천체력

1. 개요

천체력은 천체의 위치를 계산하고 예측하기 위한 자료 및 계산 방법을 의미한다. 기원전 2천년기부터 다양한 형태로 발전해 왔으며, 고대 바빌로니아, 그리스, 이슬람, 중국 등 여러 문명에서 천체력을 제작했다. 현대에는 컴퓨터를 이용한 수치적 계산이 주류를 이루며, 우주선 항행, 천문 관측, GPS 등 다양한 분야에서 활용된다. 한국천문연구원에서도 천체력을 발행하고 있다.

2. 역사

천체력의 역사는 고대 문명에서부터 시작되었으며, 천문학 발전과 밀접하게 관련되어 있다.

천체력은 태양계 내 천체의 위치에 대한 다양한 관측 데이터를 바탕으로 역학적 이론 예측이 이에 부합하도록 구축된다. 따라서 천체력은 천체의 위치 예측뿐만 아니라, 이론의 매개변수가 되는 행성의 질량 등 다양한 천문 상수를 동시에 결정하며, 이들의 정보원이 되기도 한다. 현대에는 레이더를 이용한 행성의 거리 측정이나 행성 탐사선과의 통신 데이터 활용 등 현대적인 기법의 발달로 인해 천체력의 정밀도는 더욱 정교해지고 있다.

천체력을 위한 역학적 계산에는 오랫동안 섭동론에 기초한 해석적인 방법을 사용하는 것이 주류였다. 현재에도 프랑스 천체역학력 계산 연구소(IMCCE)의 VSOP는 이러한 생각으로 제작되었다. 일본에서도 2009년(헤이세이 21년) 3월 13일 발행된 헤이세이 22년(2010년) 판까지 해상보안청 해양정보부에서 연간 천체력 《천체 위치표》가 간행되었다.

최근에는 컴퓨터의 발달로 인해 수치 적분에 의한 대규모 계산이 가능해지면서 수치적으로 구한 천체력이 주류가 되고 있다. 특히 행성 탐사선의 운용에 필요했기 때문에 미국과 러시아에서 정밀한 천체력이 만들어졌다. NASA 제트 추진 연구소(JPL)의 와 러시아 과학 아카데미 (IAA)의 EPM(Ephemerides of Planets and the Moon^en-short), 프랑스 천체역학력 계산 연구소(IMCCE)의 INPOP(Intégrateur numérique planétaire de l'Observatoire de Paris^fr-short)가 이러한 수치적 천체력으로서 대표적인 것이다.

2.1. 고대 및 중세

* 기원전 제2천년기: 인도 천문학의 베다 시대 조티샤에 근거하는 판창가표가 제작되었다.
* 기원전 제1천년기: 바빌로니아 천문학에서 천체력이 만들어졌다.
* 2세기: 프톨레마이오스의 《알마게스트》와 간단 천체표가 제작되었다.
* 8세기: 아브라힘 알파자리의 지즈가 제작되었다.
* 9세기: 무하마드 이븐 무사 알콰리즈미의 지즈가 제작되었다.

* 12세기: 이슬람 천문학의 아랍어 지즈 문헌들에 크게 기반한 톨레도 표가 크레모나의 제라르드에 의해 편집되었으며, 알폰소 표 이전까지 유럽의 표준 천문력이 되었다.
* 13세기: 페르시아 마라게 천문대에서 《지즈이 일카니》(일카니표)가 편찬되었다.

* 13세기: 스페인에서 톨레도 표의 오류를 보정한 《알폰소 표》가 편찬되었으며, 프로이센 표가 나올 때까지 약 300년 동안 유럽의 표준 천문력이 되었다.
* 1408년: 중국의 천체표가 제작되었다. (영국 케임브리지 펩시안 도서관에 사본이 보관되어 있으며, 레기오몬타누스가 이 천체표를 알고 있었던 것으로 추정된다.)

2.2. 근대

* 1496년: 아브라함 자쿠토의 《천측력》(Almanach Perpetuum)이 포르투갈에서 가동 활자와 인쇄기로 출판된 최초의 서적들 가운데 하나이다.
* 1504년: 크리스토퍼 콜럼버스가 자메이카 섬에 난파되었을 때, 독일의 천문학자 레기오몬타누스의 천체력을 사용하여, 원주민들에게 월식을 예언해 주었다.
* 1551년: 코페르니쿠스의 이론에 근거하여 에라스무스 레인홀드의 프로이센 표가 출판되었다.
* 1554년: 요한네스 스타디우스가 출판한 《신개정 천문력》(Ephemerides novae at aucta)은 코페르니쿠스의 지동설에 따라, 프로이센 표에서 비롯된 매개변수들을 사용하여 계산된 최초의 주요 천체력이다. 코페르니쿠스의 이론이 행성의 겉보기 위치를 계산하는 문제에 대한 충분한 해결책을 제공했음에도 불구하고, 여전히 주전원을 사용하여 수성의 위치가 10도까지 오차가 생기는 등의 부정확성을 야기했다.
* 1627년: 행성의 타원 궤도에 근거한 요하네스 케플러의《루돌프 표》가 새로운 표준이 되었다.

3. 현대 천체력

현대 천체력은 주로 컴퓨터 소프트웨어 형태로 제공되며, 사용자가 원하는 시점의 천체 위치를 계산할 수 있다. 과학적 사용에 있어서, 현대의 천체력은 사용자가 원하는 특정 시간에 대한 행성과 위성, 소행성, 혜성의 위치를 알려주는 소프트웨어로 만들어진다.

천체 역학 분야의 발전으로, 이러한 천문력 소프트웨어는 과거와 미래를 포괄한다. 그럼에도 불구하고, 천문력에 충분히 반영되지 못하는 영년 변화가 있다. 무수한 소행성들의 질량과 궤도가 잘 알려지지 않아 그 영향력 또한 분명치 않은데, 그것들의 섭동에 의해서도 행성의 위치에 불확실성이 야기된다. 새로운 관측 자료들이 계속해서 생겨나므로, 제트 추진 연구소는 20년 간격으로 천문력을 개정해서 출판한다.

범지구위치결정시스템(GPS) 항행 위성은 정확한 천체의 위치와 상태를 포함하는 천문력 자료에 대한 전자 신호를 전송하며, GPS 송신기는 삼변측량술을 사용하여 지구의 특정 위치를 계산한다.

최근에는 러시아 과학 아카데미 응용 천문학 연구소의 EPM과 프랑스 국립천문관측소(IMCCE)의 INPOP 같은 새로운 천체력들이 개발되었다. 천체력은 태양계 내 천체의 위치에 대한 다양한 관측 데이터를 바탕으로 역학적 이론 예측이 이에 부합하도록 구축된다. 따라서 천체력은 천체의 위치 예측뿐만 아니라, 이론의 매개변수가 되는 행성의 질량 등 다양한 천문 상수를 동시에 결정하며, 이들의 정보원이 되기도 한다. 현대에는 레이더를 이용한 행성의 거리 측정이나 행성 탐사선과의 통신 데이터 활용 등 현대적인 기법의 발달로 인해, 천체력의 정밀도는 더욱 정교해지고 있다.

3.1. 계산 방식

과거에는 섭동론에 기초한 해석적 방법이 천체력 계산에 주로 사용되었으나, 최근에는 컴퓨터의 발달로 수치 적분을 이용한 계산이 주류가 되었다. 수치 적분 기반 천체력으로는 NASA 제트 추진 연구소(JPL)의 , 러시아 과학 아카데미 ([[:en:Institute of Applied Astoronomy^en-short)의 EPM (Ephemerides of Planets and the Moon^en-short), 프랑스 천체역학력 계산 연구소 (IMCCE)의 INPOP (Intégrateur numérique planétaire de l'Observatoire de Paris^fr-short) 등이 대표적이다.

3.2. 활용 분야

천체 역학의 발전으로 현대의 천체력은 소프트웨어 형태로 제공되며, 과거와 미래의 천체 위치를 알 수 있게 되었다. 그러나 소행성들의 섭동으로 인한 불확실성은 여전히 존재한다. 제트 추진 연구소는 20년 간격으로 천체력을 개정하여 출판한다.

태양계 천체력은 우주선 항행, 행성, 천연 위성, 항성, 은하 관측에 필수적이다. 천문 관측자용 천체력은 주로 적경과 적위로 천체 위치를 표시하며, 분점 정보도 함께 제공된다. 거의 모든 경우에, 그것은 현재나 올해에 유효한 실제 분점이거나, 일반적으로 J2000.0, B1950.0 또는 J1900인 "표준" 분점들 가운데 하나이다.

과학적 천체력은 천체의 위치, 이각, 광도, 거리, 속도, 겉보기 직경, 위상각, 출몰 시각 등 다양한 정보를 포함한다. 토성의 천체력은 고리의 겉보기 기울기를 포함하기도 한다.

범지구위치결정시스템(GPS) 위성은 천체력 정보를 전송하여 지구상 위치 계산에 사용된다. 최근에는 러시아 과학 아카데미 응용 천문학 연구소의 EPM과 프랑스 국립천문관측소(IMCCE)의 INPOP 등 새로운 천체력들이 개발되었다.

측위 위성이나 지구 관측 위성과 같은 인공 천체・인공위성을 측지학, 지구물리학, 지구과학의 연구, 교육, 상업적 목적 등으로 활용하기 위해, 이러한 궤도를 사전에 추산하거나 관측을 통해 사후에 결정한 것을 천체력으로 발행하고 있다. GNSS 위성의 궤도력은 국제 GNSS 사업(IGS)이, 리트로 반사기를 탑재하는 인공위성의 궤도력은 국제 레이저 측거 사업(ILRS)이, DORIS를 탑재하는 인공위성의 궤도력은 국제 DORIS 사업(IDS)이 각각 발행한다.

GPS 위성 자체도 측위 계산에 필요한 사전 추산 천체력 정보를 송신 신호에 실어 방송하고 있다. 또한, 보다 장기간 적용 가능한 (단, 개략적인 정밀도) 사전 추산 천체력도 함께 방송하고 있으며, 이것은 GPS의 사양서에서는 올마낙(알마낙, "almanac")이라고 불러 구분하고 있다.

3.3. 주요 천체력

4. 인공위성 천체력

측위 위성이나 지구 관측 위성과 같은 인공위성의 궤도를 측지학, 지구물리학, 지구과학 연구, 교육, 상업적 목적으로 활용하기 위해, 궤도를 사전에 추산하거나 관측을 통해 사후에 결정한 것을 천체력으로 발행한다. GNSS 위성의 궤도력은 국제 GNSS 사업(IGS)이, 리트로 반사기 탑재 위성의 궤도력은 국제 레이저 측거 사업(ILRS)이, DORIS 탑재 위성의 궤도력은 국제 DORIS 사업(IDS)이 각각 발행한다.

GPS 위성 자체도 측위 계산에 필요한 사전 추산 천체력 정보를 송신 신호에 실어 방송한다. 또한, 장기간 적용 가능하지만 개략적인 정밀도를 가진 사전 추산 천체력 정보(올마낙, almanac)도 함께 방송한다.