행성의 공전 궤도가 타원인 이유가 있을까요?
갑자기 궁금해졌는데 행성의 공전궤도는 모두 타원형이라고 하더라구요. 굳이 타원형으로 공전궤도가 형성되어있는 이유가 있을까요?
3개의 답변이 있어요!안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
초기 우주에 가스와 먼지, 입자들이 운동을 하고 있었을 것이며, 중력에의해 집단을 형성해가며 태양과 같은 별이나 행성이 만들어졌습니다. 이 과정에서 질량을 가진 두 물체에 대해 운동을 하고 있을 경우 원, 타원 궤도 운동이 가능합니다. 물론 쌍곡선 포물선과 같은 운동도 가능합니다. 이렇게 공전 궤도 운동 중 원, 타원, 쌍곡선, 포물선 운동이 가능한 이유는 각운동량과 중력퍼텐셜 에너지 때문입니다. 각운동량은 공전 운동을 시작할 초기에 갖는 회전 운동량으로 두 천체가 영향력을 받게 될때의 운동량에 의해 결정됩니다. 이를 역학적으로도 정확하게 풀어낼 수 있는데, 각운동량에 의한 effective한 퍼텐셜 에너지와 중력퍼텐셜 에너지 그리고 운동에너지를 통해 에너지 상태에 따라 원, 타원, 쌍곡선, 포물선 운동이 가능합니다. 물론 원운동의 경우 가장 특별한 경우로 희박한 확률로 가능합니다.
안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.
원 내부에서 중심이 아닌 한 점을 잡고 원둘레에서 그중심으로
선을 무수히 많이 긋게 되면 타원의 궤도가 생기게되는데
이것이 케플러법칙입니다
이러한 이유 등으로 타원형 궤도가 형성되었을 것으로 보고 있습니다
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
행성의 공전 궤도가 좀더 길쭉한 형태로 변해서, 전문 용어로 말하면 이심률(離心率, eccentricity)이 큰 타원으로 변할 때 생각할 만한 변화는 일단 두 가지가 있습니다.
(1) 타원의 정의에 관해서는 이미 알고 있다고, 또는 찾아보면 쉽게 나온다고 생각하고 생략합니다. 타원에는 대칭을 이루는 두 축이 있는데 이 중 긴 쪽, 즉 장축 위에는 타원의 초점 2개가 자리잡습니다. 행성이나 소행성, 혜성이 태양 주위를 타원 궤도로 돌 때는 이 초점 2개 중 한 곳에 큰 천체가 자리잡는 모양이 됩니다.타원 궤도가 더 길쭉한 모양으로 변할 때 초점의 위치는 중심에서 더 멀리 떨어진 지점이 되고, 근일점(태양에서 가장 가까운 지점, 위 그림에서는 맨 오른쪽)과 원일점(태양에서 가장 먼 지점, 위 그림에서는 맨 왼쪽)에서 행성과 태양 사이의 거리도 변하므로 기후도 변합니다.
(2) 행성의 궤도 모양이 변하면 자연히 주변의 작은 천체, 즉 소행성이나 행성이 도는 궤도와 겹치는 범위가 변하므로 이들과 충돌할 확률도 변하게 되어 있습니다. 만약 궤도 반지름은 그대로면서 모양만 변한다면 위 그림으로 치면 아래위 폭만 좁아지는 꼴이 되겠고, 반대로 궤도 반지름이 늘어나면 다른 천체의 궤도와 겹치는 범위도 늘어납니다.
