행성이 항성을 공전 할 때 일정한 궤도를 유지 할 수 있는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요
태양계에 있는 행성들은 일정한 궤도를 가지고 태양의 주위를 공전 하는데요 이렇게 행성들이 항성의 주위를 일정한 궤도를 가지고 공전을 할 수 있는 이유가 무엇인가요?
1개의 답변이 있어요!안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
행성이 항성을 일정한 궤도를 따라 공전할 수 있는 이유는 중력과 관성의 상호작용 덕분입니다. 행성들이 공전 궤도를 유지하는 과정을 물리적으로 이해하기 위해서는 뉴턴의 만유인력 법칙과 운동의 제1법칙을 살펴볼 필요가 있습니다. 행성이 항성 주위를 공전할 수 있는 핵심 원동력은 항성과 행성 간의 중력입니다. 태양 같은 항성은 매우 거대한 질량을 가지고 있어서 그 주변에 있는 모든 물체를 중력으로 끌어당깁니다. 마찬가지로 행성 역시 질량을 가지고 있기 때문에 항성에 끌려가게 됩니다. 행성은 항성의 중력에 끌려가는 동시에, 원래 운동 방향으로 계속 움직이려는 관성을 가지고 있습니다. 관성은 물체가 외부 힘이 없을 경우 계속해서 직선으로 이동하려는 성질을 말합니다. 즉, 행성은 가만히 있지 않고 처음부터 어떤 방향으로든 움직이고 있기 때문에, 이 운동을 계속 유지하려고 합니다. 행성이 공전 궤도를 유지하는 것은 중력과 관성이 균형을 이루기 때문입니다. 중력은 행성을 항성 쪽으로 끌어당기고, 관성은 행성을 직선 방향으로 나아가게 하려 합니다. 이 두 힘이 균형을 이루면서, 행성은 직선으로 나아가지 않고, 항성 주변을 곡선 궤도로 공전하게 됩니다. 중력만 작용한다면 행성은 항성에 충돌할 것이고, 관성만 작용한다면 행성은 직선으로 항성에서 멀어져 나갈 것입니다. 그러나 두 힘이 조화를 이루면서, 행성은 일정한 궤도를 유지하게 됩니다. 이 궤도는 원형 또는 타원형일 수 있으며, 타원 궤도의 경우에는 케플러의 행성 운동 법칙에 의해 설명됩니다. 요하네스 케플러는 행성의 궤도가 정확히 원이 아니라 타원을 그린다는 것을 밝혔습니다. 케플러의 제1법칙에 따르면, 행성의 궤도는 타원이 되며, 항성은 타원의 두 초점 중 하나에 위치합니다. 이 타원 궤도는 중력과 관성이 균형을 이루는 방식에 의해 결정됩니다. 행성은 항성에 가까워질 때 더 빠르게 움직이고, 멀어질 때 더 천천히 움직이며, 이러한 속도 변화가 궤도를 안정적으로 유지하게 합니다. 또한 행성이 궤도를 유지하는 데는 각운동량 보존 법칙도 중요한 역할을 합니다. 각운동량은 회전 운동을 하는 물체가 외부 힘이 가해지지 않는 한 그 상태를 유지하려는 성질입니다. 행성이 항성 주위를 공전할 때 각운동량이 보존되기 때문에, 행성이 태양에 가까워지면 더 빨리, 멀어지면 더 천천히 움직이면서 일정한 궤도를 유지하게 됩니다.
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