지동설 천동설
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태양의 연주운동과 공전 |
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연주시차 / 광행차 / 별빛 스펙트럼의 연주 변화 |
지동설 천동설 |
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별과 해와 달은 동에서 떠서 서로 집니다. |
지구가 1년에 한바퀴 태양 주위로 돈다는 것은 다알죠. (지동설)
그러나, 옛날에는 태양이 지구주위로 돈다고 생각했어요. (천동설)
이 생각에 반대하는 사람들은 몽땅 불에 태워 죽이거나 무서운 고문을 하였죠.
바로 중세 암흑시대(진짜로 깜깜한 시절이었어요.)에 그랬죠.
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그러다가 많은 용감한 과학자들에 의해 천동설은 깨지고 지동설이 힘을 갖기 시작했죠.
지동설이 옳음을 알려주는 여러가지 증거 중 지구의 공전에 관한 증거는 다음과 같습니다.
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눈을 깜빡거리면 연필끝이 좌우로 왔다 갔다 합니다. |
그림에서 보듯이 먼 천체 사이로 별이 6개월을 주기로 왔다 갔다하는 것처럼 보이는
현상이 발견되었어요.
별이 스스로 6개월만에 그 먼 거리를 절대로 갈 수 없습니다. 갈려면 빛의 속도보다
빨라야 하는데 그것은 있을 수 없는 일이죠. 왜냐면, 빛보다 빠른 것은 아무도 없기 때문이예요.
그러면 이 현상을 어떻게 설명할까 하고 궁리했는데 지구가 태양주위를 공전한다고
생각하면 깔끔하게 해결이 됩니다. 아래 그림을 보면 이해가 되죠.
별은 그 자리에 가만히 있는데 지구가 한번은 여기서, 또 한번은 저기서 보면 마치 별이
움직인 것처럼 보이니깐요. 이 사이 각도를 연주시차라고 합니다.
연주시차가 작을수록 멀리 있는 별입니다. 거리에 반비례하는 것을 잘 기억해두세요.
이 연주시차는 수능에도 한 번 나온 적이 있는 중요한 곳입니다.
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뛰면 뛸수록 비가 더욱 비스듬히 쏟아집니다. |
별을 관찰하려면 별 쪽으로 정확히 망원경을 맞추면 되잖아요. 아, 그런데, 아무리
정확히 맞추어도 안되요. 약간 앞으로 숙여 주어야 그 별이 정확히 보이는 거여요.
물론 그 각도는 아주 작습니다.
이렇게 앞으로 약간 숙여준 각도를 광행차라고 합니다. 왜 이런 현상이 나타났는가
하면 바로 지구의 공전 때문입니다. 지상에서도 비슷한 현상이 있습니다.
비오는 날 달리는 차안에서 차창 밖을 내다보면 빗줄기가 비스듬히 떨어지는 현상이죠.
또한, 우산 쓰고 서있을 때는 모르지만 우산 쓰고 앞으로 달려가면 우산을 약간 앞으로
숙이잖아요. 빠르게 뛸수록 비가 더 비스듬해지므로 우산을 더 많이 숙여야 하지요.
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광행차 현상도 쏟아지는 빛 속을 지구가 뛰었기(공전) 때문이라고 생각하면 깔끔하게
설명이 됩니다. 빨리 뛸수록 우산을 많이 숙이듯이 공전속도가 빠른 겨울에 광행차가
가장 크게 관측되고 있습니다. 지구는 여름보다(우리나라의 계절 기준) 겨울에
공전 속도가 더욱 크다는 것을 잘 기억해두세요. 지구가 태양주위로 돌 때 타원궤도로
돌고 있으며 태양은 타원궤도의 촛점에 위치합니다. 따라서 한번은 태양에 가장 가까이
갔다가, 6개월 후에는 태양에서 가장 멀리 떨어지지요.
유식한 말로 태양에 가장 가까울 때를 근일점, 가장 멀 때를 원일점이라고 하는 데
근일점 위치에 있을 때가 겨울, 가장 멀리 있을 때가 여름입니다.
겨울에는 지구가 태양에 가장 가까우므로 위치에너지가 최소가 됩니다.
반대로 태양에서 가장 먼 여름일 때 위치에너지는 최대가 됩니다.
여름에서 겨울로 갈수록 태양에 가까워지므로 위치에너지가 감소하게 되고
감소한 위치에너지는 운동에너지로 바뀌므로 겨울이 되면 운동에너지가 증가하여
지구의 공전속도가 커집니다. 지구가 태양주위를 일정한 속력으로 도는 것이 아니고
여름에는 느리다가 겨울에는 빨라집니다.
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다가오는 별빛은 청색편으로, 멀어지면 적색편으로 이동합니다. |
무지개 색은 빨,주,노,초,파,남,보입니다. 빨강 쪽이 에너지가 낮아(빨간색의 별이
저온의 별) 파장이 깁니다. 파랑(청)색 쪽이 에너지가 높아 파장이 짧습니다.
(청색 별이 가장 뜨거운 고온의 별임)
별빛이 파동치며 지구로 오는데 별빛의 파동을 스프링처럼 생각합시다.
다가오면 별빛의 파동이 오그라들므로 파장이 짧아져 별빛이 청색(파장이 짧다)편으로
이동하므로 "청색편이"라는 말을 씁니다. 별빛의 청색편이가 일어나면 그 별은 지구로
가까이 오고 있다는 뜻이죠. 사실은 지구가 그 별 쪽으로 다가가고 있는 것이지만...
반대로 별이 멀어지면 별빛의 파장이 길어지므로 "적색 편이"가 일어납니다.
잘 기억하세요.
청색편이 : 파장이 짧아짐 , 접근 , (-)
적색편이 : 파장이 길어짐 , 후퇴 , (+)
예를 들어, (가)별의 시선속도가 - 20 km/s 이라 함은 (가)별이 20 km/s 의 속도로
지구로 다가옴을 의미합니다. 아래 그림을 보면 별 S 가 6개월을 주기로 청색편이와
적색편이가 교대로 일어나는 것은 지구가 태양 주위를 공전하므로 6개월 동안은
별쪽으로 다가가고 6개월동안은 별에서 멀어지기 때문입니다.
지구는 가만히 있고 별이 왔다가 멀어지고 하는 것을 되풀이 한다는 것은 상당히
무리가 많아요. 밤 하늘의 수 억개의 별들이 일제히 지구로 향하여 왔다가 6개월후
다시 멀어진다는 것은 좀 이상하잖아요.
지구가 태양 주위로 공전하면 모든 것이 깨끗하게 해결됩니다. 따라서, 6개월을 주기로
별빛 스펙트럼이 적색,청색편이로 교대로 바뀌는 것은 지구 공전의 확실한 증거입니다.
