성의 순행과 역행을 공전속도의 차이로 설 명한다.

• 수성과 금성은 지구보다 안 쪽에 있어서 해 (천구들의 회전에 관하

여)란 책을 써서 태양중 심설을 부활시켰다.

수성과 금성은 지구보다 안 쪽에 있어서 해 근처에서 관측된다.

 코페르니쿠스 모형의 한계

• 원운동이라는 아리스토텔레스의 유물을 버 리지 못했다.

• 관측 결과를 정확히 맞추기 위해서 여전히 주전원을 사용했다

주전원을 사용했다.

 코페르니쿠스 모형의 의의

• 중세 이래로 사람들을 지배해왔던 지구가 우중세 이래 사람들을 지배해왔던 지구가 우 주의 중심이라는 생각을 바꿨다.

• 지구와 행성을 동등하게 보았다. – 지상과 천 상은 같은 물질로 되어 있다.

티코의 관측과 케플러의 분석 티코의 관측과 케플러의 분석

 티코 행성의 위치에 대한

 티코 – 행성의 위치에 대한 정밀한 관측자료를 만들었다.

 케플러 – 티코의 자료를 분석해서 태양중심설을 바탕으로 행성의 운동 에 대한 세가지 법칙을 제시했다.

 티코 브라헤

 요하네스 케플러

• 초신성 1572를 연구한 De Nova Stella 발간

• 1576–1597년 벤섬 관측소에서 방대한 자료 축적

1. 해가 초점에 있는 타원궤도 2. 면적속도가 일정

3 (주기)

(긴 반지름)

• 초신성 1604를 연구

• 1609– 1619년 행성의 운동에 관한 법칙 발표

3. (주기)

∝ (긴 반지름)

갈릴레이와 망원경 갈릴레이와 망원경

• 달의 산과 분화구의 관찰은달의 산과 분화구의 관찰은 달이 지구와 같은 지각을 가졌음을 보여주었다.

• 이것은 이전의 보편적인 생 각인 천체는 지구와 다르다 각인 천체는 지구와 다르다 는 것을 반증한다.

• 목성의 4개 위성 발견을 적은 갈릴레이의 일지

갈릴레이의 일지

• 모든 천체가 지구를 중심으로 도는 것은 아니라는 것을 보 였다.

 갈릴레이

• 근대과학의 아버지

• 망원경을 사용한 천체관측 시작 • 금성도 달과 같이 상 변화를 한다는 것을 확인 상 변화와 망원경을 사용한 천체관측 시작

• 달의 분화구 발견

• 목성의 위성 발견

• 금성의 상 변화 발견

한다는 것을 확인. 상 변화와 더불어 크기도 달라지는데 그 양상이 지구중심설로는 설명 이 불가능했다.

태양중심설이 받아들여지는 금성의 상 변화 발견

• 태양의 흑점 발견

• 은하수가 별의 집단임을 밝힘

• 태양중심설이 받아들여지는 결정적인 증거가 됐다.

뉴턴과 행성 운동의 이해 뉴턴과 행성 운동의 이해

 행성의 운동을 물리 법칙으로 설명

 행성의 운동을 물리 법칙으로 설명 1. 운동의 법칙

힘 운동 (가속도) 2. 중력의 법칙

힘 운동 (가속도)

모든 물체 사이에는 질량의 곱에 비례하고 거리의 모든 물체 사이에는 질량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례하는 힘(만유인력, 중력)이 작용한다.

 ( 운동의 법칙 + 중력의 법칙 ) 적용

 뉴턴

• 근대 물리학의 아버지

• 물체의 운동을 이해하 는 고전역학체계 창시

• 해와 행성 사이의 중력 ⇒ 행성의 운동

케플러의 세가지 법칙을 모두 설명 지구와 물체 사이의 중력 물체의 낙하 운동

는 전역학체계 창시

• 중력 발견

• 빛의 분산 발견

• 미적분학 창시

• 지구와 물체 사이의 중력 ⇒ 물체의 낙하 운동

 하늘(천체)의 법칙과 땅의 법칙이 다르지 않다.

 모든 물체의 운동을 이해하는 데 적용될 수 있다

 모든 물체의 운동을 이해하는 데 적용될 수 있다.

지구로 떨어지고 있는 달 지구로 떨어지고 있는 달

 사과가 땅에 떨어지는 것과 달이 지구를 도는 사과가 땅에 떨어지는 것과 달이 지구를 도는 것은 같은 원리이다. 즉, 하늘(천체)의 법칙 과 땅의 법칙이 다르지 않다.

 뉴턴의 중력과 케플러의 법칙

• 면적속도가 일정 ← 각운동량 보존 ← 중심 방향으로 작용

• 타원궤도, 주기-반지름 관계 ← 거리 제곱에 반비례타원궤 , 주기 반지름 관계 거리 제곱에 반비례

Newton's cannonball

1. 해가 초점에 있는 타원궤도 2 면적속도가 일정

Newton s cannonball an illustration of how objects can "fall" in a curve

2. 면적속도가 일정

3. (주기)

∝ (긴 반지름)

뉴턴 중력의 한계 뉴턴 중력의 한계

 뉴턴의 중력은 행성의 운동을 아주 정밀하게 설명한다

 뉴턴의 중력은 행성의 운동을 아주 정밀하게 설명한다.

 뉴턴의 중력 이론은 20세기 초에 이르러 아인슈타인에 의해 더 정확한 중력 이론인 일반상대성 이론으로 대치된다.

 행성 궤도의 세차 운동

수성 궤도의 세차 운동의 크기를 설명하는 데에는 다른 행성의 효 과와 더불어 일반상대론 효과를 과와 더불어 일반상대론 효과를 고려해야 한다.

행성들 너머에는 ? 별은 ?

행성들 너머에는 ? , 별은 ?