통과 (천문학)
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1. 개요
통과(Transit)는 천문학에서 작은 천체가 더 멀리 있는 큰 천체의 앞을 지나가는 현상을 의미하며, 세 개의 천체가 일직선상에 놓일 때 발생한다. 지구에서 볼 때 태양을 수성이나 금성이 가리는 현상이 대표적이며, 외계 행성이 별 앞을 통과하는 현상을 이용하여 외계 행성을 탐지하는 데 활용되기도 한다. 통과 현상은 4번의 접촉으로 이루어지며, 광도 곡선을 통해 행성의 특성을 파악할 수 있다. 통과 방법은 외계 행성 탐색에 널리 사용되며, HATNet, KELT, 케플러 우주 망원경, TESS 등의 관측 임무를 통해 외계 행성을 발견하고 있다.
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| 통과 (천문학) | |
|---|---|
| 천문학적 통과 | |
 | |
| 개요 | |
| 유형 | 천문 현상 |
| 관련 현상 | 엄폐, 식 |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 천체가 다른 천체의 면을 가로질러 보이는 현상 |
2. 정의
통과는 멀리 있는 천체 앞을 그보다 훨씬 작은 천체가 지나가는 현상을 의미한다. 더 가까운 천체가 더 크게 보이고, 더 먼 천체를 완전히 가리는 경우는 엄폐라고 하며, 어떤 천체가 다른 천체의 그림자 속으로 들어가는 현상은 식이라고 한다. 이 세 가지 현상은 모두 삭망이 눈에 보이는 형태로 나타난 것이다.
통과의 예로는 어떤 천체에서 보았을 때, 그 천체와 태양 사이에 다른 천체가 들어가 태양면 통과를 일으키는 경우를 들 수 있다. 또한 위성이 모행성을 가로지르는 현상도 통과라고 부른다.
통과는 세 개, 드물게는 네 개의 천체가 일직선상에 놓일 때 발생한다. 최근에는 외계 행성이 주항성을 통과하는 현상을 통해 외계 행성을 발견하기도 한다. 오시리스는 항성면을 통과하는 것이 발견된 최초의 행성이다.
드물게, 어떤 행성이 다른 행성의 앞면을 통과하는 경우가 있는데, 1700년부터 2200년까지 지구에서 볼 수 있는 행성 상호간의 통과나 엄폐는 18번밖에 없으며, 1818년부터 2065년까지는 이러한 현상이 발생하지 않는다.
| 일어난 날짜 | 사건 |
|---|---|
| 1702년9월 19일 | 목성이 해왕성을 엄폐 |
| 1705년7월 20일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 1708년7월 14일 | 수성이 천왕성을 엄폐 |
| 1708년10월 4일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 1737년5월 28일 | 금성이 수성을 엄폐 |
| 1771년8월 29일 | 금성이 토성면을 통과 |
| 1793년7월 21일 | 수성이 천왕성을 엄폐 |
| 1808년12월 9일 | 수성이 토성면을 통과 |
| 1818년1월 3일 | 금성이 목성면을 통과 |
| 2065년11월 22일 | 금성이 목성면을 통과 |
| 2067년7월 15일 | 수성이 해왕성을 엄폐 |
| 2079년8월 11일 | 수성이 화성을 엄폐 |
| 2088년10월 27일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 2094년4월 7일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 2104년8월 21일 | 금성이 해왕성을 엄폐 |
| 2123년9월 14일 | 금성이 목성면을 통과 |
| 2126년7월 29일 | 수성이 화성을 엄폐 |
| 2133년12월 3일 | 금성이 수성을 엄폐 |
1737년의 금성-수성 엄폐 현상은 존 베비스가 그리니치 천문대에서 관측했으며, 이는 행성 상호간 엄폐에 관한 유일한 상세 기록이다. 1170년9월 12일 화성의 목성면 통과는 캔터베리의 수도사 저바스와 중국 천문학자가 관측했고, 1590년10월 3일 금성에 의한 화성 엄폐는 하이델베르크에서 미하엘 메스트린이 관측했다.
2. 1. 통과
통과는 멀리 있는 천체 앞을 그보다 훨씬 작은 천체가 지나가는 현상을 의미한다. 물체가 매우 가까이 있기 때문에 멀리 있는(실제로는 더 큰) 물체를 완전히 가리는 것을 엄폐라고 하며, 한 물체가 다른 물체의 그림자 속으로 들어가는 것을 식이라고 한다. 이 세 현상은 모두 합충 때문에 발생한다.지구에서 볼 때 태양 표면을 다른 천체가 지나가는 현상이 통과의 대표적인 예이다. 지구에서는 내행성인 수성과 금성만이 이러한 통과 현상을 일으킨다. (수성 일면통과와 금성 일면통과 참조) 그러나 화성에서는 지구가 내행성이 되므로, 지구의 태양면 통과를 관측할 수 있다. 마찬가지로 목성에서 바라보면 화성까지도 내행성에 포함되어 통과 현상이 관측 가능하다.
목성과 같은 거대한 행성 앞을 작은 위성들이 지나가는 현상도 통과라고 부른다. 예를 들어 목성의 위성인 갈릴레이 위성(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토)이 목성 원반 위를 지나가는 현상을 관측할 수 있다.
통과는 세 개의 천체가 같은 시선상에 일렬로 늘어서야 발생한다. 드물게 네 개의 천체가 일렬로 늘어서는 경우도 있다. 1586년 4월 27일 수성은 금성에서 바라보았을 때 태양 표면을 지나가는 것으로 보였는데, 이와 동시에 토성에서는 금성과 수성이 함께 태양 표면 위를 지나가는 것처럼 보였다.
외계 행성을 찾는 데에도 통과 현상이 응용된다. HD 209458 주위를 도는 HD 209458b가 대표적인 예이다.
2012년 12월 21일, 토성 궤도에 있는 ''카시니-하위헌스'' 탐사선은 금성이 태양을 통과하는 것을 관측했다.[3]
2014년 6월 3일, 화성 탐사 로버 ''큐리오시티''는 수성이 태양을 통과하는 것을 관측했으며, 이는 지구 외의 천체에서 행성 통과가 관측된 최초의 사례를 기록했다.[4]
2. 2. 엄폐
엄폐는 가까이 있는 천체가 멀리 있는 천체를 완전히 가리는 현상이다. 가까운 천체가 더 크게 보이고, 더 먼 천체를 완전히 가리는 경우를 엄폐라고 부른다.[1]2. 3. 식
한 천체가 다른 천체의 그림자 속으로 들어가는 현상을 식이라고 한다. 이 현상은 합충 때문에 발생한다.3. 태양계 내 통과
지구에서 볼 때 태양 표면을 다른 천체가 지나가는 현상을 통과라고 한다. 지구 관찰자에게는 수성과 금성이 통과 현상을 일으키는 내행성이 된다. (수성 일면통과와 금성 일면통과 참조) 화성에서는 지구가 일면 통과의 대상이 된다. 목성에서 바라본 내행성은 화성까지도 포함된다.
통과는 거대한 행성 앞을 조그만 위성들이 지나가는 현상을 뜻하기도 한다. 예를 들면 목성 원반 위를 갈릴레이 위성들(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토)이 지나가는 현상을 들 수 있다.
통과는 세 개의 천체가 같은 시선상에 일렬로 늘어서야 발생한다. 드물게 네 개의 천체가 일렬로 늘어서는 경우도 있다.
3. 1. 내행성의 태양면 통과
지구에서 볼 때, 내행성인 수성과 금성만이 태양면을 통과할 수 있다. 화성에서는 지구를 포함한 외행성들이 태양면을 통과하는 현상을 관측할 수 있다.2014년 6월 3일, 화성 탐사 로버 ''큐리오시티''는 수성이 태양을 통과하는 것을 관측했는데, 이는 지구 외의 천체에서 행성 통과가 관측된 최초의 사례이다.[4] 1984년 5월 11일 화성에서 보이는 지구의 통과는 관측할 수 없었는데, 바이킹 탐사선 임무가 1년 전에 종료되었기 때문이다. 따라서 2084년이 되어야 이러한 정렬을 다시 관찰할 수 있다. 한편, 2012년 12월 21일에는 토성 궤도에 있는 카시니-하위헌스 탐사선이 금성이 태양을 통과하는 것을 관측했다.[3]
3. 2. 위성의 모행성 통과
"통과"라는 용어는 자연 위성이 모행성을 가로질러 움직이는 것을 묘사하는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들어 갈릴레이 위성(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토) 중 하나가 지구에서 볼 때 목성을 가로지르는 경우가 이에 해당한다.
3. 3. 다중 행성 통과 및 엄폐
매우 드물게 한 행성이 다른 행성 앞을 지나가는 경우가 있다. 가까운 행성이 멀리 있는 행성보다 작게 보이면 상호 행성 통과, 가까운 행성이 커서 멀리 있는 행성을 완전히 가리면 엄폐라고 부른다.지구에서 보면 2065년 11월 22일 12시 43분(UTC)경 금성(각지름 10.6초)이 목성(각지름 30.9초) 앞을 통과한다. 하지만 이는 태양에서 서쪽으로 8도밖에 떨어져 있지 않아 맨눈으로 볼 수 없다. 금성은 목성 통과 전 11시 24분(UTC)경 목성의 위성 가니메데를 엄폐한다. 지구상 위치에 따른 시차 때문에 실제 관측 시간은 수 분 정도 차이 날 수 있다.
1700년부터 2200년까지 지구에서 볼 수 있는 행성 간 통과 및 엄폐는 18번뿐이다. 1818년부터 2065년까지는 긴 공백기이다.
| 발생일 | 사건 |
|---|---|
| 1702년 9월 19일 | 목성이 해왕성을 엄폐 |
| 1705년 7월 20일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 1708년 7월 14일 | 수성이 천왕성을 엄폐[3] |
| 1708년 10월 4일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 1737년 5월 28일 | 금성이 수성을 엄폐 |
| 1771년 8월 29일 | 금성이 토성면을 통과 |
| 1793년 7월 21일 | 수성이 천왕성을 엄폐 |
| 1808년 12월 9일 | 수성이 토성면을 통과 |
| 1818년 1월 3일 | 금성이 목성면을 통과 |
| 2065년 11월 22일 | 금성이 목성면을 통과 |
| 2067년 7월 15일 | 수성이 해왕성을 엄폐 |
| 2079년 8월 11일 | 수성이 화성을 엄폐 |
| 2088년 10월 27일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 2094년 4월 7일 | 수성이 목성면을 통과 |
| 2104년 8월 21일 | 금성이 해왕성을 엄폐 |
| 2123년 9월 14일 | 금성이 목성면을 통과 |
| 2126년 7월 29일 | 수성이 화성을 엄폐 |
| 2133년 12월 3일 | 금성이 수성을 엄폐 |
1737년 금성의 수성 엄폐는 존 베비스가 그리니치 천문대에서 관측한 유일한 상세 기록이다. 1170년 9월 12일 화성의 목성 통과는 캔터베리 수도사 게르베이스와 중국 천문학자들이 관측했다.[4] 1590년 10월 3일 하이델베르크에서 미하엘 메스트린이 금성의 화성 엄폐를 관측했다.
2022년 11월 29일에는 화성에서 지구가 수성을 엄폐하는 현상이 발생했다.
3. 4. 접촉
통과 현상에는 네 단계의 접촉이 존재한다. 이 접촉은 큰 천체의 원반과 작은 천체의 원반이 서로 접하는 네 순간을 의미한다. 접촉은 다음 네 단계가 순차적으로 발생한다.- '''1차 접촉''': 작은 천체가 큰 천체의 바깥쪽 원반과 만난다.
- '''2차 접촉''': 작은 천체 전체가 큰 천체 원반 내부로 들어오는 순간.
- '''3차 접촉''': 작은 천체가 큰 천체의 안쪽 원반과 만난다.
- '''4차 접촉''': 작은 천체가 큰 천체로부터 완전히 분리되는 순간.
천체 통과 현상 동안에는 네 번의 "접촉"이 발생하는데, 이는 작은 원(작은 천체 원반)의 원주가 큰 원(큰 천체 원반)의 원주에 한 점에서 닿을 때를 말한다. 역사적으로 각 접촉 지점의 정확한 시간을 측정하는 것은 천체의 위치를 결정하는 가장 정확한 방법 중 하나였다. 접촉은 다음과 같은 순서로 발생한다.
- '''제1 접촉''': 작은 천체가 큰 천체의 바깥쪽에 위치하며 안쪽으로 이동한다("외부 진입").
- '''제2 접촉''': 작은 천체가 큰 천체 안에 완전히 위치하며 더욱 안쪽으로 이동한다("내부 진입").
- '''제3 접촉''': 작은 천체가 큰 천체 안에 완전히 위치하며 바깥쪽으로 이동한다("내부 탈출").
- '''제4 접촉''': 작은 천체가 큰 천체의 바깥쪽에 완전히 위치하며 바깥쪽으로 이동한다("외부 탈출").
다섯 번째로 명명된 지점은 최대 통과 시점인데, 이는 두 천체의 겉보기 중심이 서로 가장 가까워지는 지점, 즉 통과 과정의 중간 지점이다.
4. 태양계 외 통과
외계 행성 탐색에는 통과 현상이 활용된다. 통과 방법은 외계 행성 탐색의 주요 방법 중 하나이며, HD 209458 b는 이 방법으로 발견된 최초의 외계 행성이다.[5]
2018년 12월 기준으로, 케플러 광도 곡선을 통해 확인된 통과 행성은 2345개에 달한다.[7]
4. 1. 외계 행성 탐색 방법으로서의 통과
통과 방법은 외계 행성을 발견하는 데 사용될 수 있다. 행성이 모성(host star)을 가릴 때 별에서 나오는 빛의 일부를 차단한다. 행성이 별과 관찰자 사이에서 통과하면 빛의 변화를 측정하여 광도 곡선을 구성할 수 있다. 광도 곡선은 전하 결합 소자(CCD)로 측정된다. 별의 광도 곡선은 밀도와 같은 행성과 별의 여러 물리적 특성을 밝힐 수 있다. 특징을 결정하려면 정기적인 간격으로 발생하는 여러 통과 사건을 측정해야 한다. 동일한 모성을 공전하는 여러 행성은 통과 시각 변화(TTV)를 일으킬 수 있는데, 이는 서로에게 작용하는 모든 공전체의 중력으로 인해 발생한다.
그러나 지구에서 통과를 볼 확률은 낮다. 확률은 다음 방정식으로 주어진다.[5]
:
여기서 ''R''star와 ''R''planet는 각각 별과 행성의 반지름이고, ''a''는 긴반지름이다. 특정 시스템에서 통과할 확률이 낮기 때문에 통과를 보려면 하늘의 큰 영역을 정기적으로 관찰해야 한다. 뜨거운 목성은 더 큰 반지름과 짧은 긴반지름으로 인해 관찰될 가능성이 더 크다. 지구 크기의 행성을 찾기 위해서는 작은 반지름을 가진 적색 왜성이 관찰된다. 통과할 확률이 낮더라도, 이 방법은 외계 행성을 발견하는 데 좋은 기술임이 입증되었다.
최근 태양계 외 행성의 발견으로 인해 자신의 별 주위를 통과하는 행성을 감지할 가능성에 대한 관심이 높아졌다. HD 209458 b는 감지된 최초의 통과 행성이었다.
천체의 통과는 오늘날 외계 행성계 연구에 사용되는 몇 안 되는 주요 현상 중 하나이다. 오늘날 통과 광도 측정법은 외계 행성 발견의 주요 형태이다.[5] 외계 행성이 모성 앞에서 움직이면 모성의 광도에서 측정 가능한 감소가 발생한다.[6] 더 큰 행성은 광도의 감소를 더 눈에 띄게 만들고 감지하기 쉽게 만든다. 다른 방법을 사용하여 후속 관측이 종종 수행되어 행성인지 확인한다.
현재(2018년 12월) 별 모성에 대한 케플러 광도 곡선으로 확인된 행성은 '''2345'''개이다.[7]
4. 2. 통과 방법의 한계와 극복
통과 방법은 외계 행성을 발견하는 데 사용된다. 행성이 모성(host star)을 가릴 때 별에서 나오는 빛의 일부를 차단한다. 행성이 별과 관찰자 사이를 통과할 때 빛의 변화를 측정하여 광도 곡선을 구성할 수 있으며, 이는 전하 결합 소자(CCD)로 측정된다. 별의 광도 곡선은 밀도와 같은 행성과 별의 여러 물리적 특성을 밝힐 수 있다. 특징을 결정하려면 정기적인 간격으로 발생하는 여러 통과 사건을 측정해야 한다. 동일한 모성을 공전하는 여러 행성은 통과 시각 변화(TTV)를 일으킬 수 있다. 그러나 지구에서 통과를 볼 확률은 낮으며, 다음 방정식으로 주어진다.[5]:
여기서 ''R''star와 ''R''planet는 각각 별과 행성의 반경이고, ''a''는 긴반지름이다. 특정 시스템에서 통과할 확률이 낮기 때문에, 통과를 보려면 하늘의 큰 영역을 정기적으로 관찰해야 한다. 뜨거운 목성은 더 큰 반경과 짧은 긴반지름으로 인해 관찰될 가능성이 더 크다. 지구 크기의 행성을 찾기 위해서는 작은 반경을 가진 적색 왜성이 관찰된다. 이처럼 통과 확률이 낮더라도, 통과 방법은 외계 행성을 발견하는 데 좋은 기술임이 입증되었다.[5]
5. 통과 관측 임무
통과 광도 측정을 통해 넓은 천체를 스캔할 수 있기 때문에 지난 10년 동안 외계 행성을 찾는 가장 인기 있고 성공적인 방법이었다. HATNet, KELT, 케플러, WASP 등 여러 프로젝트가 진행되었으며, TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite), HATPI와 같은 새로운 임무도 개발 중이거나 계획 단계에 있다.
5. 1. 지상 망원경 기반 임무
HATNet 프로젝트는 애리조나주 프레드 로렌스 휘플 천문대와 하와이주 마우나 케아 천문대에 위치한 북반구 망원경 세트이며, 이 프로젝트의 HATSouth 지부 아래 아프리카, 호주, 남아메리카 등 전 세계에 흩어져 있는 남반구 망원경 세트이다.[9] 이 망원경들은 KELT와 마찬가지로 작은 구경을 가지고 있으며, 넓은 시야를 관측하여 하늘의 넓은 영역을 스캔하여 통과하는 행성을 찾을 수 있다. 또한, 전 세계에 걸쳐 다수의 망원경이 배치되어 있어 24시간 연중무휴 하늘 관측이 가능하여 더 짧은 주기의 통과 현상을 포착할 수 있다.[10]세 번째 하위 프로젝트인 HATPI는 현재 건설 중이며, 칠레에 위치하여 밤하늘 대부분을 관측할 예정이다.[11]
KELT는 8
5. 2. 우주 망원경 기반 임무
케플러는 2009년 3월 7일부터 2013년 5월 11일까지 케플러 임무를 수행하며, 백조자리, 거문고자리, 용자리 부근 하늘의 115제곱도 범위 내에서 통과하는 행성을 탐색했다.[15] 그 후, 위성은 반응 휠 고장으로 인해 대략 75일마다 황도를 따라 새로운 영역으로 관측 범위를 변경하며 2018년 11월 15일까지 작동했다.[16]TESS는 2018년 4월 18일에 발사되었으며, 적경 선을 따라 정의된 하늘의 대부분을 각각 27일 동안 관측하여 조사할 계획이다. 각 조사 구역은 27 x 90 도이다. 구역의 위치 때문에 TESS의 회전축 근처 지역은 최대 1년 동안 조사되어 더 긴 공전 주기를 가진 행성계의 식별이 가능하다.
참조
[1]
웹사이트
Definition of TRANSIT
https://www.merriam-[...]
2018-12-16
[2]
웹사이트
Transit Method {{!}} Las Cumbres Observatory
https://lco.global/s[...]
2018-11-27
[3]
뉴스
Cassini Spacecraft Tracks Venus Transit From Saturn
http://spacecoastdai[...]
Space Coast Daily
2016-02-08
[4]
웹사이트
Mercury Passes in Front of the Sun, as Seen From Mars
http://www.jpl.nasa.[...]
2014-06-10
[5]
서적
How do you find an exoplanet?
2015-12-29
[6]
웹사이트
Down in Front!: The Transit Photometry Method
http://www.planetary[...]
2020-02-01
[7]
웹사이트
Exoplanet Archive Planet Counts
https://exoplanetarc[...]
2018-12-17
[8]
웹사이트
Transit of Venus – Safety
http://www.transit-o[...]
University of Central Lancashire
2006-09-21
[9]
웹사이트
The HATNet Exoplanet Survey
https://hatnet.org/
Princeton University
2018-01-01
[10]
웹사이트
The HAT Exoplanet Surveys
https://hatsurveys.o[...]
2018-12-16
[11]
웹사이트
The HATPI Project
https://hatpi.org/
2018-12-16
[12]
간행물
Early Results from the KELT Transit Survey
2007-07-01
[13]
웹사이트
KELT-North: Method
http://www.astronomy[...]
2018-12-16
[14]
간행물
The KELT-South Telescope
2012-03-07
[15]
웹사이트
Mission overview
http://www.nasa.gov/[...]
2018-12-16
[16]
간행물
The K2 Mission: Characterization and Early Results
2014-04-01
[17]
웹사이트
"「日面経過」の用語について"
http://optik2.mtk.na[...]
국립천문대
2016-06-01
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