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1.천체의 관측

4단원 다가오는 우주
by

kim kikwen

on 2 June 2014

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Transcript of 1.천체의 관측

행성의 회합 주기 :

-태양에 대한 행성의 상대적 위치가 반복되는 주기
즉, 행성의 위상이 반복되는 주기
내행성 : 내합~다음 내합, 외합~다음 외합
외행성 : 충~ 다음 충, 합 ~다음 합

지동설
특징 : 우주의 중심은 태양/지구는 공전/자전
일주 운동원인 :지구의 자전(W --> E)
연주 운동원인 : 지구의 공전(W --> E)
순행과 역행 : 지구와 행성의 공전속도 차이
내행성의 최대이각과 관측시간 제한
- 내행성의 공전궤도가 지구 안쪽에 있기 때문에 태양에서 일정한 각도 이상 벗어날 수 없음.
달의 위상변화 : 설명 가능
내행성의 위상변화 :모든 형태의 위상이 나타남
연주시차: 설명 가능
천동설
특징 : 우주의 중심은 지구/지구는 공전/자전안함
일주 운동원인 : 모든 천체는 시계방향으로 1회전/1일
연주 원동원인 : 태양이

시계방향으로 359도/1년
별자리는 시계방향으로 360도/1년
순행과 역행 : 주전원을 도입하여 설명
내행성의 최대이각과 관측시간 제한
- 수성, 금성,태양은 같은 각속도로 궤도운동하기 때문에
태양에서 일정한 이상 벗어날수 없고, 주전원 크기로 최대이각을 설명함
달의 위상변화 : 설명 가능
내행성의 위상변화 : 반달 이상의 위상이 나타날수 없음
연주시차: 설명 불가능
(1) 광구 : 관측자가 보는 태양의 표면, 약 5800K
관측방법 : 광학망원경을 활용한 육안관측
광구에서 관측되는 것
① 쌀알무늬 :
- 직경 1000km,광구 밑 대류층에서 일어나는

열대류현상
때문에 발생 , 수명 약 9분
- 밝은 부분: 대류상승(고온), 어두운 부분: 대류 하강(저온)
3. 지구의 공전과 태양의 연주운동


(1)
태양의 연주운동
: 지구의 공전에 의해 태양이 천구 상을 일 년에 걸쳐 한 바퀴 회전하는 운동
- 방향: 서---> 동
- 속력: 약1도/일

(2)
황도
: 천구 상에서 태양이 지나는 길
-->
지구의 공전궤도면
과 일치하고, 천구의 적도와
약 23.5도 기울어져 있다.
(3)
황도 12궁
: 황도에 있는 12개의 별자리
1.천체 관측
1.천체의 겉보기 운동
달의 관측
1.별자리 이동
(1) 별자리이 유래: 밤하늘의 별들이 분포한 모습
--> 신화 속의 인물이나 동물, 사물 등의 이름을 붙임
(2) 현대 천문학에세의 별자리의 의의: 하늘을 일정한 영역으로 나눈 것으로 총 88개의 별자리가 있으며, 모든 천체는 반드시 하나의 별자리에 속해 있음.
(3) 별자리의 이동 : 지구의 자전과 공전에 의해 시간에 따라 별자리가 회전하면서 이동하지만
모양은 바뀌지 않음
(
하루: 동-->서 , 1년: 동-->서
)
2. 지구의 자전과 천체의 일주운동
(1)
천구
: 관측자를 중심으로 한 크기가 무한대인 가상적인 구로 , 천구의 크기는 정할 수 없다. (천체들까지 거리는 매우 얼리 때문에 지구 상의 관측자에게 천체들은 원금감이 느껴지지 않끼 대문)

(2)
천체의 일주운동
: 천체가 지구 자전방향의 반대방향으로 천구 상의 하루에 한 바퀴에 한 회전하는 운동
동-->서로 회전하는 겉보기 운동(예: 태양, 달, 별 모든 천체)

(3)
일주권
: 천체가 천구상에서 일주운동을 하는 경로
- 모든 천체의 일주권은 천구의 적도면과 나란함
- 일주권과 지평선이 이루는 각:
90도 - 관측자의 위도
- 속도: 360도/24시간= 15도/시간
4.천체의 위치와 적도 좌표계
2. 천체의 일주운동
3. 태양의 연주운동

태양이 황도 12궁 어느 별자리에 머물러 있는 동안 태양과 그 별자리는 같은 시각에 떠서 같이 지므로, 지구상의 관측자는 별자리를 관측할 수 없다. 대신천구 상에서 태양과 반대쪽에 있는 별자리는 밤중에 계속 관측할 수 있다.
4.천체의 위치와 적도 좌표계

(1) 지평좌표계 =(방위각, 고도)
- 고도(h):
지평선
에서 천체까지 측정한 각

(남중: 천체가 남쪽 하늘에 위치하여 가장 높이 떴을 때)
- 방위각( A ):
기준점(북점)
에서 시계방향으로 측정한 고도
--> 관측자의 위치와 시간에 따라 좌표값이 변하여 불편함.
1.별자리 이동
춘분점:3월 21일경(춘분)의 태양위치 :
(천구의)남반구-->북반구로 통과하는 점
하지점:6월 21일경(하지)의 태양위치 :
(천구의)북반구에서 적위가 최대인점
추분점:9월 21일경(추분)의 태양위치
: (천구의)북반구-->남반구로 통과하는 점
동지점:12월 21일경(동지)의 태양위치
: (천구의)남반구에서 적위가 최대인점
춘분점(0h, 0도)
하지점(6h, +23.5)
추분점(12h,0도)
동지점(18h, -23.5도)
(2) 적도 좌표계 =(적경, 적위)
- 적경( 알파 ): 춘분점을 지나는 시간권과 천체를 지나는 시간권이 이루는 각(0h~24h 또는 0도~360도)
- 적위( 델타 ) : 천구의 적도에서 시간권을 따라 천체까지 측정한 각도
(천구의 북반구에 있는 별 : +90도~0도, 천구의 남반구에 있는 별: -90~0도)
--> 천체가 일주운동하여 밤하늘에서 위치가 달라지더라도 천체의 적경과
적위가 변하지 않는다. (춘분점과 천구의 적도가 천체와 함께 일주 운동하여 천체까지의 상대적 거리가 변하지 않기 때문)

(3) 절기별 태양의 적도 좌표계
춘분(0h, 0도) 하지(6h, +23.5), 추분(12h,0도), 동지(18h, -23.5도)

(5) 천체가 떠 있는 시간:
적위가 클수록 떠 있는 시간이 길어짐
(4) 천체의 남중 시각
:
태양과의 적경 차이에 따라 달라짐

예1: 천체의 적경이 태양보다 3시간 큰 경우
-->천체는 태양이 (12시에 ) 남중하고 3시간 후에 남중함
예2: 천체의 적경이 태양보다 3시간 작은 경우
-->천체는 태양이 남중하는 12시 보다 3시간 전에 남중

적위가 0도인 천체
: 일주권= 천구의 적도
--> 일주권이 지평선에 의해 반으로 나누어진다.
--> 12시간 동안 지평선위에 떠 있음

(+)적위인 천체
지평선
위에
떠 있는 시간 > 지평선
아래
머무르는 시간
(-)적위인 천체
지평선
위에
떠 있는 시간 < 지평선
아래
머무르는 시간
** 지동설의 증거
① 갈릴레이의 관측

- 달과 태양의 관측
- 목성의 위성의 관측
- 금성의 위상 변화 관측
② 별의 연주 시차

-

지구 공전의 증거이자
- 지동설의 결정적인 증거
'모든 천체가 지구를 중심으로 돈다.'는 지구 중심설에 반박
6.내행성의 관측
2.행성의 공전 주기
1. 케플러 법칙
1.제1법칙(타원궤도의 법칙):
-모든 천체의 공전궤도는 태양을 하나의 초점으로 하는 타원궤도.
2.제2법칙(면적속도 일정의 법칙):
태양과 천체(행성)를 연결한 직선은 같은 시간 동안 같은 면적을
휩쓸고 지나간다.
3.제3법칙(조화의 법칙):
행성의 공전주기의 제곱이 공전궤도 긴반지름의 세제곱에 비례한다.
**.케플러 법칙의 응용: 우주 탐사선의 궤도를 결정하는데 이용함
http://image.scienceall.com/lab/new_javalab/2004/keplers_1_2_law//keplers_1_2_law.html
근일점
원일점
3.태양관측
3.태양 대기의 특징
**태양 대기의 구성 성분: 수소(74%)와 헬륨(24%)이 거의 대부분을 차지함
(1) 스피큘: 광구면으로부터 톱니 모양으로 삐죽삐죽 튀어나오는 고온의 기체
(2) 플라쥬: 흑점 상공의 채층 일부가 밝아지는 현상, 플레어가 발생하는 지역
(3) 채층: 광구의 바로 바깥에 있는 태양의 대기층
(4) 코로나: 태양의 가장 바깥쪽 대기층으로 온도가 수백만K임
(5) 방출현상
빛방출
- 플레어(: 흑점 주변에서 짧은 시간 동안 막대한 에너지가 폭발적으로 방출되는 현상
물질 방출
- 홍염: 광구면 상공에서 채층물질이 밀도가 희박한 코로나 지역으로 확장하는 현상
-CMEs(Coronal mass ejection,태양풍):플레어 발생시 코로나 영역이 확장하며 하전입자들이 방출되는 현상
- 방출된 하전입자--> 지구 대기권의 전리층 교란(델린저 현상)--> 무선통신 장애
구성물질: 수소, 헬륨
반지름: 약 70만km
질량: 2*10 30승kg
표면 온도: 약 5800k
중심부의 온도: 약 1600만k
핵: 수소 핵융합
복사층: 두께가 38만km, 핵에서 생성된 에너지가 복사의 형태로 바깥쪽으로 전달됨
대류층: 두께가 14만km, 고온의 기체가 상승,냉각된 기체가 하강하면서 에너지를 광구로 전달함.
쌀알무늬
흑점
2.태양 표면의 특징
http://sohowww.nascom.nasa.gov/
② 흑점 :
생성원인: 자기장이 강한 곳에서 자기장이 대류에 의한 에너지 전달을
방해하여 주변보다 온도가 낮기 때문
온도: 4000k로 주변보다 온도가 낮아 어둡게 보이는 부분(광구보다 2000K정도 낮다)
크기와 수명: 약 10000km, 수시간~수개월
-햇빛 스펙트럼을 현미경으로 관찰 하던 중 수많은 검은색 선 발견--> 정체는 밝히지 못하였음
- 흡수선: 검은색 선은 태양의 대기에 있는 원소가 특정한 파장의 태양복사에너지를 흡수하기 때문에 발생함
수소
헬륨
우라늄
수은
수소와 헬륨
해당파장의 빛을 흡수하는 물질이 태양의 대기에 풍부하다는 것을 의미함
태양풍: 태양에서 방출되는 입자의 흐름으로 지구상에 오로라 , 무선통신장애(델린져효과)등을 발생시킴
- 채층: 광구의 바로 바깥에 있는 태양의 대기층
- 홍염: 채층으로부터 방출된 고온의 가스가 솟아오르는 현상
플레어: 흑점 주변에서 짧은 시간 동안 막대한 에너지가 폭발적으로 방출되는 현상
- 수소폭탄 100만개의 위력
- 전자기파(X선과 자외선)와 태양풍(양전자와 전자)에 의해 지구 자기장교란
(1) 태양 대기의 구성 성분: 수소(74%)와 헬륨(24%)이 거의 대부분을 차지함
코로나: 태양의 가장 바깥쪽 대기층으로 온도가 수백만K임
1.달의 위상변화
(1) 이유: 지구에서 볼 수 있는 달의 밝은 면이 달이 공전함에 따라 달라지기 때문
(2) 위상변화 과정: 삭--> 상현--> 망--> 하현--> 삭 -->.....
1.달의 위상변화
** 달의 공전주기
항성월(27.3일) : 달의 위치 변화(항성)을 기준, 항성을 기준으로 우주공간 상에서 360도 회전
삭망월(29.5일) : 달의 위상변화를 기준, 주위를 360도 회전[망~망,삭~삭 까지]
***삭망월이 항성월보다 긴 이유
:
달이 공전하는 동안 지구가 같은 방향으로 공전하여 달의 위상이 같아지려면 2.2일이 더 걸리기 때문
http://cont2.edunet4u.net/~ydhan/moondistance.htm

상현

하현
달의 물리량
지름 : 3476km
질량 : 7.35 e 22kg
지구와의 거리 : 384,400 km
(1) 위상변화: 삭--> 상현-->망-->하현-->삭
(2) 위상이 변하는 이유
- 지구에서 볼 수 있는 달의 밝은 면이 달이 공전함에 따라 달라지기 때문
4.달의 남중고도변화
(1) 달이 백도상을 움직이며 달의 적경과 적위가 변함
(2) 같은 위상의 달이더라도 남중 고도와 관측 가능 시간이 달라짐
(3) 달의 적위가 크면 남중 고도가 높고 관측 가능시간도 길어짐
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=kojjum&logNo=90126198213
식 현상 -일식과 월식
개기
월식:
- 달 전체가 지구의

그림자 영역을 통과하는 현상
- 지구 대기의 산란 때문에 약간 어둡고 붉은 색으로 달이 관측됨
부분
월식:
-달의 일부분이 지구의

그림자 영역을 통과하는 현상
반영식
- 달이 지구의 반그림자 영역을 통과하는 현상
- 모든 개기월식과 부분월식 전/후게 나타나며 달의 밝기가 약간 감소
1
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** 달은 태양의 오른쪽(서쪽)에서 왼쪽(동쪽으로) 진행하면서 가린다.
--> 일식이 있는날 :
달이 태양보다 먼저 떠서 나중에 진다
.

지구의 공전궤도면(황도)과 달의 공전궤도면(백도)가 약 5도 기울어져 있기 때문에 (태양,지구,달이 모두 동일 평면상에 놓이는 것은 아님)
삭이나 망일때마다

일식과 월식이 일어나지 않는다.
지구의 그림자가 달의 그림자보다 크기 때문에
일식보다 월식의 발생 빈도가 높다.
1.관측방법(파장별)
다음 그림은 동일한 시각에 다양한 파장 영역에서 태양을 관측한 것이다. 그림의 색깔은 관측한
파장을 구별하기 위해 인위적으로 칠한 것이고, 에너지를 많이 방출하는 영역은 밝게, 적게 방출
하는 영역은 어둡게 나타내었다.
주기: 약 11년을 주기로 증감을 반복(Butterfly Diagram)
11년 주기
이동: 지구에서 볼때 동--> 서로 이동, 적도: 약 25일, 극:약 27~29일
차등자전--> 태양이 유체
스피큘
플레어
2. 달의 관측상 특징
지구자전: (원인)지구가 15도/1H,(서->동),
(현상) 달이 15도/1H 회전(동-->서,시계방향)
특징
달공전 :(원인)달이 13도/1일,(서->동),
(현상) 달이 약0.55도/1H 회전(서-->동,반시계방향)
달의 일주운동 속도는 별이나 태양보다 느린 약 14.4도/1H이다.
A
C
D
E
F
G
그믐
초승
3. 공전과 자전
나) 동주기 자전 [자전주기= 공전주기 = 27.3일]
가) 항성월과 삭망월
1) 식 현상의 시기
2) 일식 : 태양이 달에 의에 가려지는 현상
개기일식 :
- 달에 의해 태양 광구 전체가 가려지는 현상
- 달의 본그림자 영역: 지구의 지표면에서는 매우 좁은 범위에서만 관측 가능
- 태양의 대기활동 관측 가능 : 채층, 코로나,홍염, CMEs 등

금환일식 :
- 개기일식과 같은 현상
- 지구와 달의 거리가 멀어서 달이 태양 전체를 가리지 못함
부분일식 :
- 달에 의해 태양 광구의 일부분이 가려지는 현상
- 달의 반그림자 영역: 지구 지표면의 넓은 지역에서 관측 가능

천체배열: 태양 - 달 -지구[삭]
3) 월식 : 보름달이 지구 그림자에 가려지는 현상
천체배열: 태양 - 지구-달[망]
개기월식
부분월식
반영식
반영식
모든 일식 현상은 태양의 오른쪽 부터
가려지면서 시작된다. --> 일식이 일어나는 날은 달은 태양보다 먼저 뜨고 늦게 진다.
모든 월식 현상은 지구의 본그림자 영역을 달이 통과하며 진행되기 때문에 달의 왼쪽부터 가려지면서 시작된다.
1) 내행성의 위치관계
내합
배열 : 태양-내행성-지구
거리: 지구와 최단거리
외합
배열 : 내행성-태양-지구
거리 : 지구와 최장거리
최대이각
< 태양- 지구-내행성이 최대
관측시간 최대
수성: 18~28도
금성: 45~48도
2) 관측상의 특징

F G H A B C D
3) 내행성의 운동
항성을 기준으로 하는 겉보기 운동, 지구와 내행성의 공전속도 차이에 의해 나타남
7.외행성의 관측
1) 외행성의 위치관계

배열 : 외행성-태양-지구
거리: 지구와 최

거리

배열 : 태양-지구-외행성
거리 : 지구와 최

거리
충 전후에 역행, 관측시간 최대

< 태양- 지구-외행성이 90도
동구: 초저녁에 남중
서구: 새벽에 남중
2) 관측상의 특징

3) 외행성의 운동
항성을 기준으로 하는 겉보기 운동, 지구와 외행성의 공전속도 차이에 의해 나타남
외행성의 이각과 거리변화
외행성의 위상변화
외행성은 태양-외행성-지구 사이의 각도가 90도 보다 작으므로
항상 보름달에 가까운 위상
을 보인다.
<화성의 적경 변화>
<목성의 적경 변화>
<토성의 적경 변화>
<지구에서의 위치에 따른 시간각>
8.우주관의 변천
1.고대의 우주관
1.고대의 우주관
(1) 이집트와 인도의 우주관: 천체의 움직임을 신화나 전설로 설명
(2) 그리스의 우주관: 피타고라스, 아리스토텔레스, 프톨레마이오스로 이어지며 서양 우주관의 중심 사상이 됨
피타고라스 우주관
이집트 우주관
아리스토텔레스 우주관
2.천동설(=지구 중심설),
프톨레마이오스(140년 경)
순행
순행
역행
천동설
지동설
3.수정된 천동설- 절충설
티코 브라헤(1580년)
수정된 천동설
특징 :
천체의 공전 중심은 태양/ 태양은 지구 중심으로 공전
지구는 공전/자전 안함, 모든 천체는 원궤도 운동
일주 운동원인 : 모든 천체는 시계방향으로 1회전/1일
연주 원동원인 : 태양이 반시계방향으로 359도/1년
별자리는 시계방향으로 360도/1년
순행과 역행 : 태양과 행성의 공전속도 차이
내행성의 최대이각과 관측시간 제한
- 내행성의 공전궤도가 지구 안쪽에 있기 때문에 태양에서 일정한 각도 이상 벗어날 수 없음.
달의 위상변화 : 설명 가능
내행성의 위상변화 : 모든 행태의 위상이 나타남.
연주시차: 설명 불가능
4.지동설- 코페르니쿠스(1543년)
천동설
지동설
금성의 위상변화
9. 태양계의 역학
이심율 e =
근일점: 공전속도 가장 빠름(북반구 겨울)
원일점: 공전속도 가장 느림(북반구 여름)
혜성의 경우 이심율이 대단히 크기 때문에 근일점과 원일점의 속도차이가 매우 크다.
행성의 (공전주기)의 제곱 (궤도 장반경)의 세제곱
a: 행성의 궤도장반경[AU]
P :행성의 공전주기(년)
행성의 공전 주기 :

- 태양계는 차등회전을 하기 때문에 태양으로부터 멀어질수록 공전속도가 느려진다.
- 우주공간에서 지구와 행성의 위치가 계속 변화하기 때문에 행성 공전주기를 직접 측정하기 어렵다.
외행성의 회합주기
행성의 회합 주기는

지구에 가까울수록

길어진다.
내행성의 회합 주기는
수성보다 금성이 더 길다.
(수성의 공전속도가 매우 빠르기 때문)
외행성의 회합 주기는
지구에서 멀어질수록 감소하여
1년에 가까워진다
.
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