천체 물리학 서론 정리 - Part 01 (천체 역학과 태양계, 태양계의 개관, 지구의 운동, 지구와 달)

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천체 물리학 서론 정리 - Part 01 (천체 역학과 태양계, 태양계의 개관, 지구의 운동, 지구와 달)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 천체 역학과 태양계
2. 태양계의 개관
3. 지구의 운동
4. 지구와 달

본문내용

붉게 보인다.
또한, 푸른빛은 특히 N2, O2에 의한 빛의 산란의 결과로 나타나며, 붉은 빛은 먼지, 수증기 등에 의해 산란되어 나타나는 결과이다. 또한 빛은 대기에 의해 굴절을 일으킨다. 이러한 빛의 굴절은 스넬의 굴절의 법칙을 따르는데, 이는 다음과 같다.
여기서 n은 굴절률로, 입사각(θ)과 굴절률(n)의 관계는 다음과 같다.
대기의 굴절률은 대기의 밀도와 비례한다. 즉, 대기의 밀도가 크면 클수록 더욱더 굴절이 크게 일어날 것이다.
대기의 굴절에 의해서 우리는 여러 가지 현상을 관찰할 수 있다. 그 중 하나가 해가 일몰 때, 납작하게 보이는 것이 그 중 하나이다. 해가 일몰 때, 납작하게 보이는 이유는, 해의 아랫부분에서는 굴절이 많이 일어나지만, 해의 윗부분에서는 굴절이 적게 일어나기 때문이다. 또한 대기의 굴절에 의해 이미 해가 지평선 아래에 있을 지라도 굴절에 의해 관측이 가능한 경우가 종종 있다.
대기의 시상효과(Effect of Seeing)
대기의 시상효과 또한 빛의 굴절에 의해 나타나는 현상이다.
지구의 대기 밀도는 균질한 것이 아니라 불균일하다. 그래서
빛이 이동할 때 미세하게 굴절되며 흔들리게 된다.
별 빛이 반짝거리는 것은 대기의 시상효과에 의한 것이다.
대기는 잠잠한 것이 아니라 난류에 의해 그리고 수증기와
같은 여러 기체들의 혼합물이기 때문에 천체 관측을 할 경우
망원경의 각분해능을 약 1” 정도로 제한한다. 고로 이를 해소
하기 위해서는 높은 고지대에서 천체를 관측하거나 습도가
낮은 건조한 지역에서 천체를 관측해야 한다.
고도가 높은 고지대에서는 빛이 별까지 도달하는데 통과해야
하는 대기량이 적기 때문에 시상효과를 최대한 보정해 줄 수가 있으며, 건조한 지역에서는
수증기에 의한 대류효과가 적기 때문에 대기의 시상효과의 보정이 가능하다.
자기장
지구는 자전축에 대해 12˚ 정도 기울어진 쌍극자기장이 존재한다. 다이너모 모형에 따르면 외핵 내에서 일어나는 유체운동에 의해 자기장이 형성된다고 본다. 그 이유는 움직이는 전하는 유도 전류와 같은 효과에 의해 자기장을 일으키기 때문이다. 이로 미루어 볼 때, 달의 자기장의 세기는 지구 자기장의 세기에 비해 매우 작다. 그 이유는 달의 외핵의 크기는 매우 작고, 중심부에 철이나 니켈과 같은 무거운 중금속이 별로 없기 때문이다.
천체로부터 쌍극자기장의 세기는 거리가 멀어질수록 지수함수적으로 감소한다.
지구의 자기권
지구는 지구 자전축에 대해 12° 기울어진 쌍극자기장을 가지고 있다. 지구가 자기장을 갖는 이유는 다이너모 이론에 따르면 외핵이 유체로 되어 있어 움직이고 있기 때문에 유도전류를 발생시키기 때문이라고 본다. 자극은 수 만년 주기로 무작위로 바뀐다. 즉, 지자기 역전현상이 일어난다. 지구는 현재 식어가고 있는 상태이므로 지구 자기장의 세기 또한 천천히 감소하고 있다.
천체의 자기장의 세기는 해당 천체로부터 멀어짐에 따라
급격히 감소한다.
자기권은 지구 내의 생명체를 보호하는데 중요한 역할을
한다. 태양풍과 지구의 자기장의 권역이 만나는 부분을 자기
권계면이라고 하는데, 보통 자기권 계면은 지구로부터 10R
정도 멀리 떨어져 있다.
태양풍은 지구의 자기장을 밀어낸다. 태양풍은 지구
의 쌍극 자기장과 충돌하여 충격파를 만들어내고, 그
뒤에 자기권이 놓인다. 태양풍은 긴 꼬리를 만들어내
며, 꼬리 내에서는 플라즈마 판이 높인다. 지구에서
태양 쪽으로 10R의 지역에서는 태양풍에 의한 충격
파로 인해 자기권계면이 형성되며, 태양 반대쪽에서
는 1000R 이상의 긴 자기꼬리가 형성된다. 이렇게
지구의 자기장은 태양풍으로부터 지구를 보호한다.
반앨런 복사대
태양풍의 양성자, 전자의 일부가 지구 자기권
내로 유입되면 지구 자기축에 대해 대칭인 환상형
복사대가 형성된다. 이는 내대(內帶)와 외대(外帶)로
나누어지는데, 내대는 지구로부터 1 ~ 2R 정도
떨어진 영역에 있으며, 외대는 지구로부터 3 ~ 4R
정도 떨어진 영역에 있다. 내대에서는 상대적으로
고에너지 입자들이 많이 존재하며, 외대는 상대적으로 저에너지 입자들이 많이 존재한다.
오른쪽 그림에서 빨간색 부분은 내대이며, 회색부분은 외대이다. 그리고 내대와 외대의 부메랑 보양에서 중간 지점이 가장 입자들의 밀도가 높다.
밸앨런 복사대에서 양성자와 전자는 반대 전하를 가지기 때문에 운동방향은 반대이다. 복사대에 붙잡힌 하전입자는 나선운동을 하면서 남북 양쪽의 거울점사이에서 왕복운동을 한다. 내대 입자들의 경우에 거울점 부근에 도달한 양성자나 전자 입자들이 지구의 상층대기와 부딪히면서 오로라를 발생시킨다. 거울점에서는 입자들의 밀도가 높으며 자기력선이 조밀해진다. 고로 입자들이 높은 속도로 가속되며, 특히 내대의 고위도 지방에서는 상층대기와 만나 오로라 발생이 쉽다.
균일한 자기장을 가정해보자. 균일한 자기장에서는 입자들이 일정한 속도로 자기력선을 따라 운동한다. 그래서 구심력과 로렌츠 힘의 크기가 같다는 식을 통해 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
하전입자가 갑자기 자기장이 센 영역에 진입하는 경우(B가 커지는 영역으로 진입할 경우)에는 속도가 일정한 경우, 원궤도 운동의 반경이 감소한다. 반면 반경이 일정한 경우 하전입자의 운동속도가 증가하게 된다. 즉, 거울점 지점에서의 자기력선이 조밀(B의 증가)해지는 것을 통해 하전입자의 속도(v)가 증가함으로써 가속됨을 알 수 있다.
오로라(Aurora)
거울점에 묶인 내복사대 입자들이 지구 상층대기와 충돌
하여 대기 입자들이 전리되어 화려한 색채의 오로라를
만든다. 북반구 고위도에서 나타나는 오로라는 북극광이라
고 하며, 남반구 고위도에서 나타나는 오로라를 남극광
이라고 한다. 내대에서 탈출한 고에너지 전자, 양성자 등
이 탈출하여 상층 대기와 충돌하는데 대기는 주로 산소와
질소로 구성되어 있기 때문에, 보통 오로라는 산소와
질소가 이온화되어 나타내는 색을 띤다.
오로라의 발생원인은 태양풍으로 고에너지 전자를 공급한다. 만약 태양의 활동이 활발해지면, 태양으로부터 더 많은 고에너지 입자가 방출되기 때문에 오로라가 더욱 선명하게 나타나게 된다.

키워드

태양계와 지구,   지구형 행성과 목성형 행성,   회합주기,   코페르니쿠스,   프톨레마이오스와 갈릴레이,   케플러 조화의 법칙,   타원궤도의 법칙,   오로라,   내대와 외대,   천체물리학서론