행성의 공전궤도가 원형이 아니라 타원형인 이유는 무엇인가요?

Question

별 주위를 도는 행성은 정확한 원형이 아니라 타원형으로 별 주위를 공전한다고 합니다. 시간이 흐를 수록 공전궤도가 원형에 가까워질 것 같은데 타원형으로 도는 이유는 무엇인가요?

박조훈 전문가 · Accepted Answer

안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.행성의 공전궤도가 타원형인 것은 중력상호작용과 운동에너지의 변화로 설명하게 되었꼬 독일의 천문학자 요하네스 케플러는 1609년에 행성들이 타원 궤도로 공전한다고 발표했습니다. 이 법칙에 따르면, 모든 행성은 하나의 초점에 별(태양)이 위치한 타원 궤도를 그리며 공전합니다. 타원 궤도는 완전한 원형이 아니며, 두 초점을 가진 곡선입니다. 이로 인해 행성은 태양에 가까울 때(근일점) 더 빠르게 움직이고, 멀어질 때(원일점) 더 느리게 움직입니다. 행성의 궤도는 중력에 의해 결정됩니다. 태양의 중력이 행성을 끌어당기는 힘과, 행성이 가진 속도가 결합되어 공전 궤도가 형성됩니다. 이 힘들은 균형을 이루어 행성이 일정한 경로를 따라 움직이지만, 초기 형성 과정에서 균일하지 않기 때문에 타원 궤도가 됩니다. 궤도가 타원형인 이유는 행성이 태양과 가까워질 때 중력에 의해 더 강한 속도로 움직이고, 멀어질 때는 약한 중력 때문에 느리게 이동하는 데서 발생합니다. 이것이 정확한 원형 궤도가 아닌 타원형 궤도를 만드는 중요한 이유입니다. 행성계는 수십억 년 전 원시 성운에서 기체와 먼지가 모여 형성되었습니다. 이 성운 내에서 물질들이 서로 충돌하고 결합하면서, 행성들이 형성되었는데, 이 과정에서 물질들이 무작위적인 운동량을 가지게 되었습니다. 이러한 초기 운동량이 타원형 궤도를 형성하는 데 중요한 역할을 했습니다. 태양계의 다른 천체들, 예를 들어 목성이나 토성 같은 거대한 행성들이 미치는 중력 영향 또한 각 행성의 궤도에 영향을 줍니다. 이로 인해 궤도가 미세하게 왜곡되거나 수정되면서 완전한 원형이 아니라 타원형을 유지하게 됩니다. 시간이 지나면서 궤도가 점점 더 원형에 가까워질 수 있다는 가설이 있지만, 실제로는 조석력과 행성 간 중력 상호작용 등 여러 요인으로 인해 타원형 궤도가 유지됩니다. 완전한 원형 궤도는 천체 간의 중력 균형이 완벽하게 맞아떨어져야 가능한데, 이러한 조건이 천체 역학에서는 흔치 않기 때문에 대부분의 행성들은 타원 궤도를 유지하게 됩니다. 행성들은 서로 중력을 끼치며 미세한 상호작용을 일으킵니다. 특히 거대한 행성들이 태양계 내에서 강한 중력을 발휘하기 때문에, 이 영향으로 궤도가 타원형으로 유지됩니다. 이런 상호작용은 특정 행성의 공전 궤도에 미세한 변화를 일으키지만, 시간이 지나도 원형이 되는 일은 거의 없습니다.

지구과학·천문우주

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행성의 공전궤도가 원형이 아니라 타원형인 이유는 무엇인가요?