장축단

3. 지구의 근일점과 원일점

'''근일점'''은 태양 주변을 도는 천체가 태양과 가장 가까워지는 지점이며, '''원일점'''은 태양 주변을 도는 천체가 태양과 가장 멀어지는 지점이다.^[38] 여름에 지구가 근일점에 오는 것으로 착각하는 사람들이 있는데, 이는 태양이 북회귀선에 오기 때문이다. 반대로, 태양이 남회귀선으로 갈 때, 북반구는 겨울이 된다.^[38]

현재 지구는 1월 초, 대략 동지로부터 14일 후에 근일점에 도달하며, 지구 중심은 약 0.98329 천문 단위(AU)이다. 지구는 7월 초, 하지로부터 약 14일 후에 원일점에 도달하며, 지구와 태양 중심 사이의 원일점 거리는 약 1.01671 AU이다.

근일점과 원일점의 날짜는 밀란코비치 주기라고 알려진 순환적 패턴을 따르는 세차 운동 및 기타 궤도 요인으로 인해 시간이 지남에 따라 변한다. 단기적으로 이러한 날짜는 해마다 최대 2일까지 변동될 수 있다.^[20] 이러한 상당한 변화는 달의 존재 때문이다. 지구-달 질량 중심은 태양 주위를 안정적인 궤도로 이동하는 반면, 지구 중심의 위치는 모든 방향으로 이동할 수 있으며, 이는 태양과 지구 중심 간의 실제 가장 가까운 접근 시점에 영향을 미친다.^[21]

원일점에서 거리가 증가하기 때문에 태양으로부터의 복사 에너지의 93.55%만이 근일점과 동일한 지구 표면의 특정 영역에 떨어진다. 그러나 이것은 계절을 설명하지 않으며, 계절은 대신 지구 궤도면에 수직에서 23.4° 떨어진 자전축 기울기에서 비롯된다.^[22] 실제로 근일점과 원일점 모두 한 반구에서는 여름이고 다른 반구에서는 겨울이다.

북반구에서는 여름이 원일점과 동시에 발생하며, 이때 태양 복사가 가장 낮다. 그럼에도 불구하고 북반구의 여름은 남반구보다 평균 2.3°C 더 따뜻한데, 북반구가 바다보다 더 쉽게 가열되는 더 큰 육괴를 포함하고 있기 때문이다.^[23]

근일점과 원일점은 계절에 간접적인 영향을 미친다. 지구의 궤도 속도는 원일점에서 최소이고 근일점에서 최대이기 때문에, 행성은 6월 하지부터 9월 추분까지 궤도를 도는 데 12월 동지부터 3월 춘분까지 궤도를 도는 것보다 더 오래 걸린다. 따라서 북반구의 여름은 남반구의 여름(89일)보다 약간 더 오래 지속된다(93일).^[24]

천문학자들은 일반적으로 근일점의 시기를 날짜와 시간으로 표현하는 대신 황도 좌표에서 각도로 표현한다. 이는 이른바 근점의 경도이다. 지구의 궤도에서 이것을 '근일점의 경도'라고 하며, 2000년에는 약 282.895°였다. 2010년까지 이 값은 약 283.067°로 약간 증가했다.^[25]

태양 주위의 지구 궤도의 경우, 앱시스의 시간은 계절과 관련된 시간으로 표현되는 경우가 많다. 지구의 궤도 이심률과 다른 궤도 요소는 일정하지 않지만 태양계의 행성 및 기타 물체의 섭동 효과(밀란코비치 주기)로 인해 천천히 변한다.

매우 긴 시간 척도에서 근일점과 원일점의 날짜는 계절을 거쳐 이동하며, 22,000년에서 26,000년 사이에 한 번의 완전한 주기를 이룬다. 지구에서 보이는 별의 위치에 해당하는 움직임이 있으며, 이를 앱시스 세차 운동이라고 한다.

2007년부터 2029년까지의 근일점 및 원일점 날짜와 시간은 아래 표와 같다.^[26]

3. 1. 지구 근일점/원일점 날짜와 시간 (2007년 ~ 2020년, 2021년 ~ 2029년)

4. 행성의 근일점과 원일점

이 표는 행성과 왜소행성의 근일점과 원일점의 거리 표다.^[39]

공전 궤도에서 궤도 노드와 근일점(q)과 원일점(Q)의 위치를 보여주는 위의 이미지들은 황도의 북극 위에서 본 태양계 행성들의 모습이며, 이는 공면적이다. 행성들은 태양 주위를 반시계 방향으로 움직이며, 각 행성의 궤도에서 파란색 부분은 황도면의 북쪽, 분홍색 부분은 남쪽으로 이동하며, 점은 근일점(녹색)과 원일점(주황색)을 나타낸다. 첫 번째 이미지(왼쪽)는 내행성들을 보여주며, ''기준'' 지구 궤도는 노란색으로 기준 궤도면을 나타낸다. 춘분 시점에 지구는 그림의 아래쪽에 위치한다. 두 번째 이미지(오른쪽)는 외행성들을 보여준다. 궤도 노드는 행성의 기울어진 궤도가 기준면과 교차하는 "노드 선"의 두 끝점이다.^[19]

4. 1. 행성 및 왜소행성의 근일점/원일점 거리

공전 궤도에서 궤도 노드와 근일점(q)과 원일점(Q)의 위치를 보여주는 위의 이미지들은 황도의 북극 위에서 본 태양계 행성들의 모습이며, 이는 공면적이다. 행성들은 태양 주위를 반시계 방향으로 움직이며, 각 행성의 궤도에서 파란색 부분은 황도면의 북쪽, 분홍색 부분은 남쪽으로 이동하며, 점은 근일점(녹색)과 원일점(주황색)을 나타낸다. 첫 번째 이미지(왼쪽)는 내행성들을 보여주며, ''기준'' 지구 궤도는 노란색으로 기준 궤도면을 나타낸다. 춘분 시점에 지구는 그림의 아래쪽에 위치한다. 두 번째 이미지(오른쪽)는 외행성들을 보여준다. 궤도 노드는 행성의 기울어진 궤도가 기준면과 교차하는 "노드 선"의 두 끝점이다.^[19]

5. 근지점과 원지점의 계산

근지점과 원지점은 궤도 이심률과 장반경을 이용하여 계산할 수 있다. 근지점 거리: (1 - e)a, 원지점 거리: (1 + e)a

다음은 궤도의 근지점과 원지점을 특징짓는 수식이다.

• 근지점: 최대 속도, $v\_\backslash text\{per\}\; =\; \backslash sqrt\{\; \backslash frac\{(1\; +\; e)\backslash mu\}\{(1\; -\; e)a\}\; \}\; \backslash ,$
• 원지점: 최소 속도, $v\_\backslash text\{ap\}\; =\; \backslash sqrt\{\backslash frac\{(1\; -\; e)\backslash mu\}\{(1\; +\; e)a\}\; \}\; \backslash ,$

• 비상대 각운동량: $h\; =\; \backslash sqrt\{\backslash left(1\; -\; e^2\backslash right)\backslash mu\; a\}$
• 비 궤도 에너지: $\backslash varepsilon\; =\; -\backslash frac\{\backslash mu\}\{2a\}$

• ''a''는 장반경: $a\; =\; \backslash frac\{r\_\backslash text\{per\}\; +\; r\_\backslash text\{ap\}\}\{2\}$
• ''μ''는 표준 중력 매개변수
• ''e''는 이심률: $e\; =\; \backslash frac\{r\_\backslash text\{ap\}\; -\; r\_\backslash text\{per\}\}\{r\_\backslash text\{ap\}\; +\; r\_\backslash text\{per\}\}\; =\; 1\; -\; \backslash frac\{2\}\{\backslash frac\{r\_\backslash text\{ap\}\}\{r\_\backslash text\{per\}\}\; +\; 1\}$

6. 근일점 통과 시간

근일점 통과 시간은 궤도 요소 중 하나이며, 섭동이 없는 이체 문제를 사용하여 선택된 역기점에서 정의된다. 이는 N체 문제를 고려하지 않은 값이다.^[28][29] 정확한 근일점 통과 시간을 얻으려면 근일점 통과에 가까운 역기점을 사용해야 한다.

예를 들어, 1996년의 역기점을 사용하면 헤일-밥 혜성의 근일점은 1997년 4월 1일로 나타나지만,^[28] 2008년의 역기점을 사용하면 1997년 3월 30일로 덜 정확한 근일점 날짜를 보여준다.^[29] 단주기 혜성은 선택된 역기점에 더욱 민감할 수 있다. 2005년의 역기점을 사용하면 101P/Chernykh가 2005년 12월 25일에 근일점에 도달하는 것으로 나타나지만,^[30] 2012년의 역기점을 사용하면 2006년 1월 20일로 덜 정확한 섭동이 없는 근일점 날짜가 생성된다.^[31]

12P/Pons–Brooks의 경우, 이체 문제 해와 N체 문제 해를 비교하면 근일점 통과 시간에 차이가 발생한다.^[32]

수치 적분에 따르면 왜행성 에리스는 2257년 12월경에 근일점에 도달할 것이다.^[33] 236년이나 앞선 2021년의 역기점을 사용하면 에리스가 2260년에 근일점에 도달하는 것으로 덜 정확하게 나타난다.^[34]

4 베스타는 2021년 12월 26일에 근일점에 도달했지만,^[35] 2021년 7월의 역기점에서 이체 문제 해를 사용하면 베스타가 2021년 12월 25일에 근일점에 도달하는 것으로 덜 정확하게 나타난다.^[36]

해왕성 바깥 천체가 태양으로부터 80AU 이상 떨어진 거리에서 발견되었을 때, 배경 별에 대해 매우 느리게 움직이기 때문에 궤도를 잘 제한하기 위해서는 수년에 걸쳐 수십 번의 관측이 필요하다. 관측 호가 짧은 천체의 경우 근일점 날짜의 불확실성이 커질 수 있다. 예를 들어, 관측 호가 1년 동안 8번의 관측만 이루어진 2015 TH367은 근일점 날짜에 77년 이상의 불확실성을 가질 수 있다.^[37]

참조

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_[32] Perihelion occurs when rdot flips from negative to positive Horizons Batch for 12P/Pons-Brooks (90000223) at 2024-Apr-21 03:20 https://ssd.jpl.nasa[...] JPL Horizons 2023-02-11
_[33] Perihelion occurs when rdot flips from negative to positive. The JPL SBDB generically (incorrectly) lists an unperturbed two-body perihelion date in 2260 Horizons Batch for Eris at perihelion around 7 December 2257 ±2 weeks https://ssd.jpl.nasa[...] Jet Propulsion Laboratory 2021-09-13
_[34] 웹사이트 JPL SBDB: Eris (Epoch 2021) https://ssd.jpl.nasa[...] 2021-01-05
_[35] Perihelion occurs when rdot flips from negative to positive Horizons Batch for 4 Vesta on 2021-Dec-26 https://ssd.jpl.nasa[...] JPL Horizons 2021-09-26
_[36] 웹사이트 JPL SBDB: 4 Vesta (Epoch 2021) https://web.archive.[...]
_[37] 웹사이트 JPL SBDB: 2015 TH367 https://ssd.jpl.nasa[...] 2021-09-23
_[38] 서적 2013역서 한국천문연구원
_[39] 웹사이트 NASA planetary comparison chart http://solarsystem.n[...] 2016-08-04