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천체역학/우주측지
Q.달의 초기 속도는 어떻게 존재하게 되었나요?
2010-02-23
A.실에 추를 매달아 돌리면 추가 실을 잡은 손을 중심으로 회전하게 됩니다. 추의 속도가 어느 정도에 이르면 추는 실을 잡은 손을 중심을 원운동을 하게 됩니다. 이때 추는 원운동 궤도의 한 지점에서 보면 "뉴턴의 제2 법칙"인 관성의 법칙에 의하여 원에 접선 방향으로 달아나려고 합니다. 이를 원심력이라 하는데 이 달아나려고 하는 추를 실이 (실은 쥔 손의 힘이) 못 달아나게 잡아 두고 있습니다. 이 힘을 구심력이라고 합니다. 즉, 추가 원운동 할 때 나타나는 원심력 (관성의 법칙에 의한 힘)과 실의 장력인 구심력과 서로 맞서고 있기 때문에 원운동이 가능한 것입니다.
지구 주위를 도는 달의 운동을 보면 달의 공전에 따른 원심력은 역시 달의 원운동 (이 경우에는 궤도 운동)에 의한 원심력이고, 이와 맞서는 힘은 지구의 중력입니다. 지구의 중력이 달이 못 달아나게 잡고 있지요. 인공위성이 아닌 달의 경우에는, 지구의 위성이 되는 어떤 시점이 있어서 그 시점에 달의 초기속도는 얼마였기에 달이 지구주위를 궤도 운동하는가 하는 문제는 성립하지 않습니다. 만약 지구-달 계가 동시에 탄생하였다면 지구와 달을 만든 성운이 최초부터 회전하고 있었을 것이기 때문입니다. 현재의 이론은 지구-달이 동시에 생겨난 것으로 추측하고 있습니다.
엄밀히 말해 우리가 달과 같은 천체를 인공위성처럼 초기속도를 제어할 수 있는 것이 아니기 때문에 천체의 초기속도를 알 수 없습니다. 다만 이론적으로 천체의 운동을 계산할 때 편의상 초기속도 (엄밀히 말하면 기준 시각의 속도)를 정의하여 계산하기도 합니다.
우리 태양계를 만든 모 성운이 회전하고 있었는지, 혹은 이 모 성운에서 원시 태양계가 생성되는 과정을 잘 알 수는 없지만, 이 성운이 자체 중력에 의하여 수축하여 태양계가 만들어질 때 "회전"이 생기게 된 것이 아닌가 추측됩니다. 물리학적으로 운동은 병진 운동과 회전운동으로 구분되지만, 중력에 의하여 수축할 때에는 병진 운동은 성운의 질량중심에 대하여 회전운동으로 나타납니다. 이 회전운동은 성운이 수축되어 작아지더라도 "각 운동량 보존" 법칙에 의하여 보존되므로 원시 태양계가 진화하면서 더 빠른 회전 각 속도를 나타내게 됩니다.
즉 달의 초기속도는 정의할 수 없고, 태양계 형성 당시에 지구-달 계가 형성되면서 "자연스럽게" 회전이 생겨나게 된 것이지요.
지구 주위를 도는 달의 운동을 보면 달의 공전에 따른 원심력은 역시 달의 원운동 (이 경우에는 궤도 운동)에 의한 원심력이고, 이와 맞서는 힘은 지구의 중력입니다. 지구의 중력이 달이 못 달아나게 잡고 있지요. 인공위성이 아닌 달의 경우에는, 지구의 위성이 되는 어떤 시점이 있어서 그 시점에 달의 초기속도는 얼마였기에 달이 지구주위를 궤도 운동하는가 하는 문제는 성립하지 않습니다. 만약 지구-달 계가 동시에 탄생하였다면 지구와 달을 만든 성운이 최초부터 회전하고 있었을 것이기 때문입니다. 현재의 이론은 지구-달이 동시에 생겨난 것으로 추측하고 있습니다.
엄밀히 말해 우리가 달과 같은 천체를 인공위성처럼 초기속도를 제어할 수 있는 것이 아니기 때문에 천체의 초기속도를 알 수 없습니다. 다만 이론적으로 천체의 운동을 계산할 때 편의상 초기속도 (엄밀히 말하면 기준 시각의 속도)를 정의하여 계산하기도 합니다.
우리 태양계를 만든 모 성운이 회전하고 있었는지, 혹은 이 모 성운에서 원시 태양계가 생성되는 과정을 잘 알 수는 없지만, 이 성운이 자체 중력에 의하여 수축하여 태양계가 만들어질 때 "회전"이 생기게 된 것이 아닌가 추측됩니다. 물리학적으로 운동은 병진 운동과 회전운동으로 구분되지만, 중력에 의하여 수축할 때에는 병진 운동은 성운의 질량중심에 대하여 회전운동으로 나타납니다. 이 회전운동은 성운이 수축되어 작아지더라도 "각 운동량 보존" 법칙에 의하여 보존되므로 원시 태양계가 진화하면서 더 빠른 회전 각 속도를 나타내게 됩니다.
즉 달의 초기속도는 정의할 수 없고, 태양계 형성 당시에 지구-달 계가 형성되면서 "자연스럽게" 회전이 생겨나게 된 것이지요.