공전

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1. 개요
2. 천문학
3. 인공위성
- 3.1. 인공위성의 궤도
4. 전자기학
- 4.1. 보어 모형
참조

1. 개요

공전은 천문학에서 어떤 천체가 다른 천체의 중심 주위를 회전하는 운동을 의미한다. 태양계 행성, 위성, 은하 내 항성, 그리고 블랙홀 주변의 강착 원반 등 다양한 천체와 현상에서 관찰된다. 공전 궤도는 태양계 내에서 거의 동일 평면상에 위치하며, 케플러의 법칙에 따라 공전 주기가 결정된다. 지구 주위를 도는 인공위성의 궤도 또한 공전의 예시이며, 전자기학에서는 전하 입자의 운동을 공전으로 비유하기도 한다.

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천체역학 - 중력
중력은 질량을 가진 두 물체 사이에 작용하는 인력으로, 그 크기는 두 물체의 질량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례하며, 지구에서는 물체를 아래로 떨어뜨리는 힘으로 작용하고, 일반 상대성 이론에서는 시공간의 곡률로 설명되며, 현대 물리학에서는 양자 중력 이론과 중력파 관측을 통해 연구되고 있다.
천체역학 - 궤도
궤도는 중력에 의해 천체가 다른 천체 주위를 도는 경로로, 지구 중심적 모델에서 케플러와 뉴턴을 거쳐 일반 상대성 이론에 이르기까지 발전해 왔으며, 다양한 형태와 변화 요인을 가지는 궤도 역학은 우주선 설계에 필수적이고 특이한 궤도 연구도 진행 중이다.

공전
지도 정보
기본 정보
정의	천체가 다른 천체의 주위를 도는 것
대상 천체	행성, 위성, 소행성, 혜성, 항성, 은하 등 모든 천체
공전 궤도	일반적으로 타원, 원 (특별한 경우)
공전 속도	궤도상의 위치에 따라 변화 (행성은 근일점에서 가장 빠름)
공전 주기	궤도를 한 바퀴 도는데 걸리는 시간
관련 용어
자전	천체가 스스로 회전하는 운동
천문학적 용어	궤도 운동, 궤도 역학
공전 방향	반시계 방향 (태양계 행성 기준)
공전 속도 변화 이유	각운동량 보존 법칙에 의해 궤도상의 위치에 따라 속도 변화 발생
지구 공전
공전 궤도	타원
공전 주기	365.25일 (1년)
공전 속도	약 30km/s
공전 방향	반시계 방향
태양과의 거리	평균 약 1억 5천만 km
지구 공전의 영향	계절 변화, 낮과 밤의 길이 변화
행성 공전
태양계 행성	태양 주위를 공전
행성 공전 주기	태양과의 거리에 따라 다름 (수성이 가장 짧고, 해왕성이 가장 김)
행성 공전 속도	태양에 가까울수록 빠르고, 멀수록 느림
외계 행성	다른 항성 주위를 공전
위성 공전
달	지구 주위를 공전
위성 공전 주기	모행성에 따라 다름
인공 위성	지구 궤도를 도는 인공 물체
항성 공전
쌍성계	두 개의 항성이 서로의 주위를 공전
다중성계	세 개 이상의 항성이 서로의 주위를 공전
항성 공전	은하 중심 주위를 공전
기타 천체
소행성	태양 주위를 공전
혜성	태양 주위를 공전 (타원 또는 포물선 궤도)
은하	우주 내의 거대한 천체 집단, 은하단 주위를 공전

2. 천문학

천문학에서 공전은 어떤 천체가 계의 중심 주위를 회전하는 것을 가리킨다. 예를 들어 "지구는 태양 주위를 공전한다"라고 한다. 계의 중심에 항성이 있으면 이 별을 주성이라고 부르고, 공전하는 별을 반성이라고 부른다. 행성 주위를 위성이 회전하거나 나선은하 내부에서 항성이 회전하는 운동도 공전이라고 부른다.

공전 운동의 중심에 항상 천체가 있는 것은 아니다. 예를 들어 질량 차이가 크지 않은 두 쌍성은 계의 중심이 두 별 사이에 위치한다.

공전하는 물체는 항성, 행성, 위성에 한정되지 않고, 먼지나 가스 등이 공전하는 계도 많이 존재한다. 태양계에서 목성, 토성, 천왕성 등 행성의 고리는 먼지나 얼음 등의 작은 입자로 이루어져 있으며, 이 입자들이 각 행성 주위를 공전하고 있다고 생각된다. 블랙홀에서는 빨려 들어가는 물질이 블랙홀 주위에 모여 공전 운동을 하여 강착원반을 형성한다.

공전 운동의 근원이 되는 중력원의 질량이 중력원에서 공전 천체까지 거리에 관계없이 일정하면, 공전 주기의 제곱이 궤도 장반경의 세제곱에 비례한다는 케플러의 제3법칙이 성립한다. 은하 내부 항성의 공전 운동처럼, 은하 물질이 은하 중심으로부터 거리에 따라 연속적으로 분포하는 경우에는, 항성의 공전 운동은 은하 중심에서 그 항성 위치까지 분포하는 은하 물질 전체의 중력으로 결정된다.

천체가 팽이처럼 스스로 회전하는 것을 자전이라고 한다.

화성의 공전 모습은 실제 화성의 움직임과 달라서 아름다운 타원형을 그리는 것처럼 보이지 않는데, 이는 지구와 화성의 공전 속도가 다르기 때문이다.

2. 1. 공전 궤도

천문학에서 공전은 어떤 천체가 계의 중심 주위를 회전하는 것을 가리킨다. 예를 들어 "지구는 태양 주위를 공전한다"라고 한다. 계의 중심에 항성이 존재하는 경우, 이 별을 주성이라고 부르고, 공전하는 별을 반성이라고 부른다. 행성 주위를 위성이 회전하는 경우나 나선은하 내부에서 항성이 회전하는 운동도 공전이라고 부른다.

공전 운동의 중심에 항상 천체가 존재하는 것은 아니다. 예를 들어 질량 차이가 크지 않은 두 개의 항성이 쌍성을 이루는 경우에는, 계의 중심은 두 별 사이에 위치한다.

공전하는 물체는 항성이나 행성, 위성에 한정되지 않고, 먼지나 가스 등이 공전하는 계도 많이 존재한다. 태양계의 예로, 목성, 토성, 천왕성 등의 행성의 고리는 먼지나 얼음 등의 작은 입자로 이루어져 있으며, 이러한 입자들이 각 행성 주위를 공전하고 있다고 생각된다. 블랙홀 등에서는, 빨려 들어가는 물질이 블랙홀 주위에 모여 공전 운동을 하여 원반을 형성하는데, 이를 강착원반이라고 한다.

공전 운동의 근원이 되는 중력원의 질량이 중력원에서 공전 천체까지의 거리에 관계없이 일정한 경우에는, 공전 주기의 제곱이 궤도 장반경의 세제곱에 비례한다는 케플러의 제3법칙이 성립한다. 은하 내부의 항성의 공전 운동 등의 경우에는, 은하의 물질이 은하 중심으로부터의 거리에 따라 연속적으로 분포하고 있기 때문에, 항성의 공전 운동은 은하 중심에서 그 항성의 위치까지 분포하고 있는 은하 물질 전체의 중력으로 결정된다.

화성의 공전 모습은 실제 화성의 움직임과 달라서, 아름다운 타원형을 그리는 것처럼 보이지 않는다. 이것은 지구의 공전과 화성의 공전 속도가 다르기 때문이다.

태양계의 주요 위성, 특히 거대 가스 행성인 목성이나 토성의 위성의 공전 궤도는 그들의 중심별인 행성의 적도면과 거의 동일하다. 이들 위성의 공전 궤도의 기울기는 을 기준으로 측정된다. 예외는 지구의 위성인 달로, 그 공전 궤도는 지구의 적도면이 아니라 거의 황도면에 위치해 있다.

그리고 태양계는 은하수의 은하면에 있으며, 은하계의 중심인 은하핵 주위를 약 2억 2천만 년(은하년)에 걸쳐 한 바퀴 돈다. 태양계 행성의 공전면은 태양의 적도면과 거의 같지만, 태양의 자전축은 은하면에 대해 67.23°로 크게 기울어져 있다.

2. 1. 1. 태양계 천체의 공전 궤도 기울기

태양계에서는 행성, 혜성, 소행성 등이 중심별인 태양 주위를 공전하고 있다. 이들의 공전 궤도면은 거의 동일 평면상에 있으며, 흔들림 폭은 수 도(°) 정도이다. 각 천체의 궤도면을 관측할 경우 기준면으로서 지구의 공전면인 황도면, 중심별인 태양을 제외한 모든 행성의 궤도를 가중 평균한 불변면, 태양계 질량의 대부분을 차지하는 태양의 적도면 등을 기준으로 기울기가 측정된다.^[1]^[2]

미행성, 소행성, 혜성 등은 그 탄생 경위나 인접한 다른 천체의 영향으로 기울기가 큰 것도 있다.

태양계의 행성의 궤도 기울기각 및 자전축 기울기각
분류	천체명	공전궤도면의 기울기			공전 주기 （년）	자전축 (적도) 기울기각^[3]^[4]	자전 주기 （일）
분류	천체명	궤도 기울기^[5]	태양의 적도에 대한	불변면에 대한^[6]	공전 주기 （년）	자전축 (적도) 기울기각^[3]^[4]	자전 주기 （일）
지구형 암석행성	수성	7.01°	3.38°	6.34°	0.241	0.01°	58.7
	금성	3.39°	3.86°	2.19°	0.615	177°^[7]	243^[8]
	지구	0° 기준면	7.16°	1.57°	1.00	23.4°	0.997
	화성	1.85°	5.65°	1.67°	1.88	25.2°	1.03
목성형 천왕성형	목성	1.31°	6.09°	0.32°	11.9	3.12°	0.414
	토성	2.49°	5.51°	0.93°	29.5	26.7°	0.426
	천왕성	0.77°	6.48°	1.02°	84.0	97.8°^[9]	0.718^[8]
	해왕성	1.77°	6.43°	0.72°	165	28.3°	0.671
왜소행성 소행성	명왕성	17.1°	11.9°	15.6°	248	120°^[10]^[11]	6.39^[8]
	케레스	10.6°	—	9.20°	4.60	4°	0.378
	팔라스	35.1°	—	34.4°	4.62	84°±5°	0.326
	베스타	7.14°	—	5.56°	3.63		0.223
위성^[12]^[13]	달	5.15°^[14]			27.3일	6.69°^[15]^[16]	=공전
	가니메데	0.195°			7.16일	0-0.33°	=공전
	칼리스토	0.281°			16.7일	0°	=공전
	타이탄	0.306°			15.9일	1.94°	=공전
항성	태양	해당 없음^[17]				7.25°^[18]^[19]	27.3^[20]

2. 2. 케플러의 법칙

천문학에서 말하는 공전은 어떤 천체가 계의 중심 주위를 회전하는 것이다. 예를 들어 “지구는 태양 주위를 공전한다”라고 한다. 계의 중심에 항성이 있으면 이 별을 주성이라 부르고, 공전하는 별을 반성이라 부른다. 행성 주위를 위성이 회전하거나 나선은하 내부에서 항성이 회전하는 운동도 공전이라고 부른다.

공전 운동의 근원이 되는 중력원의 질량이 중력원에서 공전 천체까지 거리에 관계없이 일정하면, 공전 주기의 제곱이 궤도 장반경의 세제곱에 비례한다는 케플러의 제3법칙이 성립한다. 은하 내부 항성의 공전 운동처럼, 은하 물질이 은하 중심으로부터 거리에 따라 연속적으로 분포하는 경우에는, 항성의 공전 운동은 은하 중심에서 그 항성 위치까지 분포하는 은하 물질 전체의 중력으로 결정된다.

2. 3. 자전과의 관계

천체 스스로 팽이처럼 회전하는 것을 자전이라고 한다.^[1]

3. 인공위성

공전은 보통 자연 천체의 궤도를 가리키지만, 지구 주위를 도는 인공위성의 궤도 역시 공전에 포함된다.

3. 1. 인공위성의 궤도

공전이라고 하면 인공물이 아닌 자연적으로 존재하는 천체의 궤도를 가리키는 경우가 많지만, 지구 주위를 도는 인공위성의 궤도도 공전의 하나에 포함된다.

4. 전자기학

전하 사이에 작용하는 전자기력도 중력과 마찬가지로 세기가 거리의 제곱에 반비례하는 중심력이므로, 천체가 중력에 의해 공전하는 것과 마찬가지로 대전 입자들도 공전 운동을 한다. 예를 들어, 전자가 원자핵 주위를 도는 운동을 공전이라고 부르는 경우가 있다.

4. 1. 보어 모형

전하 사이에 작용하는 전자기력도 중력과 마찬가지로 세기가 거리의 제곱에 반비례하는 중심력이므로, 천체가 중력에 의해 공전하는 것과 마찬가지로 대전 입자들도 공전 운동을 한다. 예를 들어, 전자가 원자핵 주위를 도는 운동을 공전이라고 부르는 경우가 있다.

참조

_[1] 텍스트
_[2] 텍스트
_[3] 간행물 Astronomical Almanac 2010 IAU 2010-01-00
_[4] 텍스트
_[5] 텍스트
_[6] 웹사이트 Invariable plane :en:Invariable_plane
_[7] 텍스트
_[8] 텍스트
_[9] 텍스트
_[10] 텍스트
_[11] 뉴스 冥王星、自転軸の傾きと揺らぎで地表の環境が激変　観測結果 https://www.cnn.co.j[...] CNN.co.jp
_[12] 웹사이트 Planetary Satellite Mean Orbital Parameters http://ssd.jpl.nasa.[...] Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology 2019-01-28
_[13] 텍스트
_[14] 텍스트
_[15] 텍스트
_[16] 서적 The Cambridge Guide to the Solar System https://books.google[...] Cambridge University Press 2011
_[17] 텍스트
_[18] 간행물 太陽、惑星および月定数表 http://ebw.eng-book.[...] 国立天文台、丸善 2010 #추정, 平成22년 = 2010년
_[19] 텍스트
_[20] 텍스트

공전

1. 개요

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