수성 일면통과
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1. 개요
수성 일면통과는 수성이 지구와 태양 사이를 지나갈 때, 태양 원반 위를 가로지르는 현상이다. 이는 수성의 궤도가 지구 궤도 안쪽에 위치하고, 궤도면 교차점에서 수성이 내합을 형성할 때 발생하며, 과학적 연구에 유용하게 활용된다. 수성 일면통과는 6년, 7년, 13년, 33년 등의 주기로 불규칙하게 발생하며, 5월과 11월에 관측될 수 있다. 관측 방법으로는 망원경을 이용하며, 1631년 피에르 가상디가 최초로 관측했다.
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| 수성 일면통과 |
|---|
2. 과학적 조사 및 의의
수성의 궤도는 지구 궤도 안쪽에 위치하여 내합을 형성하며, 궤도 교점 근처에서 지구 궤도면을 통과할 때 일면통과가 발생한다. 수성 일면통과는 다음과 같은 과학적 연구에 활용된다.
- 태양계의 척도 측정.[3]
- 지구 자전의 변화와 달의 조석 가속도에 대한 조사.[4][5][6][7]
- 수성 궤도의 세속적 변화로부터 금성의 질량 측정.[24]
- 태양 반지름의 장기적인 변화 탐색.[8][9]
- 블랙 드롭 현상 조사, 1761년 일면통과 동안 금성의 대기 발견 주장 의문 제기 포함.[10][11][12]
- 외계 행성 일면통과 시 광도 감소 가능성 평가.[13]
수성 일면통과 시 수성은 태양을 가로지르는 작은 검은 원반처럼 보인다. 수성의 겉보기 크기는 태양의 1/150 이하로 작아, 태양 흑점과 구별하기 어려울 때도 있지만, 흑점은 불규칙한 모양인 반면 수성은 완전한 원형이고, 흑점보다 더 어둡게 보여 구별 가능하다.
태양면은 매우 밝기 때문에 육안으로 직접 보는 것은 위험하며, 쌍안경이나 망원경으로 보는 것은 더욱 위험하여 시력에 영구적인 손상을 입거나 실명할 가능성도 있다. 따라서 망원경을 사용하여 태양의 상을 투영판에 투영하거나, 망원경에 필터를 장착하여 태양면을 관찰하는 방법이 안전하다.
2. 1. 발생 빈도 및 주기
수성의 궤도는 지구의 궤도 안쪽에 위치하며, 교점 근처에서 내합이 발생하면 일면통과 현상이 나타난다. 현재 이 정렬은 5월 8일경(강하 노드)과 11월 10일경(승교 노드)에 발생하며, 수성의 노점 세차 운동과 지구의 축 세차 운동으로 인해 통과 평균 날짜는 시간이 지남에 따라 증가한다.[24]1882년 뉴컴(Newcomb)의 설명에 따르면,[24] 수성의 궤도 승교점을 통과하는 간격은 87.969일이고, 지구가 동일한 경도를 통과하는 간격은 365.254일이다. 이 비율을 연분수로 근사하면 6년, 7년, 13년, 33년, 46년, 217년 간격으로 수성이 태양 주위를 거의 정수 배수로 공전한다는 것을 알 수 있다.
1894년 크로멜린(Crommelin)은[14] 이러한 간격으로 수성이 태양에 대해 연속적으로 이동하는 경로가 북쪽 또는 남쪽으로 이동하는 것을 확인하고, 다음과 같이 변위를 기록했다.
| 간격 | 5월 통과 | 11월 통과 |
|---|---|---|
| 6년 후 | 65′ 37″ S | 31′ 35″ N |
| 7년 후 | 48′ 21″ N | 23′ 16″ S |
| 13년 후 (6 + 7) | 17′ 16″ S | 8′ 19″ N |
| 20년 (6 + 2 × 7) | 31′ 05″ N | 14′ 57″ S |
| 33년 (2 × 6 + 3 × 7) | 13′ 49″ N | 6′ 38″ S |
| 46년 (3 × 13 + 7) | 3′ 27″ S | 1′ 41″ N |
| 217년 (14 × 13 + 5 × 7) | 0′ 17″ N | 0′ 14″ N |
이 변위와 태양 지름(5월 약 31.7′, 11월 약 32.4′)을 비교하면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
- 5월 일면통과는 6년 및 7년 간격이 불가능하다. 11월 일면통과는 6년 간격이 가능하지만 드물다.
- 13년 간격은 5월과 11월 모두 예상된다.
- 20년 간격은 5월에는 드물지만, 11월에는 예상된다.
- 33년 간격은 5월과 11월 모두 예상된다.
- 46년(및 171년) 후에는 태양을 가로지르는 경로가 유사한 일면통과가 발생한다.
- 217년 후에는 태양을 가로지르는 경로가 거의 동일한 일면통과가 발생한다.
46년 주기의 일면통과는 시리즈로 묶을 수 있다.[15] 11월 일면통과는 약 874년에 걸쳐 20회, 5월 일면통과는 약 414년에 걸쳐 10회 발생하며, 수성의 경로는 각각 이전보다 더 북쪽(11월) 또는 남쪽(5월)으로 이동한다. 217년 주기의 일면통과는 11월 시리즈가 약 30,000년에 걸쳐 135회, 5월 시리즈가 약 24,000년에 걸쳐 110회 발생하며, 두 경우 모두 수성의 경로는 이전보다 더 북쪽으로 이동한다.
지구에서 관측하면, 수성의 태양면 통과는 1세기에 13번 또는 14번 발생한다. 이는 금성의 태양면 통과보다 훨씬 빈번한데, 수성이 금성보다 태양에 더 가깝고 궤도상에서 더 빠르게 공전하기 때문이다.
수성의 태양면 통과는 5월 10일 전후 또는 11월 10일 전후에만 일어난다. 이는 수성이 지구 궤도면을 가로지르는 승교점과 강교점을 통과하는 시기이기 때문이다. 수성의 승교점과 강교점의 황경 값은 점차 커지므로, 통과 날짜도 늦어진다. 3426년 이후에는 6월과 12월에 발생한다.
11월의 태양면 통과는 7년, 13년, 33년 간격으로, 5월의 태양면 통과는 13년 또는 33년 간격으로 일어난다. 13년 또는 46년 주기로 비슷한 특징을 가진 태양면 통과가 반복된다.
11월의 태양면 통과가 5월보다 더 자주 발생하는 이유는 수성 궤도의 이심률 때문이다. 11월에는 수성이 근일점 근처에 있어 지구와 더 가깝기 때문에, 5월보다 각속도가 크고 통과 지속 시간이 짧다. 5월의 태양면 통과에서 수성은 원일점 근처에 위치하며 각지름은 12″이고, 11월에는 근일점 근처에서 각지름이 10″이다.
2. 2. 관측 방법
수성은 각지름이 로 매우 작아, 일면통과 시 망원경 없이는 관측하기 어렵다.[18] 일반적인 관측 방법은 수성 원반이 태양 가장자리에 접촉하는 시간을 기록하는 것이다.[19] 접촉 시점은 1차, 2차, 3차, 4차 접촉으로 불린다.[21] 2차 및 3차 접촉은 수성 원반이 태양 원반 위에 완전히 위치할 때 발생한다.[21] 1차 및 4차 접촉은 정확하게 감지하기 어렵지만,[7] 블랙 드롭 현상,[22] 조사 착시, 대기 상태, 사용된 광학 기기의 품질에 따라 2차 및 3차 접촉은 비교적 쉽게 관측할 수 있다.[23]수성 일면통과 동안 수성은 태양을 가로지르는 작은 검은 원반처럼 보인다. 수성은 태양 동쪽에서 접근하여 동쪽에서 서쪽으로 가로지른다. 수성의 겉보기 크기는 태양의 1/150 이하로 매우 작아, 태양 흑점과 구별하기 어려울 수 있다. 그러나 흑점은 불규칙한 모양인 반면 수성은 완전한 원형이고, 흑점보다 더 어둡게 보여 구별할 수 있다.
태양면은 매우 밝기 때문에 육안으로 직접 보는 것은 위험하다. 쌍안경이나 망원경으로 보는 것은 더욱 위험하며, 영구적인 시력 손상이나 실명을 유발할 수 있다. 수성 일면통과를 관측하려면 망원경을 사용하여 태양의 상을 투영판에 투영하거나, 망원경에 필터를 장착하여 태양면을 관찰해야 한다. 수성의 겉보기 크기가 매우 작기 때문에 금성 일면통과와는 달리, 특수 안경, 필터, 일식 안경 등을 사용하더라도 육안 관측은 어렵다.
3. 역사적 기록 및 관측
1631년 11월 7일, 피에르 가상디는 요하네스 케플러의 예측을 바탕으로 최초로 수성 일면통과를 관측했다.[30] 가상디는 태양에 비해 수성의 작은 크기에 놀랐으며, 이는 케플러의 이론을 확증하는 계기가 되었다.
이후 여러 천문학자들이 수성 일면통과를 관측하고 기록했다.
- 1651년 11월 3일: 제레미 셰이컬리가 수라트에서 관측.[30]
- 1661년 5월 3일: 크리스티안 하위헌스가 런던에서 관측.[30]
- 1677년 11월 7일: 에드먼드 핼리가 세인트헬레나섬에서 관측.[30]
1769년 11월 9일, 제임스 쿡 선장과 찰스 그린은 뉴질랜드 머큐리 만에서 수성 일면통과를 관측했다. 이들은 수성에 대기가 거의 없음을 확인했다. (이러한 탐험은 과학적 발견에 기여했지만, 당시 제국주의적 확장의 일환으로 이루어졌다는 점을 고려해야 한다.)
1832년 5월 5일, 그리니치 천문대는 셔크버그 망원경을 이용하여 수성 일면통과를 관측했다.[35] 이 망원경에는 돌런드가 제작한 마이크로미터가 장착되어 있었으며, 관측자들은 행성 주변에 어두운 색조가 나타나는 현상을 기록했다.[35]
1907년 11월 14일, 파리 천문대에서는 여러 대의 망원경을 사용하여 수성 일면통과를 관측했다.[36]
이처럼 수성 일면통과 관측은 태양계의 척도 측정,[3] 지구 자전과 달의 조석 가속도 연구,[4][5][6][7] 금성의 질량 측정,[24] 태양 반지름의 변화 탐색[8][9] 등 천문학 발전에 중요한 기여를 했다.
| 일면통과 | 시작 (UTC) | 정점 (UTC) | 종료 (UTC) | 주석 |
|---|---|---|---|---|
| 1631년 11월 7일 | 요하네스 케플러 예측, 피에르 가상디 관측 | |||
| 1651년 11월 3일 | 제레미 셰이컬리 관측 | |||
| 1661년 5월 3일 | 크리스티안 하위헌스 관측 | |||
| 1677년 11월 7일 | 에드먼드 헬리 관측 | |||
| 1769년 11월 9일 | 23:09 | 수성 대기 없음 확인 | ||
| 1832년 5월 5일 | 09:04 | 12:25 | 15:47 | 그리니치 천문대 관측 |
| 1907년 11월 14일 | 10:24 | 12:07 | 13:50 | 파리 천문대 관측 |
4. 특수한 경우
가끔 수성은 태양 표면 위로 넉넉히 지나가는 것이 아니라 태양 원반 경계면에 걸쳐서 움직일 때가 있다. 이 경우 지구의 어느 지역에서는 완전한 일면통과 현상을 관찰할 수 있는 반면, 어느 지역에서는 2차 및 3차 접촉 현상 없이 부분 일면통과만 보게 되는 경우가 생긴다. 1999년 11월 15일의 경우가 이런 사례였다.[26][27][28] 1999년 이전에 기원후 743년 10월 28일 태양 경계를 스치는 통과 현상이 있었다. 다음의 비슷한 사건은 2391년 5월 11일에 일어날 것이다.
지구 일부 지역에서만 일면통과(부분 일면통과)를 볼 수 있고 다른 곳에서는 아예 볼 수 없는 경우도 있다. 이런 사례는 1937년 5월 11일 일어났다. 같은 사례가 있었던 바로 직전 연도는 1342년 10월 21일이었다. 앞으로 돌아올 같은 사례는 2608년 5월 13일에 발생할 것이다.
수성과 금성이 동시에 태양 위를 지나가는 광경은 매우 희귀한 확률로 발생한다. 이 사건은 구석기 시대인 기원전 373173년 9월 22일에 마지막으로 발생했으며, 서기 69163년 7월 26일 과 224508년 3월 29일에 발생할 것이다.
서기 13425년 9월 13일 이것에 준하는 사건이 일어날 것이다. 이때 수성이 먼저 지나간 뒤 금성이 지나가게 되며, 둘 사이 간격은 불과 16시간이다.
일식과 함께 내행성 일면 통과가 일어나는 경우도 있다. 가장 가깝게는 6757년 7월 5일 동부 시베리아에서 일식과 함께 수성의 일면 통과 현상을 관측할 수 있을 것이다.
5. 과거와 현재의 수성 일면통과 목록
| 수성 일면통과 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 일면통과 | 시간 (UTC) | 주석 | ||
| 시작 | 정점 | 종료 | ||
| 1631년 11월 7일 | 요하네스 케플러가 정확히 예측. 피에르 가생디가 관찰하여 케플러 이론을 확증. | |||
| 1651년 11월 3일 | 제레미 셰이컬리가 수라트에서 관측, 1652년 제레미 오스본에게 서신으로 전달. | |||
| 1661년 5월 3일 | 영국 찰스 2세의 대관식 도중 발생. 크리스티안 하위헌스가 런던에서 관측. | |||
| 1677년 11월 7일 | 세인트헬레나섬에서 에드먼드 헬리가 관측. 리처드 토넬리는 랭커셔에서, 장 샤를 갈레는 아비뇽에서 각각 관측. 존 플램스티드가 요하네스 헬베리우스에게 1678년 5월 23일 서신으로 보고. | |||
| 1743년 11월 5일 | 조셉 니콜라 드릴이 전 세계적 동시 관측 주도. | |||
| 1753년 5월 6일 | ||||
| 1769년 11월 9일 | 23:09 | 수성에 대기가 없음을 알게 됨. | ||
| 1802년 11월 9일 | 06:16 | 08:58 | 11:41 | |
| 1815년 11월 12일 | 00:20 | 02:33 | 04:46 | |
| 1822년 11월 5일 | 01:04 | 02:25 | 03:45 | |
| 1832년 5월 5일 | 09:04 | 12:25 | 15:47 | |
| 1835년 11월 7일 | 17:35 | 20:08 | 22:41 | |
| 1845년 5월 8일 | 16:24 | 19:37 | 22:49 | |
| 1848년 11월 9일 | 11:07 | 13:48 | 16:28 | |
| 1861년 11월 12일 | 05:21 | 07:19 | 09:18 | |
| 1868년 11월 5일 | 05:28 | 07:14 | 09:00 | |
| 1878년 5월 6일 | 15:16 | 19:00 | 22:44 | |
| 1881년 11월 7일 | 22:19 | 00:57 | 03:36 | |
| 1891년 5월 9일 | 23:57 | 02:22 | 04:47 | |
| 1894년 11월 10일 | 15:58 | 18:35 | 21:11 | |
| 1907년 11월 14일 | 10:24 | 12:07 | 13:50 | |
| 1914년 11월 7일 | 09:57 | 12:03 | 14:09 | |
| 1924년 5월 8일 | 21:44 | 01:41 | 05:38 | |
| 1927년 11월 10일 | 03:02 | 05:46 | 08:29 | |
| 1937년 5월 11일 | 08:53 | 08:59 | 09:06 | 남아프리카, 남부 아라비아 반도, 남부 아시아, 오스트레일리아 대륙 서부에서만 부분 일면통과 형태로 관측. |
| 1940년 11월 11일 | 20:49 | 23:21 | 01:53 | |
| 1953년 11월 14일 | 15:37 | 16:54 | 18:11 | |
| 1957년 5월 6일 | 23:59 | 01:14 | 02:30 | |
| 1960년 11월 7일 | 14:34 | 16:53 | 19:12 | |
| 1970년 5월 9일 | 04:19 | 08:16 | 12:13 | |
| 1973년 11월 10일 | 07:47 | 10:32 | 13:17 | |
| 1986년 11월 13일 | 01:43 | 04:07 | 06:31 | |
| 1993년 11월 6일 | 03:06 | 03:57 | 04:47 | |
| 1999년 11월 15일 | 21:15 | 21:41 | 22:07 | 오스트레일리아, 남극 대륙, 뉴질랜드 남부에서 부분 일면통과 관측. |
| 2003년 5월 7일 | 05:13 | 07:52 | 10:32 | |
| 2006년 11월 8일 | 19:12 | 21:41 | 00:10 | |
| 2016년 5월 9일 | 11:12 | 14:57 | 18:42 | [71] 남아메리카, 북아메리카 동부, 서유럽에서 전 과정 관측, 오스트레일리아와 동아시아를 제외한 모든 지역에서 일부 과정 관측. |
| 2019년 11월 11일 | 12:35 | 15:20 | 18:04 | |
| 수성 일면통과 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 일면 통과 | 시간 (협정 세계시) | 비고 | ||
| 시작 | 정점 | 종료 | ||
| 2032년 11월 13일 | 06:41 | 08:54 | 11:07 | [72]대한민국에서 관측 가능. |
| 2039년 12월 7일 | 07:17 | 08:46 | 10:15 | |
| 2049년 5월 7일 | 11:03 | 14:24 | 17:44 | |
| 2052년 11월 9일 | 23:53 | 02:29 | 05:06 | |
| 2062년 5월 10일 | 18:16 | 21:36 | 00:57 | |
| 2065년 11월 11일 | 17:24 | 20:06 | 22:48 | |
| 2078년 11월 14일 | 11:42 | 13:41 | 15:39 | |
| 2085년 11월 7일 | 11:42 | 13:34 | 15:26 | |
| 2095년 5월 8일 | 17:20 | 21:05 | 00:50 | |
| 2098년 11월 10일 | 04:35 | 07:16 | 09:57 | |
| 2108년 5월 12일 | 01:40 | 04:16 | 06:52 | |
수성 일면 통과는 1631년 11월 7일에 피에르 가생디가 처음 관측했다.
| 일면통과 중앙 시간 날짜 | 시간 (UTC) | 비고 | ||
|---|---|---|---|---|
| 시작 | 중앙 | 종료 | ||
| 1907년 11월 14일 | 10:24 | 12:07 | 13:50 | |
| 1914년 11월 7일 | 09:57 | 12:03 | 14:09 | |
| 1924년 5월 8일 | 21:44 | 01:41 | 05:38 | |
| 1927년 11월 10일 | 03:02 | 05:46 | 08:29 | |
| 1937년 5월 11일 | 08:53 | 08:59 | 09:06 | 부분 일면통과. 남아프리카, 남아라비아, 남아시아와 서유럽에서만 관측. |
| 1940년 11월 11일 | 20:49 | 23:21 | 01:53 | |
| 1953년 11월 14일 | 15:37 | 16:54 | 18:11 | |
| 1957년 5월 6일 | 23:59 | 01:14 | 02:30 | |
| 1960년 11월 7일 | 14:34 | 16:53 | 19:12 | |
| 1970년 5월 9일 | 04:19 | 08:16 | 12:13 | |
| 1973년 11월 10일 | 07:47 | 10:32 | 13:17 | |
| 1986년 11월 13일 | 01:43 | 04:07 | 06:31 | |
| 1993년 11월 6일 | 03:06 | 03:57 | 04:47 | |
| 1999년 11월 15일 | 21:15 | 21:41 | 22:07 | 부분 일면통과. 호주, 남극, 뉴질랜드 남섬에서 관측. |
| 2003년 5월 7일 | 05:13 | 07:52 | 10:32 | |
| 2006년 11월 8일 | 19:12 | 21:41 | 00:10 | |
| 2016년 5월 9일 | 11:12 | 14:57 | 18:42 | |
| 2019년 11월 11일 | 12:35 | 15:20 | 18:04 | 미국, 프랑스, 이스라엘, 쿠웨이트 등에서 관측 |
| 2032년 11월 13일 | 06:41 | 08:54 | 11:07 | |
| 2039년 11월 7일 | 07:17 | 08:46 | 10:15 | |
| 2049년 5월 7일 | 11:03 | 14:24 | 17:44 | |
| 2052년 11월 9일 | 23:53 | 02:29 | 05:06 | |
| 2062년 5월 10일 | 18:16 | 21:36 | 00:57 | |
| 2065년 11월 11일 | 17:24 | 20:06 | 22:48 | |
| 2078년 11월 14일 | 11:42 | 13:41 | 15:39 | |
| 2085년 11월 7일 | 11:42 | 13:34 | 15:26 | |
| 2095년 5월 8일 | 17:20 | 21:05 | 00:50 | |
| 2098년 11월 10일 | 04:35 | 07:16 | 09:57 |
참조
[1]
웹사이트
Mercury Passes in Front of the Sun, as Seen From Mars
http://www.jpl.nasa.[...]
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