축 기울기

Axial tilt
"obliquity"는 여기로 리디렉션됩니다.그 책은 오블리퀴티(책)를 참고하세요.
행성의 양극은 오른손 규칙에 의해 정의됩니다: 만약 오른손의 손가락이 회전 방향으로 말려져 있다면 엄지는 양극을 가리킵니다.축 기울기는 양극의 방향과 궤도면에 대한 법선 사이의 각도로 정의됩니다.지구, 천왕성, 금성의 각도는 각각 약 23°, 97°, 177°입니다.

천문학에서 축 경사( axial object, )는 물체의 회전축과 궤도축 사이의 각도로, 궤도면에 수직인 선을 의미합니다.그것은 궤도경사각과는 다릅니다.

기울기가 0도일 때 두 축은 같은 방향을 가리킵니다. 즉, 회전축은 궤도면에 수직입니다.

예를 들어, 지구의 자전축은 북극과 남극을 모두 통과하는 가상의 선인 반면, 지구의 공전축은 지구가 태양 주위를 돌 때 움직이는 가상의 평면에 수직인 선이고, 지구의 경사 또는 축 경사는 두 선 사이의 각도입니다.

공전주기가 지나면서 궤도경사각은 크게 변하지 않고, 축의 방향은 항성의 배경에 대해 같은 방향으로 유지됩니다.이로 인해 한 극이 궤도의 한쪽에서는 태양을 향해 더 많이 향하고, 다른 쪽에서는 태양을 향해 더 멀리 향하게 되는데, 이것은 지구의 계절의 원인입니다.

기준

행성의 기울기를 지정하는 두 가지 표준 방법이 있습니다.한 가지 방법은 지구의 북극 방향과 관련하여 정의된 행성의 북극을 기준으로 하고, 다른 한 가지 방법은 오른손 규칙에 의해 정의된 행성의 양극을 기준으로 합니다.

  • 국제천문연맹(IAU)은 한 행성의 북극을 태양계의 불변하는 평면의 지구 북쪽에 있는 것으로 정의합니다.[2] 이 체계 하에서 금성은 3° 기울어져 있으며 대부분의 다른 행성들과 반대로 역행하여 회전합니다.[3][4]
  • 또한 IAU는 방향을 결정하기 위해 오른쪽 규칙을 사용하여 양극을[5] 정의합니다.이 규칙을 사용하여 금성은 177° 기울어져 있으며("위쪽 아래쪽") 계속 회전합니다.

지구

자세한 정보:황도 § 황도 경사
참고 항목:지구 자전과 지구 중심 관성

지구의 궤도면은 황도면으로 알려져 있고, 지구의 경사는 천문학자들에게 황도와 천구상의 적도 사이의 각도인 황도의 경사로 알려져 있습니다.[6]그것은 그리스 문자 ε로 표시됩니다.

현재 지구의 축 기울기는 약 23.44°[7]입니다.이 값은 축 세차운동의 주기 동안 정지 궤도면에 대해 거의 동일하게 유지됩니다.[8]그러나 황도(즉, 지구의 궤도)는 행성 섭동에 의해 움직이고 황도의 경사는 고정된 양이 아닙니다.현재 그것은 세기당 약 46.″의 비율로 감소하고 있습니다 (아래의 자세한 내용은 아래 단기 참조).

역사

지구의 불규칙성은 기원전 1100년경 인도와 중국에서 비교적 정확하게 측정되었을 것입니다.[10]고대 그리스인들은 마르세이유의 피테아스가 하지 때 그노몬의 그림자를 측정했던 기원전 350년경부터 불결함을 잘 측정했습니다.[11]서기 830년경, 바그다드의 칼리프 알 마문은 그의 천문학자들에게 불경도를 측정하라고 지시했고, 그 결과는 아랍 세계에서 여러 해 동안 사용되었습니다.[12]1437년 울루그 베그는 지구의 축 기울기를 23°30'17 ″(23.5047°)로 측정했습니다.

중세 시대에, 세차운동과 지구의 경사는 모두 672년의 기간을 가진 평균값을 중심으로 진동한다고 널리 믿어졌습니다, 이것은 추분의 떨림이라고 알려져 있습니다.아마도 이것이 틀렸다는 것을 (역사적인 시기에) 처음으로[14] 깨달은 사람은 14세기의 이븐 알 샤티르였고, 부도율이 비교적 일정한 비율로 감소하고 있다는 것을 처음으로 깨달은 사람은 1538년의 프라카스토로였을 것입니다.[15]알 마문, 알 투시,[17] 푸르바흐, 레지오몬타누스 및 발터를 포함한 여러 다른 사람들의 관측이 유사한 정보를 제공했을 수 있지만,[16] 최초의 정확하고 현대적인 서양의 관측은 아마도 약 1584년 덴마크의 티코 브라헤의 관측일 것입니다.

계절들

주요 기사:계절
지구의 축은 궤도의 위치에 상관없이 배경별을 기준으로 같은 방향을 유지합니다.북반구 여름은 이 그림의 오른쪽에서 발생하는데, 북극(빨간색)은 태양을 향하고, 겨울은 왼쪽에서 발생합니다.

지구의 축은 자이로스코프 효과로 인해 1년 내내 배경별을 기준으로 같은 방향으로 기울어져 있습니다.이것은 한 극(그리고 지구의 반구)이 궤도의 한쪽에서 태양으로부터 멀어지고, 반년 후에 (반년 후에) 이 극이 태양을 향한다는 것을 의미합니다.이것이 지구의 계절의 원인입니다.여름은 북극이 태양을 향할 때 북반구에서 일어납니다.지구의 축 방향 기울기의 변화는 계절에 영향을 줄 수 있으며 장기적인 기후 변화의 요인이 될 가능성이 있습니다(밀란코비치 주기 참조).

열대와 극지원에 대한 지구의 축방향 경사(ε)의 관계

진동

단기

Laskar (1986)로부터 2만 년 동안 황도의 황도.빨간 점은 2000년을 나타냅니다.

경사도의 정확한 각도 값은 수년에 걸쳐 지구와 행성의 움직임을 관찰함으로써 알 수 있습니다.천문학자들은 관측의 정확성이 향상되고 역학에 대한 이해가 증가함에 따라 새로운 근본적인 덧셈을 생성하고, 이 덧셈으로부터 오블리시티를 포함한 다양한 천문학적 가치가 도출됩니다.

연간 연감은 도출된 값과 사용 방법을 나열하여 발행됩니다.1983년까지 천문연감은 1895년까지 행성들의 위치를 분석한 뉴컴의 업적을 바탕으로 평균 경사도의 각도값을 계산했습니다.

ε = 23°27'8.″ - 46.845″ T - 0.0059″ T + 0.00181″ T

여기서 ε는 기울기이고 T는 B1900.0부터 문제가 된 날짜까지 열대 세기입니다.

1984년부터 제트 추진 연구소의 DE 시리즈 컴퓨터 생성 에페메랄드가 천문 연감의 기본 에페메리스로 대체되었습니다.1911년부터 1979년까지의 관측치를 분석한 DE200에 기초한 오블리퀴티는 다음과 같이 계산되었습니다.

ε = 23°26'21.448 ″ - 46.8150 ″ T - 0.00059 ″ T + 0.001813 ″ T

여기서 앞으로 T는 J2000.0으로부터 Julian 세기입니다.[19]

JPL의 기본적인 에페메랄드는 지속적으로 업데이트되어 왔습니다.예를 들어, 2006년 국제천문연맹(IAU)이 P03 천문학 모델을 지지하는 결의안에 따르면, 2010년 천문연감은 다음과 같이 명시하고 있습니다.[20]

ε = 23°26'21.406 ″ - 46.836769 ″ T - 0.0001831 ″ T + 0.00200340 ″ T - 5.76 ″ X 10 T - 4.34 ″ X 10 T

이러한 기울기 표현은 상대적으로 짧은 시간(아마도 ± 수 세기)에 걸쳐 정밀도를 높이기 위한 것입니다.[21]J. Laskar는 T good를 1000년 동안 0.02 ″, 10,000년 동안 몇 초의 순서로 계산했습니다.

ε = 23°26'21.448 ″ - 4680.93 ″ t - 1.″ t + 1999.25 ″ t - 51.38 ″ t - 249.67 ″ t - 39.05 ″ t + 7.12 ″ t + 27.87 ″ t + 5.79 ″ t + 2.45 ″ t

여기에는 J2000.0.으로부터 10,000 줄리안의 배수가 있습니다.[22]

이러한 표현은 소위 평균 오블리시티(mean obliquity), 즉 단기 변동이 없는 오블리시티(obliquity)에 대한 것입니다.달과 지구의 궤도에서의 주기적인 움직임은 지구의 자전축의 훨씬 작은 (9.2초) 짧은 주기 (약 18.6년) 진동을 유발하며, 이는 지구의 경사에 주기적인 성분을 추가합니다.[23][24]참이거나 순간적인 오블리시티에는 이 너트가 포함됩니다.[25]

장기

주요 기사:태양계의 형성과 진화
주요 기사:밀라노코비치 사이클

수 백만 년에 걸친 태양계의 행동을 시뮬레이션하기 위해 수치적 방법을 사용하여 지구 궤도의 장기적인 변화와 그에 따른 궤도 경사도를 연구했습니다.지난 500만 년 동안 지구의 자전속도는 22°2 사이에서 변화해 왔습니다.″'33 ″, 24°30'16 ″, 평균 주기는 41,040년입니다.이 주기는 세차운동과 황도운동에서 가장 큰 항이 결합된 것입니다.향후 100만 년 동안 이 사이클은 22°13'44 ″에서 24°20'50 ″ 사이의 기울기를 유지합니다.

달은 지구의 경사를 안정시키는 효과가 있습니다.1993년에 수행된 주파수 지도 분석은 달이 없을 때 궤도 공명과 태양계의 혼란스러운 행동으로 인해 기울기가 급격히 변화하여 불과 몇 백만 년 만에 최대 90°에 도달할 수 있음을 시사했습니다.[27][28]하지만, 2011년에 만들어진 더 최근의 수치 시뮬레이션은[29] 달이 없을 때에도 지구의 자전 속도가 약 20-25° 정도밖에 변하지 않을 수 있다는 것을 보여주었습니다.이 모순을 해결하기 위해 불결성 확산 속도를 계산했는데, 지구의 불결성이 90°[30] 가까이 도달하는 데는 수십억 년 이상이 걸린다는 사실이 밝혀졌습니다.달의 안정화 효과는 20억년 미만 동안 계속될 것입니다.조석가속으로 달이 지구에서 계속 멀어질 때 공명이 발생하여 경사가 크게 요동칠 수 있습니다.[31]

황도의 장기적인 불규칙성입니다.왼쪽: 지난 500만 년 동안. 기울기는 약 22.0°에서 24.5° 사이에서만 다양합니다.맞아요. 앞으로 100만 년 동안; 대략 41,000년의 변동 기간을 주목하세요.두 그래프에서 빨간색 점은 1850년을 나타냅니다. (출처: 버거, 1976).

태양계 천체

참고 항목: 천체의 극 § 회전의 극
8개 행성과 2개의 왜소행성인 세레스와 명왕성의 축 기울기

태양계의 가장 안쪽에 있는 바위투성이의 네 행성은 모두 과거에 그들의 경사도의 큰 변화를 가졌을지도 모릅니다.오비탈리티는 회전축과 궤도면에 수직인 방향 사이의 각도이기 때문에 다른 행성의 영향으로 궤도면이 변하면서 변합니다.그러나 회전축은 태양이 행성의 적도 팽대부에 작용하는 토크로 인해 움직일 수도 있습니다(축 세차운동).지구와 마찬가지로, 모든 암석 행성들은 축방향 세차운동을 보여줍니다.만약 세차운동 속도가 매우 빨랐다면 궤도면이 변하더라도 기울기는 실제로 꽤 일정하게 유지될 것입니다.[32]조석 소멸과 코어맨틀 상호작용 등으로 속도가 달라집니다.행성의 세차운동 속도가 특정 값에 근접할 때 궤도 공명은 큰 기울기 변화를 일으킬 수 있습니다.하나의 공명률을 가지는 기여의 진폭은 공명률과 세차운동률의 차이로 나누어지므로 둘이 비슷할 때 커집니다.[32]

수성과 금성은 태양의 조석 소멸로 인해 안정화되었을 가능성이 높습니다.위에서 언급한 것처럼 지구는 달에 의해 안정화되었지만, 지구 역시 형성되기 전에 불안정한 시기를 지나갔을 수 있습니다.화성의 경사는 수백만 년에 걸쳐 매우 다양하며 혼란스러운 상태에 있을 수 있습니다. 행성의 섭동에 따라 수백만 년에 걸쳐 0°에서 60°까지 변화합니다.[27][33]일부 저자들은 화성의 불투명성이 혼란스럽다고 주장하며, 조석 소멸과 점성 중심부-맨틀 결합이 수성과 금성처럼 완전히 감쇠된 상태에 도달하기에 충분하다는 것을 보여줍니다.[3][34]

화성의 축 방향 기울기의 가끔의 변화는 화성의 존재 과정에서 강과 호수의 출현과 소멸에 대한 설명으로 제시되어 왔습니다.전환은 대기 중으로 메탄의 폭발을 일으켜 온난화를 일으킬 수 있지만, 메탄은 파괴되고 기후는 다시 건조해질 것입니다.[35][36]

외행성의 경사도는 비교적 안정적인 것으로 여겨집니다.

선택된 태양계 본체의 축과 회전
몸 NASA, J2000.0[37] 시대 IAU, 0h 2010년 1월 0일 TT[38] epoch
축 기울기
(degrees)		 북극 로테이셔널
기간을
(시간)		 축 기울기
(degrees)		 북극 로테이션
(deg/일)
R.A. (학위) 12월(도) R.A. (학위) 12월(도)
태양. 7.25 286.13 63.87 609.12[A] 7.25[B] 286.15 63.89 14.18
수성. 0.03 281.01 61.41 1407.6 0.01 281.01 61.45 6.14
금성 2.64 272.76 67.16 −5832.6 2.64 272.76 67.16 −1.48
지구 23.44 0.00 90.00 23.93 23.44 미정의 90.00 360.99
달 6.68 – – 655.73 1.54[C] 270.00 66.54 13.18
화성 25.19 317.68 52.89 24.62 25.19 317.67 52.88 350.89
주피터 3.13 268.06 64.50 9.93[D] 3.12 268.06 64.50 870.54[D]
토성 26.73 40.59 83.54 10.66[D] 26.73 40.59 83.54 810.79[D]
천왕성 82.23 257.31 −15.18 −17.24[D] 82.23 257.31 −15.18 −501.16[D]
해왕성 28.32 299.33 42.95 16.11[D] 28.33 299.40 42.95 536.31[D]
명왕성[E] 57.47 312.99[E] 6.16[E] −153.29 60.41 312.99 6.16 −56.36
  1. ^ 위도 16°에서 태양의 자전은 위도에 따라 달라집니다.
  2. ^ 1850년 황도에 관하여.
  3. ^ 황도에 관하여, 달의 궤도는 황도에 대하여 5.16° 기울어져 있습니다.
  4. ^ a b c d e f g h 무선 방출의 기원으로부터 볼 수 있는 구름은 일반적으로 다른 속도로 회전합니다.
  5. ^ a b c NASA는 명왕성 양극의 좌표를 나열합니다. 주목할 만한 값은 북극/음극에 해당하도록 재해석되었습니다.

외계 행성

항성 궤도경사각 ψ, 즉 행성 중 하나의 궤도면에 대한 항성의 축 방향 기울기는 몇 개의 계에 대해서만 결정되었습니다.그러나 2012년 현재 49개의 별에서, 하늘에서 투영된 스핀 궤도 오정렬 λ이 관측되었으며, 이는 ψ의 하한 역할을 합니다.이러한 측정의 대부분은 Rossiter-McLaughlin 효과에 의존합니다.지금까지 외계 행성의 궤도경합을 제한하는 것은 가능하지 않았습니다.그러나 행성의 회전 평탄화와 우주 기반 케플러 우주 망원경과 같은 고정밀 측광법으로 추적 가능한 달과/또는 고리의 동반자는 가까운 미래에 ψ에 접근할 수 있을 것입니다.

천체 물리학자들은 조석 이론을 적용하여 외계 행성의 부패를 예측해왔습니다.질량이 작은 별 주변의 거주 가능 영역에 있는 외계 행성들의 부패성은 10년9 이내에 침식되는 경향이 있다는 것이 밝혀졌는데,[40][41] 이는 이 행성들이 지구처럼 계절을[clarification needed] 갖지 않을 것이라는 것을 의미합니다.

참고 항목

참고문헌

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