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궤도면
궤도면(軌道面, orbital plane)은 천체의 궤도를 포함하는 평면을 말한다.
개요
궤도면은 어떠한 물체를 공전하는 물체의 공전궤도가 포함되는 기하학적 평면으로, 천체물리학에서 주로 사용된다. 공간에서 세 개의 비공감선 점은 궤도 평면을 결정하는데 충분하며 일반적인 예는 궤도의 서로 다른 두 지점/점에서 궤도를 도는 천체(주체)와 천체의 중심 위치다. 궤도 평면은 기준 평면과 관련하여 두 개의 매개변수, 즉 기울기(i)와 오름차순 노드의 경도(Ω)로 정의된다. 정의에 따르면, 태양계의 기준 평면은 일반적으로 태양 이 1년 동안 따라가는 것으로 보이는 천구의 원형 경로인 황도를 정의하는 지구의 궤도 평면으로 간주된다. 다른 경우, 예를 들어 다른 행성을 도는 달이나 인공위성의 경우 달의 궤도 기울기를 궤도면과 행성의 적도면 사이의 각도로 정의하는 것이 편리하다.
궤도면은 두 가지 궤도 요소, 궤도 경사(i)와 승교점 경도(Ω)로 표현될 수 있다. 궤도면을 결정하기 위해서는 직선상에 있지 않은 세 점만 있으면 되며, 이는 평면의 결정조건과 같다. 정의에 따라 태양계의 기준면(기준이 되는 궤도면)은 지구의 궤도면으로, 이 정의에 따라 황도가 결정된다. 다른 예시로, 행성을 도는 위성이나 인공위성의 경우에는 중심 행성의 궤도면을 기준면으로 사용하며 위성의 궤도 경사는 이 궤도면과 행성의 적도면이 이루는 각도로 정의된다.
발사체와 인공위성의 경우 궤도면은 궤도를 정의하는 매개변수이다. 일반적으로 물체의 궤도면을 변경하려면 매우 많은 양의 추진제가 필요하다. 궤도 주기, 궤도의 이심률 및 궤도 위상과 같은 다른 매개변수는 추진 시스템에 의해 더 쉽게 변경된다. 위성의 궤도면은 지구 중력의 구형이 아닌 특성에 의해 교란된다. 이로 인해 위성 궤도의 궤도면이 지구 적도와 이루는 각도에 따라 지구 주위를 천천히 회전한다. 임계각에 있는 평면의 경우 이는 평면이 지구 주위의 태양을 추적하여 태양 동기 궤도를 형성함을 의미할 수 있다.[1][2]
인공위성
인공위성과 우주 발사체는 궤도 계산 시 궤도면을 사용하며, 일반적으로 공전 주기나 궤도 이심률은 간단히 바꿀 수 있는 데 반해 궤도면을 바꾸기 위해서는 델타 V가 많이 필요하다.지구가 둥글지 않아 지역마다 중력에 차이가 생기기 때문에 인공위성의 궤도면은 미세하게 섭동되며, 결과적으로 궤도면이 지구 주위를 서서히 돌게 된다. 특정 각도(임계각)에 있는 궤도면은 태양을 따라가게 되며, 이를 태양 동기 궤도라고 부른다. 우주 발사체를 우주 정거장 등 특정 목표물을 향해 보낼 때는 발사체를 목표의 궤도면이 발사장을 통과할 때 발사한다.[2]
궤도
궤도(軌道, orbit)는 중력과 같은 구심력에 의해 타원운동을 하는 물체의 운동 경로를 의미한다. 태양계 내 지구와 같은 행성들의 운동 경로, 지구 주위의 인공위성의 운동 경로 등이 이에 해당한다. 궤도 운동은 어떠한 물체가 중력 또는 전자기력 등에 의해 움직임을 구속 받아 다른 물체 주위를 도는 현상을 의미한다. 이 때, 물체가 움직이는 길을 궤도라고 한다. 물리학에서 궤도 운동이란 한 물체가 한 점이나 다른 물체 주위를 자연스럽게 곡선으로 도는 현상을 말한다. 예를 들면 별 주위의 행성의 중력 궤도 운동을 말한다. 역사적으로 행성의 겉보기 운동은 처음으로 여러 원운동을 합친 주전원 형식으로 이해했었다. 이는 아주 잘맞는 행성의 궤도 예언이었다. 케플러 시대에 비로소 행성의 궤도는 실질적으로 타원 운동이라는 것을 밝혀냈다. 아이작 뉴턴은 이것을 역제곱 법칙을 통해 해결하였고 동시적으로 거기에 해당하는 힘은 중력이라 불리며 널리 퍼졌다. 아인슈타인은 후에 일반 상대성이론을 이용해 중력이 시공간을 휘게 만들고, 궤도는 그 위에 놓여 있다고 설명했다. 이는 현재 가장 정확하다고 여겨지는 이론이다.
행성궤도
행성계의 행성, 왜행성, 소행성, 혜성 그리고 우주 잔해는 타원궤도 안에서 중심 별들의 궤도를 돈다. 특정 중심별에 대하여 포물선 혹은 쌍곡선 궤도안의 혜성은 그 별에 중력으로 묶여있지 않으므로 별의 행성계 일부분으로 고려되지 않는다. 지금까지 혜성은 독특한 쌍곡선 궤도로 우리 태양계에서 발견되어오지 않았다. 행성계 안에서 중력으로 하나의 행성에 묶여있는 물체는 위성이든 인공위성이든 그 행성에 대한 궤도를 따른다. 상호간의 중력 변화 때문에 우리 태양계안에 있는 행성의 이심궤도는 시간에 따라 변화한다. 태양계에서 가장 작은 행성인 수성은 가장 큰 이심궤도를 가진다. 현재 화성은 수성 다음으로 큰 이심률을 가지는 반면 금성과 해왕성의 궤도는 가장 작은 이심률을 가진다. 두 물체가 서로의 궤도를 돌 때 근점은 두 물체가 서로 서로 가까이 있을 때의 점이고 궤도 최원점은 서로로부터 가장 멀리 떨어져 있을 때의 점이다.(더 특정한 용어는 특정 물체에 사용된다. 예를 들어 근지점과 원지점은 각각 지구 궤도의 가장 낮은 부분과 가장 높은 부분이다.) 타원 궤도 안에서 궤도를 선회하는 궤도 계에 있는 물체 중심은 두 물체의 하나의 초점에 놓일 것이고 다른 초점에는 아무것도 존재하지 않을 것이다. 행성이 근점에 접근할 때 행성은 속도를 높일 것이다. 행성이 원지점에 접근하면 행성은 속도를 낮출 것이다. 
궤도에 대해 자세히 보기
궤도 경사
궤도 경사(軌道 傾斜, Orbital inclination)는 궤도의 모양과 방향을 설명하는 여섯 개의 궤도 요소중 하나로, 궤도가 중심 천체에 대하여 기울어진 정도를 말하며, 기준면과 궤도면 사이의 각도, 또는 기준면과 자전축 사이의 각도로 정의된다. 궤도 경사는 일반적으로 도 단위로 표시된다. 지구의 적도 바로 위를 돌고 있는 인공위성들은 인공위성의 궤도면과 지구의 적도면이 동일하고, 따라서 궤도 경사는 0°이다. 일반적으로 인공위성의 궤도는 기울어져 있는데, 이 경우에는 궤도의 절반은 북반구를, 절반은 남반구를 지나가게 된다. 만약 어떠한 위성이 북위 20°에서 남위 20°를 왕복한다면, 이 위성의 궤도 경사는 20°가 된다.
행성 주위를 도는 위성의 경우, 기준면은 일반적으로 행성의 적도가 된다. 태양계 행성들의 경우, 기준면은 일반적으로 황도가 되는데, 이는 지구가 태양 주위를 공전하는 궤도면을 나타낸다. 이 기준면은 "지구의 관측자들"에게 가장 널리 쓰이며, 정의에 따르면 지구의 궤도 경사는 0이다. 궤도 경사는 태양의 적도나 불변면(태양계의 각운동량을 대표하는 면)과의 각도로도 측정될 수 있다.
- 행성 : 대부분의 태양계 행성들은 서로에 대해서나 태양의 적도에 대해서나 궤도 경사가 작은 편이다.
- 왜행성 : 왜행성의 궤도 경사는 일정하지 않으며, 천체에 따라 편차가 큰 편이다. 궤도 경사가 가장 작은 명왕성과 가장 큰 에리스의 궤도 경사는 각각 17°, 44°이다.[3]
자연위성 및 인공위성
자연위성과 인공위성의 궤도 경사는 위성이 공전하고 있는 행성의 적도면과의 각도로 정의되며, 행성의 적도면과 자전축 사이의 각도가 직각이라는 것을 이용하여 구할 수도 있다.
궤도 경사 30°는 150°로도 정의될 수 있으며, 90°가 넘지 않는 각도는 순행 운동, 90°를 넘는 각도는 역행 운동을 가리킨다.
- 궤도 경사 0°는 위성이 행성의 적도면과 일치하는 궤도에서 순행 방향으로 돌고 있음을 말한다.
- 0°~90° 또한 순행 궤도를 나타낸다.
- 90°는 정확한 극궤도를 나타내는데, 이 때 위성은 행성의 남극과 북극을 오가게 된다.
- 90°~180°는 역행 궤도를 나타낸다.
- 180°는 위성이 행성의 적도면과 일치하는 궤도에서 역행 방향으로 돌고 있음을 말한다.
항성과 가까운 지구형 행성들의 위성들 중 충돌로 형성되어 행성과 멀리 떨어진 위성들의 경우, 항성의 기조력에 의하여 행성이 항성을 도는 궤도면과 위성이 행성을 도는 궤도면은 서로 정렬된다. 하지만 행성과 위성 사이의 거리가 멀지 않을 경우, 궤도가 기울어져 있을 수 있다. 목성형 행성들의 경우, 위성들은 행성 근처의 가스·먼지 원반에서 행성과 같이 형성되었기 때문에 행성의 적도면과 궤도면이 정렬되게 된다.[3]
외계 행성 및 다중성
외계 행성이나 다중성의 궤도 경사는 지구에서 바라보는 방향에 대해 수직한 평면과의 각도로 정의된다.
- 궤도 경사 0°는 정면으로 바라보는 궤도로, 하늘을 올려다보았을 때 하늘이 펼쳐진 방향과 궤도면이 서로 평행하다는 것을 가리킨다. 즉, 바로 위에서 내려다보는 위치이다.
- 90°는 가장자리 궤도로, 하늘을 올려다보았을 때 하늘이 펼쳐진 방향과 궤도면이 서로 수직하다는 것을 가리킨다. 즉, 정확한 측면에서 바라보는 위치이다.
도플러 분광학을 통한 외계 행성 찾기에서는 궤도 경사가 90°에 가까울 경우 더 쉽게 행성을 찾을 수 있기 때문에, 대부분의 외계 행성들의 궤도 경사는 45°~135°이며, 일반적인 궤도 경사의 값이 무엇인지는 아직 알려져 있지 않다. 만약 궤도가 거의 정면이라면, (특히 도플러 방법으로 찾아낸 슈퍼목성의 경우에) 찾아낸 천체들은 사실 갈색 왜성이나 적색 왜성일 가능성이 높다. 예시는 HD 33636 B인데, 밝혀진 질량이 142 MJ이어서 M6V 항성에 해당하였다.[3]
동영상
각주
참고자료
같이 보기
