지구의 공전과 자전은 학교에서 전부 배웠습니다. 하지만 기억이 없죠. 지구의 공전 뜻과 공전 주기 이해를 위해 다시 설명하는 글 적어 봅니다
공전 뜻
한 천체가 다른 천체의 중력에 영향을 받아 질량 중심을 중심으로 궤도 운동하는 것을 공전이라고 한다. 지구 365.2564 태양일을 주기로 태양 주위를 공전하고 있다. 지구의 공전궤도는 이심률이 0.0167인 타원이다. 지구는 근일점(perihelion)을 1월 3일 경 통과하고 원일점(aphelion)을 7월 4일 경 통과한다. 태양과 지구의 평균거리는 1억 4960만 km이며, 근일점까지의 거리는 1억 4710만 km이고 원일점까지의 거리는 1억 5210km이다. 평균 공전속도는 29.78 kms-1입니다
공전과 연주운동
지구가 하루에 (360/365.25)°씩 반시계 방향으로 태양 주위를 공전하기 때문에 천구 상에서 별자리에 대한 태양의 상대 위치가 서에서 동쪽으로 하루에 약 1°씩 움직이게 되는데 이를 태양의 연주운동(annual motion)이라고 한다. 천구 상에서 태양이 이동한 겉보기 경로를 황도(ecliptic)라고 부릅니다
지구 자전축이 23.5° 기울어져 있기 때문에 공전하는 동안 태양의 적위(declination)는 +23.5°와 -23.5° 사이에서 변한다. 적위가 가장 높은 하짓날(summer solstice)은 6월 21일 경이고, 가장 낮은 동짓날(winter solstice)은 12월 21일 경이다. 태양의 적위는 0°인 춘분날(vernal equinox)과 추분날(autumnal equinox)은 각각 3월 20일경과 9월 22일 혹은 23일 경이다(그림 1 참조). 북반구에서 하짓날에는 낮의 길이가 가장 길고, 동짓날에는 낮의 길이가 가장 짧다(그림 2 참조). 지구 공전 궤도면은 태양의 적도에 대해 7.23° 기울어져 있다.
지구 공전의 증거
지구가 태양 주변을 공전한다는 증거는 가까운 별의 위치가 먼 별을 배경으로 주기적으로 이동하는 연주시차(annual parallax), 별빛의 겉보기 방향이 원래 방향보다 약간 앞쪽으로 기울어지는 광행차(aberration), 멀리 있는 천체를 관측할 때 청색이동와 적색이동가 주기적으로 나타나는 현상 등이다.
코페르니쿠스가 태양중심설을 제안하자 타이코 브라헤는 별의 연주 시차를 측정하려 시도하였으나 당시의 기술로는 측정할 수 없을 정도로 작은 연주시차의 측정에 실패하였다. 1838년이 되어서야 베셀(Friedrich Bessel)이 백조자리61번별의 연주시차를 처음 측정하여 지구가 공전한다는 증거를 제시하였다( [네이버 지식백과] 공전 [revolution] (천문학백과)
연주시차를 처음 관측한 사람은 베셀이었지만, 브래들리(James Bradley) 역시 연주시차를 측정하려고 하였다. 그는 연주시차 측정에는 실패하였지만 1727년 용자리 엘타닌(Eltanin) 별에서 광행차 측정에 성공하였다(그림 4 참조). 공전하는 지구에서 천체를 관측하면 천체의 실제 위치보다 앞쪽에서 보이게 되는 원리를 이용하여, 별빛의 방향이 계절에 따라 달라지는 차이를 알아내어 그는 빛의 속도와 지구 공전 속도를 구하기도 하였다.
지구 공전 주기
태양이 춘분점을 지나 황도를 따라 천구에서 동쪽으로 이동하여 다시 춘분점으로 돌아올 때까지의 기간을 1 태양년(solar year) 혹은 1 회귀년(tropical year)이라고 정의한다. 약 365.2422일이다. 춘분점의 세차운동(precession)에 따라 100년에 약 0.5초씩 짧아진다.
천구 상에서 1년에 약 50초씩 움직이는 춘분점 대신 고정된 별을 기준으로 한 위치에 있던 태양이 연주운동을 거쳐 다시 그 자리로 돌아오는 데까지 걸리는 기간을 1 항성년(sidereal year)이라고 한다. 1 항성년은 1 태양년보다 긴 365.2564일인 이유는 춘분점이 동쪽에서 서쪽으로 이동하기 때문이다.
지구가 근일점(perihelion)을 통과한 후 다시 근일점까지 오는 데 걸리는 시간을 1 근점년(anomalistic year)이라고 한다. 근일점의 위치가 고정되어 있다면 1 근점년과 1 항성년의 길이는 같겠지만 지구의 근일점이 연간 11.63°의 속도로 황도를 따라 진행하기 때문에 1 근점년은 1 항성년보다 조금 긴 365.2596일이다.
달의 공전 궤도인 백도와 황도가 만나는 점을 기준으로 태양이 공전하는 데 걸리는 시간을 1 드라콘년(draconic year)이라고 한다. 혹은 1 식년(ecliptic year)이라고도 하는데, 태양과 달이 이 교점 근처에 놓이면 일식(solar eclipse)이나 월식(lunar eclipse)이 나타나기 때문이다. 1 드라콘 년의 평균 길이는 약 346.62일이다.
춘분점이나 근일점의 이동 뿐 아니라, 태양계의 행성에 의한 중력 섭동이라든지, 달의 조석력에 의한 영향 때문에 공전 주기는 적은 양이지만 계속 변하고 있다.