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자전 주기

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목차

1. 개요

자전 주기는 천체가 스스로 회전하는 데 걸리는 시간이다. 고체 천체는 자전 주기가 일정하지만, 기체나 유체 천체는 차등 회전으로 인해 위도에 따라 자전 주기가 다르며, 자기장을 기준으로 측정하기도 한다. 구형 대칭이 아닌 천체는 중력이나 조석력의 영향 없이도 자전 주기가 일정하지 않으며, 관성 모멘트 변화로 인해 자전 속도가 변동될 수 있다. 주요 천체들의 자전 주기는 태양에서 명왕성까지 다양한 값을 가지며, 지구의 자전 주기는 조석력의 영향으로 변화하여 윤초가 삽입되기도 한다.

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자전 주기
자전 주기 정보
자전 주기별에 대해 한 번 자전하는 데 걸리는 시간
설명천문학에서 자전 주기는 어떤 천체가 별을 기준으로 한 번 자전하는 데 걸리는 시간이다. 지구의 자전 주기는 23시간 56분 4.0916초이다.

2. 자전 주기 측정

소행성이나 행성과 같이 고체로 이루어진 천체는 자전 주기가 하나의 값으로 정해진다. 반면 항성이나 가스 행성과 같이 기체나 액체로 이루어진 천체는 차등 자전 현상 때문에 위도에 따라 자전 주기가 다르다. 보통 가스 행성의 자전 주기는 자기장의 자전 주기를 기준으로 한다.

구형 대칭이 아닌 천체의 경우, 중력이나 조석력이 없어도 자전 주기는 일정하지 않다. 이는 자전축을 중심으로 한 관성 모멘트가 변하기 때문에 자전 주기가 달라지기 때문이다. 토성의 위성인 히페리온이 이러한 예시이며, 히페리온의 자전 주기는 혼돈 상태로 묘사된다.

2. 1. 차등 회전

소행성이나 행성 등과 같이 딱딱한 천체의 경우 자전 주기 값은 단 하나이다. 반면 항성이나 가스 행성 등의 기체 및 유체 천체의 경우 차등회전 현상 때문에 적도에서 극까지 자전 주기가 제각각이다. 보통 가스 행성의 자전 주기는 자기장의 1회전 주기를 기준으로 산출한다. 구형 대칭 구조를 보이지 않는 천체의 경우 중력이나 조석력이 없어도 자전 주기는 일정치 않다. 한 천체 내에서도 자전축을 중심으로 한 관성 모멘트는 여러 값을 지니며, 따라서 자전 주기도 여러 값이 존재 가능하다(각운동량은 상수이며, 관성 모멘트와 자전 주기의 결과물은 각운동량과 같기 때문이다). 토성의 위성 히페리온이 이러한 예이며, 히페리온의 자전 주기는 혼돈 상태로 부를 수 있다.

2. 2. 비구형 천체의 자전 주기

소행성이나 행성 등과 같이 딱딱한 천체의 경우 자전 주기 값은 단 하나이다. 반면 항성이나 가스 행성 등의 기체 및 유체 천체의 경우 차등회전 현상 때문에 적도에서 극까지 자전 주기가 제각각이다. 보통 가스 행성의 자전 주기는 자기장의 1회전 주기를 기준으로 산출한다. 구형 대칭 구조를 보이지 않는 천체의 경우 중력이나 조석력이 없어도 자전 주기는 일정치 않다. 한 천체 내에서도 자전축을 중심으로 한 관성 모멘트는 여러 값을 지니며, 따라서 자전 주기도 여러 값이 존재 가능하다(각운동량은 상수이며, 관성 모멘트와 자전 주기의 결과물은 각운동량과 같기 때문이다). 토성의 위성 히페리온이 이러한 예이며, 히페리온의 자전 주기는 혼돈 상태로 부를 수 있다.

3. 주요 천체들의 자전 주기

주요 천체들의 자전 주기는 다음과 같다.

천체항성 자전 주기 (평균 태양일 기준)합동 자전 주기 (평균 태양일)지구 관측 겉보기 자전 주기
태양25.379995일 (적도), 35일 (고위도)[31]~28일 (적도)[2]
수성58.6462일[3]176일[4]
금성-243.0226일[5]-116.75일[6]
지구0.99726968일[3]1.00일 (24시간)
달27.321661일[7] (조석 고정으로 항성 궤도 주기와 동일)없음 (조석 고정)
화성1.02595675일[3]1.02749125일[8]
세레스0.37809일[9]0.37818일
목성0.41354일 (평균)[3]0.41358일 (9시간 55분 33초) (평균)[10]
토성0.44002일 (평균)[11][12]0.43930일 (10시간 32분 36초)[10]
천왕성-0.71833일[3]-0.71832일 (-17시간 14분 23초)[10]
해왕성0.67125일[3]0.67125일 (16시간 6분 36초)[10]
명왕성-6.38718일[3] (카론과 동기)-6.38680일 (-6일 9시간 17분 0초)[10]
하우메아0.1631458 ±0.0000042일[15]0.1631461 ±0.0000042일
마케마케0.9511083 ±0.0000042일[16]0.9511164 ±0.0000042일
에리스~15.786일[17]~15.7872일



행성과 왜행성( 명왕성 및 세레스)의 상대적인 자전 주기( 항성시 사용)

3. 1. 지구의 자전 주기 변화

태양에 대한 지구의 자전 주기, 즉 하루의 길이(LOD, Length of Day)는 약 86,400초이다. LOD는 조석력에 의한 감속으로 인해 19세기와 비교하여 현저히 길어져, 2012년 부근에서는 86,400초보다 1~2밀리초 정도 길어졌다.

1895년에 사이먼 뉴컴은 1750년부터 1892년까지의 평균 태양초(거의 1820년 시점에서의 초의 길이)를 ''Tables of the Sun''으로 정리했다. 이 표는 1900년부터 1983년까지 천문력을 계산하는 데 사용되었으며, 역표시로 알려졌다. 국제단위계의 초는 이 역표시를 기반으로 하기 때문에, SI 초가 정의된 1967년 시점에서 이미 86,400초와 LOD 간에 큰 차이가 발생하게 되었다.

국제 지구 자전 및 기준계 사업(IERS)이 정한 항성에 대한 지구의 자전 주기는 86,164.098 903 691초(23시간 56분 4.098 903 691초)이다.[19][20] 세차운동에 의한 평균 춘분점의 이동에 대한 자전 주기는 항성시라고 불리며, 86,164.090 530 832 88초(23시간 56분 4.090 530 832 88초)이다.[19] 항성시는 IERS가 정한 자전주기보다 8.4밀리초 정도 짧다.[21]

3. 1. 1. 윤초

태양에 대한 지구의 자전 주기, 즉 하루의 길이(LOD, Length of Day)는 '''약''' 86,400초이다. LOD는 조석력에 의한 감속으로 인해 19세기와 비교하여 10-8 정도로 매우 길어져 2012년 부근에서는 86,400초보다 1~2밀리초 정도 길어졌다. 이것이 윤초를 삽입하는 이유이다.[19]

1895년에 사이먼 뉴컴이 1750년부터 1892년까지의 평균 태양초(거의 1820년 시점에서의 초의 길이)를 ''Tables of the Sun''으로 정리했다. 이 표는 1900년부터 1983년까지 천문력을 계산하는 데 사용되었으며, 역표시로 알려졌다. 국제단위계의 초는 이 역표시를 기반으로 하기 때문에, SI 초가 정의된 1967년 시점에서 이미 86,400초와 LOD 간에 큰 차이가 발생하게 되었다.

3. 1. 2. IERS

국제 지구 자전 및 기준계 사업(IERS)이 정한 항성에 대한 지구의 자전 주기는 86,164.098 903 691초(23시간 56분 4.098 903 691초)이다.[19][20] 세차운동에 의한 평균 춘분점의 이동에 대한 자전 주기는 항성시라고 불리며, 86,164.090 530 832 88초(23시간 56분 4.090 530 832 88초)이다.[19] 항성시는 IERS가 정한 자전주기보다 8.4밀리초 정도 짧다.[21]

참조

[1] 웹사이트 Period https://astronomy.sw[...] 2023-08-03
[2] 서적 Guide to the Sun Cambridge University Press 1995
[3] 서적 Allen's Astrophysical Quantities https://books.google[...] Springer 2000
[4] 웹사이트 ESO https://www.eso.org/[...] 2021-06-03
[5] 논문 Spin state and moment of inertia of Venus 2021-04-29
[6] 웹사이트 How long is a day on Venus? https://www.spacecen[...] 2021-06-03
[7] 서적 Allen's Astrophysical Quantities https://books.google[...] Springer 2000
[8] 웹사이트 Mars24 Sunclock — Time on Mars https://www.giss.nas[...]
[9] 논문 Ceres lightcurve analysis – Period determination 2007
[10] 웹사이트 Rotation Period and Day Length http://cseligman.com[...] 2021-06-12
[11] 뉴스 Scientists Finally Know What Time It Is on Saturn https://www.jpl.nasa[...] 2019-01-18
[12] 논문 Cassini Ring Seismology as a Probe of Saturn's Interior. I. Rigid Rotation 2019-01-17
[13] 논문 Voyager Detection of Nonthermal Radio Emission from Saturn https://www.science.[...]
[14] 서적 Visual Lunar and Planetary Astronomy Springer
[15] 논문 High-Precision Photometry of Extreme KBO 2003 EL61 http://www.iop.org/E[...] 2008-09-22
[16] 논문 Long-term photometric monitoring of the dwarf planet (136472) Makemake 2019-04-09
[17] 논문 Tidally locked rotation of the dwarf planet (136199) Eris discovered from long-term ground based and space photometry
[18] 웹사이트 Leap seconds by USNO http://tycho.usno.na[...]
[19] 웹사이트 IERS EOP Useful constants http://hpiers.obspm.[...]
[20] 문서 Aoki, the ultimate source of these figures, uses the term "seconds of UT1" instead of "seconds of mean solar time". Aoki, ''et al.'', "[https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1982A&A...105..359A/abstract The new definition of Universal Time]", ''Astronomy and Astrophysics'' '''105''' (1982) 359–361.
[21] 문서 ''Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac'', ed. P. Kenneth Seidelmann, Mill Valley, Cal., University Science Books, 1992, p.48, ISBN 0-935702-68-7.
[22] 웹사이트 Rotation and pole position for the Sun and planets http://astrogeology.[...]
[23] 서적 Allen's Astrophysical Quantities https://books.google[...] Springer
[24] 문서 This rotation is negative because the pole which points north of the ecliptic rotates in the opposite direction to most other planets.
[25] 문서 Reference adds about 1 ms to Earth's stellar day given in mean solar time to account for the length of Earth's mean solar day in excess of 86400 SI seconds.
[26] 서적 Allen's Astrophysical Quantities https://books.google[...] Springer
[27] 논문 Ceres lightcurve analysis – Period determination https://ui.adsabs.ha[...]
[28] 문서 Rotation period of the deep interior is that of the planet's magnetic field.
[29] 논문 High-Precision Photometry of Extreme KBO 2003 EL61 http://www.iop.org/E[...] 2008-09-22
[30] 문서 ''Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac'', ed. P. Kenneth Seidelmann, Mill Valley, Cal., University Science Books, 1992, p.48, ISBN 0-935702-68-7.
[31] 웹사이트 Rotation and pole position for the Sun and planets http://astrogeology.[...]
[32] 서적 Solar System Dynamics Cambridge UP


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