천체
천체(天體, celestial body)는 우주에 존재하는 모든 물체를 말한다. 항성, 행성, 위성, 혜성, 성단, 성운, 성간물질, 인공위성 따위를 통틀어 이르는 말이다. 성체(星體)라고도 한다.
개요[편집]
천체 또는 성체는 우주에 존재하여 천문학의 연구대상이 되는 것으로, 암석·기체·먼지 등 여러 물질이 중력에 의해 묶여 있는 상태로 존재하는 것과 그 집합을 가리켜 부르는 말이다. 즉, 우주에 존재하는 물체를 아울러 부르는 말로서 주로 연구대상이 되는 물질을 일컫는다. 영어로는 "astronomical object", "celestial body", "heavenly body" 등으로 부른다. 흔히 천체라고 하면 행성이나 위성과 같은 거대한 물체를 떠올리기 십상이지만 크기는 상관없이 우주 먼지에서부터 별, 성운, 은하 등도 포함한다. 이 밖에 운석(隕石)·행성간물질·항성간물질·우주진(宇宙塵) 등도 천체라 할 수 있다. 그러나 지구대기 내에 있어서 지구에 속하는 것으로 보이는 것은 제외된다. 유성(流星)은 대기 내의 현상이기는 하지만, 그 기원이 대기권 밖이므로 천체에 포함시킨다. 또 인공위성·인공행성 등은 인공천체라 하여 따로 구별해서 부른다.[1][2][3]
특징[편집]
천체는 별, 행성, 달, 소행성 등과 같이 우주에 존재하는 뭉쳐있는 물질 덩어리를 의미한다.
태양계[편집]
고대인들은 지구가 우주의 중심인 천동설을 믿었고 지구가 태양 주위를 돈다는 지동설을 배척하였다. 당시 태양을 비롯한 행성들은 천구상에서 완벽한 원운동의 조합에 의해 운동을 하는 것으로 믿어졌다. 하지만 갈릴레이(G. Galillei, 1564-1642), 케플러(J. Kepler, 1571-1630), 뉴턴(I. Newton, 1642-1727)을 거치면서 지구를 포함한 행성들이 태양을 중심으로 타원운동하고 있음이 밝혀져 지동설이 자리를 잡게 된다. 현재 태양계는 8개의 행성과 다수의 왜소 행성, 헬리오 혜성, 소행성 등으로 구성되어 있는 것으로 밝혀졌다.
태양계 행성의 주요 성질은 아래 표 1과 같다.
태양계 행성의 주요 성질
행성 반경 (지구 반경 기준) 질량 (지구 질량 기준) 태양에서의 거리 (AU) 공전주기 (년) 수성 0.382 0.06 0.39 0.24 금성 0.949 0.82 0.72 0.62 지구 1.00 1.00 1.00 1.00 화성 1.532 0.11 1.52 1.88 목성 11.209 317.8 5.20 11.86 토성 9.449 95.2 9.54 29.46 천왕성 4.007 14.6 19.22 84.01 해왕성 3.883 17.2 30.06 164.8
태양에서의 거리는 가장 가까운 거리와 가장 먼 거리의 평균값이다.
- 지구 반경 : 6371 km
- 지구 질량 : 5.972 x 1024 kg
- 1 AU = 149 597 871 km (지구와 태양 사이의 평균 거리)
태양계가 우리 은하의 한 부분에 속하는 행성계임이 밝혀짐에 따라 외계 행성계의 존재 가능성이 예측되었고, 2015년 현재 2천여 개의 외계 행성계가 발견되었다. 이 중 태양과 질량이 비슷한 G분광형 주계열 항성들의 약 1/4이 생물체가 존재할 수 있는 영역에 지구와 비슷한 질량의 행성을 가지고 있는 것으로 확인되었다.
천체의 형성 과정[편집]
별은 대폭발 후 우주의 진화를 거치면서 우주 초기 밀도 요동에 의해 수소, 헬륨 등의 가스 들이 모여 형성된다. 우리 은하와 같이 금속함량비(헬륨보다 무거운 원소 비율)를 가진 은하에서는 태양 질량의 100배 이하인 별만 만들어지지만, 금속함량비가 낮은 초기 은하에서는 태양 질량의 수 백배 질량을 가진 별도 형성이 되는 것으로 추정된다. 탄생 초기 질량(mass)이 태양 질량의 약 8배 이상인 별은 적색거성 단계를 거쳐 진화하면서 마지막 순간에 중심부에 중성자별(neutron star) 또는 블랙홀(black hole)을 남기고 초신성 폭발, 감마선 폭발 등을 일으킬 수 있다.
중성자별은 질량은 태양의 1~2배이지만 반경은 15 km 내외의 고중력 천체이다. 블랙홀은 빛도 빠져 나올 수 없는 천체로서 태양 질량을 가진 블랙홀의 사건의 지평선은 3 km이다. 표면이 있는 중성자별과 달리, 블랙홀의 사건의 지평선은 빛도 빠져 나올 수 없는 영역의 경계를 의미한다. 철보다 가벼운 원소는 적색거성의 진화 단계에서 핵반응을 통해 만들어져 우주로 방출될 수 있지만, 무거운 원소는 초신성 폭발 과정에서 만들어져 우주로 방출된다. 방출된 원소들의 일부가 중성자별 주위에 남아 행성계를 구성할 수 있다. 중성자별은 형성 과정에서 적색거성 중심으로부터 초속 수백 킬로미터에 달하는 속력으로 방출되기도 하는데, 이 경우에 초신성 폭발에 의해 방출된 원소들은 중성자별의 속박에서 벗어나 다른 행성계의 일부가 되기도 한다. 블랙홀을 수반한 폭발도 비슷한 과정을 거친다.
초기 질량이 태양 질량의 8배 이하인 별들은 진화를 거쳐 백색왜성을 중심부에 남기고 많은 원소들을 우주로 방출한다. 그리고 한계 질량에 달한 백색왜성에 외부로 부터 물질 유입이 있는 경우, 백색왜성 전체가 폭발하면서 무거운 원소가 우주로 방출될 수 있다. 또한 쌍성계에서는 별이 팽창하면서 짝별로 물질이 이동하는 과정에서 많은 원소들이 우주로 방출될 수 있다. 별의 진화 및 초신성 폭발 과정에서 방출된 원소들은 행성계의 일부가 되기도 한다. 이 과정에서 행성들은 중심에 있는 별의 형성 과정에서 직접 만들어지거나, 외부에서 형성된 천체들이 행성계로 유입되는 과정을 거쳐 형성된다.[4]
개설[편집]
천체의 대략적인 종류는 다음과 같다.
- 소행성 : 항성 주위를 공전하지만, 그 질량이 행성 및 위성보다 작은 천체. (예:주노)
- 왜행성 : 행성과 소행성의 중간 천체.
- 혜성 : 태양 주위를 이심률이 큰 궤도를 그리면서 공전하는 천체. 태양 복사를 통해 핵에서 코마 및 꼬리가 생겨난다. 공전주기가 짧은 것은 몇년에서 몇십년이고, 긴 것은 수천 년에 이른다. (예:핼리 혜성)
- 위성 : 행성 등의 주위를 도는 천체. 천체에서 다루는 위성은 자연위성을 뜻하며, 인간이 만든 인공위성은 포함되지 않는다. (예:달)
- 행성 : 항성의 주위를 도는 천체.(예:지구)
- 항성 : 태양과 같이 스스로의 핵융합을 통해 빛을 내는 천체이다. 별 속의, 고온 고압에 의한, 원자와 원자핵들의 핵융합에 의해 에너지를 얻고 빛을 낸다. 별빛을 통해서(더 정확히는 별빛 스펙트럼) 표면의 온도와 크기, 질량, 나이, 구성원소 등 별에 관한 거의 대부분의 정보를 얻는다. 행성에 비해 질량이 압도적으로 크다.(예:태양)
- 성운(Nebula): 성간매질과 수소로 이루어진 천체.
- 성단(Cluster): 중력으로 뭉쳐 있는 항성의 무리.
- 구상성단(Globular Cluster,GC) : 늙은 별들이 밀집되어 있는 성단(예:M13, NGC 5139)
- 산개성단(Open Cluster, OC) : 비교적 젊은 별들이 멀리 떨어져 있는 성단(예:M45)
- 은하(Galaxy) : 항성, 성간 물질, 플라즈마, 암흑 물질 등으로 이루어진 거대한 계.
- 나선은하(Spiral Galaxy, SG) : 나선팔을 가지고 있는 은하.
- 측면나선은하(Edge-on Galaxy) : 지구에서 보았을 때 측면이 보이는 은하.(예:NGC 4565)
- 정면나선은하(Face-on Galaxy) : 지구에서 보았을 때 정면이 보이는 은하.(예:M101)
- 타원은하(Elliptical Galaxy, EG) : 타원모양 은하(예:M110)
- 불규칙은하(Irregular Galaxy,IG) : 모양이 불규칙적인 은하(예:M82)
- 렌즈상은하 : 타원은하와 나선은하의 사이에 속함.(예:M102)
우주 먼지 따위도 천체의 범주에 넣기도 한다.[3]
영미권 용례[편집]
영미권의 천체는 1. Astronomical bodies, 2. Astronomical objects, 3. Celestial bodies, 4. Celestial objects의 네 가지 단어를 포함하는데 이들은 쓰임새에 차이가 있다.
- Astronomical bodies : 단순히 하나의 물리적 개체를 의미하며 예로 행성 한 개를 들 수 있다.
- Astronomical objects : 1에 더하여, 여러 개의 물리적 개체가 뭉쳐 하나의 계(系)를 형성한 것까지를 포함하는 개념이다.
- Celestial bodies, Celestial objects : 지구에서 바라보았을 때의 천체들을 의미한다. 따라서 지구는 자연히 제외된다.[3]
천체력[편집]
천체력(天體曆, astronomical ephemeris)은 천체 운행의 여러 가지 사항을 게재한 역서를 말하며 1년간에 걸쳐 천체관측에 필요한 태양·달·행성 및 주요 항성의 천구상의 위치를 비롯하여 관측에 필요한 모든 자료가 망라된 역서이다. 즉, 천체의 위치, 고유운동, 일월식, 엄폐, 태양이나 달의 출몰 등의 예보값을 게재한 연간 역서이다. 예를 들면, 역표시(曆表時) 0시의 태양·달·행성의 매일 시적경(視赤經)·시적위·지평시차(地平視差), 주요한 항성의 10일마다의 적경·적위, 세계시와 항성시의 관계, 일식·월식·항성식(엄폐 6) 등의 천문현상, 항성의 위치계산에 필요한 일수 등이 기재되어 있다. 현재 가장 권위 있는 천체력은 프랑스력·영국력·독일력·미국력이며, 각 연도의 천체력은 2∼3년 전에 출판되는 것이 보통이다.[5]
천체역학[편집]
천체역학(天體力學, celestial mechanics)은 리학의 역학의 원리를 천문학에 응용하여 천체, 주로 태양계 내의 행성·위성·달·혜성 등의 운동을 연구하는 천문학의 한 분야로 I.뉴턴은 역학에 대한 3개의 법칙과 만유인력의 법칙을 발견하였고, 행성운동에 관해서는 J.케플러의 3개의 법칙으로 설명할 수 있어, 역학의 연구로 천체역학이 시작되었다.
I.뉴턴은 역학에 대한 3개의 법칙과 만유인력의 법칙을 발견하였고, 행성운동에 관해서는 J.케플러의 3개의 법칙으로 설명할 수 있어, 역학의 연구로 천체역학이 시작되었다. 2개의 물체 간의 운동을 다루는 문제를 2체문제(二體問題)라고 하는데, 이 문제는 뉴턴에 의해 처음으로 취급되고, L.오일러에 의해서 이론이 완성되었으나, 3개의 물체 간의 운동을 다루는 3체문제는 뉴턴 이래 J.L.라그랑주, J.P.푸앵카레 등에 의해 연구되었고, 금세기 초에 K.F.선드만에 의해 해(解)의 존재는 밝혀졌으나, 아직까지 정확한 해는 구해지지 않았다.
그 이유는 3차원 공간에서 3체문제는 3×6＝18개의 적분상수가 필요한데, 지금까지는 운동량의 보존에서 3개, 질량중심의 적분에서 6개, 에너지의 적분에서 1개, 그리고 교점(node)과 시간의 소거에서 각각 1개씩 모두 합해도 12개의 적분상수값밖에 얻을 수 없어 적분상수의 부족으로 일반적인 엄밀한 해를 얻을 수 없기 때문이다.
3체문제에 있어서 또 하나의 어려운 점은 2개의 물체가 충돌하는 경우인데, 그 때 위치에너지는 GM/r에서 거리 r가 0에 가까워질 때 전체의 값은 무한대가 되어, 이것을 천체역학에서는 특이점이라고 부른다. 이 특이점은 1907년 선드만에 의해 2차원 공간에서 정칙화라는 방법으로 완전히 해결을 보았고 그 후 3차원의 경우에는 최근에 P.쿠스탄헤이모와 E.스티펠에 의한 K-S 변환으로 완전해결을 보았다. 이 K-S 변환으로 인해 컴퓨터를 사용하여 250개의 물체의 운동에 대한 수치해를 얻고 있다.
3체문제는 일반적으로 엄밀한 해는 얻을 수 없지만, 섭동(攝動)의 방법에 따라 급수를 전개시킨다든지 또는 운동방정식을 직접 수치적분을 함으로써 근사적인 해는 구할 수 있다. 천체역학의 한 분야로 궤도결정론(軌道決定論)이 있는데, 이것은 6개의 궤도요소를 알게 되면 천체의 위치를 계산하여 다음에 나타날 천체의 위치를 추산할 수 있고, 이것과 새로운 관측결과와 비교하여 6개의 궤도요소를 개량하게 된다.
지구와 마찬가지로 달이나 행성의 자전운동으로부터 천체의 모양을 연구하는 것도 천체역학의 한 분야이다. 천체를 질점(質點)이 아닌 천체라고 생각하며, 상호간의 조석작용이 궤도에 얼마나 영향을 미치는가에 대한 조석진화(潮汐進化)의 이론은 지구와 달의 두 가지 놀라운 현상인 달의 동주기자전(同週期自轉)과 조석진화에 응용된다. 인공위성이나 달 로켓, 행성간 로켓의 운동을 구명하기 위해서 천체역학의 연장 내지는 응용으로 우주동역학(宇宙動力學)이라는 하나의 학문이 탄생된 것도 천체역학의 업적 중의 하나이다. 근래에는 레이더나 레이저의 발달로 행성의 위치를 몇 cm 이내의 오차까지 정확하게 알게 되었다.[6]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
