#36. 케플러의 행성운동 3법칙

1. 케플러의 스승 티코 브라헤

  케플러의 스승은 티코 브라헤(Tycho Brahe)입니다. 티코 브라헤는 케플러보다 30세 이상 나이가 많았으며, 그 전에 천문학 분야에서 성과를 거둔 유명한 천문학자였습니다.

케플러의 스승 튀코 브라헤        (Tycho Brahe   1546 ~ 1601)

    그러나 티코 브라헤는 케플러에게 천문학적 연구를 진행하는 방법과 데이터를 수집하는 방법을 가르치면서 두 사람 사이에 갈등이 생겼습니다. 티코 브라헤는 천문학적 데이터를 자신의 방식대로 정리하고 분석했는데, 이 방식은 케플러에게는 너무 복잡하고 불필요한 과정이었습니다.

그러나 티코 브라헤가 죽은 후, 그의 천문학적 데이터를 새롭게 분석한 케플러는 브라헤의 자료가 지금날의 천문학 연구에서 중요한 역할을 할 수 있음을 깨달았습니다. 결국 케플러는 자신이 스승으로부터 배운 것을 토대로 브라헤의 데이터를 활용하여 행성 운동 법칙을 발견하게 되었습니다.

이러한 경험을 통해 케플러는 지식과 경험이 있는 선배들로부터 배울 것은 언제나 있으며, 스승으로부터 배운 것을 소중하게 생각해야 한다는 교훈을 얻게 되었습니다.

케플러 행성운동 1법칙

2. 케플러 제 1법칙

   케플러의 1법칙은 태양계 행성들이 태양 주변을 돌아가는 운동을 할 때, 각 행성의 궤도가 태양을 중심으로 한 타원형 궤도를 따른다는 법칙입니다.

이 법칙에서 타원의 한쪽 끝을 원으로 가정하고, 그 원의 중심에 태양이 위치하게 됩니다. 이때 태양과 행성 사이의 거리가 가장 가까운 지점을 궤도의 근일점(perihelion), 가장 먼 지점을 궤도의 원일점(aphelion)이라고 합니다.

이 법칙은 이전의 천문학자들이 주장한 지구 중심의 우주 모델에서 벗어나 태양을 중심으로 하는 모델을 제시하였으며, 태양을 중심으로 하는 모델이 실제로 우리 태양계에서 일어나는 현상을 더 잘 설명할 수 있음을 보여주었습니다. 이 법칙은 또한 태양계의 다른 천체들, 예를 들어 혜성이나 위성 등의 운동에도 적용됩니다.

케플러 행성운동 2법칙

3. 케플러 제 2법칙

   케플러의 2법칙은 행성이 태양 주변을 돌아가는 운동에서 태양과 행성 사이의 거리와 행성의 속도가 변화함에 따라, 행성의 일정한 면적 비율이 일정하게 유지된다는 법칙입니다.

이를 조금 더 자세히 설명하자면, 태양에서 일정한 거리만큼 떨어진 위치에서 행성은 일정한 속도로 움직입니다. 이때 행성은 태양을 중심으로 한 원궤도 상에서 운동하며, 이 원궤도는 타원으로 치환될 수 있습니다.

행성이 태양에서 멀어질수록 행성은 느려지고, 태양에 가까워질수록 빨라집니다. 하지만 행성이 이동하는 거리가 멀어질수록 그 속도의 변화는 더 크게 일어납니다. 따라서 이러한 속도와 거리의 변화를 고려하여 행성의 궤도에서 한 시간 동안 이동하는 면적이 일정하게 유지된다는 것을 발견한 것이 케플러의 2법칙입니다.

이 법칙은 태양계의 다른 천체들의 운동에서도 적용됩니다. 이 법칙은 태양과 다른 천체 사이의 거리와 속도 변화가 어떤 원리로 일어나는지 이해하는 데에 중요한 역할을 합니다.

 

 4. 케플러 제 3법칙

   케플러의 3법칙은 행성이 태양 주변을 돌아가는 운동에서, 행성의 공전 주기와 태양과의 평균 거리의 세제곱이 상수라는 법칙입니다.

수식으로 나타내면 다음과 같습니다:

(공전 주기)^2 = (평균 거리)^3 / 상수

이 법칙은 모든 태양계 천체들의 공전 운동에 대해서도 적용됩니다. 예를 들어, 지구는 태양과의 평균 거리가 약 150백만 킬로미터이고, 공전 주기는 약 365일입니다. 이를 케플러의 3법칙에 대입하면, 상수를 구할 수 있습니다. 이 상수는 모든 태양계 천체의 공전 운동에 대해 동일합니다.

이 법칙은 태양계 내의 행성과 위성 등의 운동을 이해하는 데에 매우 중요한 법칙 중 하나입니다. 이를 통해 태양계 천체들의 공전 주기와 평균 거리 사이의 관계를 알 수 있으며, 이를 이용해 태양계 내의 천체들의 운동을 예측할 수 있습니다.