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[천리향]

지구의 자전 , 지구의 공전 ,달의 운동 ,행성의 운동

2010/05/29 12:15

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지구의 운동

1.

별의 일주 운동

(1)

별의 일주 운동

①	별들이 북극성을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 도는 현상을 말한다.
②	방향 : 동쪽에서 서쪽으로 움직인다.
③	일주 운동의 속도 : 1시간에 15°씩 움직인다.
④	북극성 주위의 별들은 북극성을 중심으로 반시계 방향으로 하루 360° 회전한다. [별의 일주 운동]

(2)	위도에 따른 별의 일주 운동

①	적도 지방 : 별이 지평선에 대해서 수직으로 떠서 수직으로 진다.
②	중위도 지방 : 별이 지평면에 대하여 비스듬히 떠올라서 비스듬히 지평면 아래로 진다.
③	북극 지방 : 별이 하늘의 북극을 중심으로 원운동한다.

(3)	우리나라에서의 별의 일주 운동

①	남쪽 하늘 : 별들이 동쪽에서 서쪽으로 시계 방향으로 이동한다.
②	북쪽 하늘 : 북극성을 중심으로 반시계 방향으로 회전한다.
③	동쪽 하늘 : 동쪽 지평선에서 별들이 하나둘씩 떠 오른다.
④	서쪽 하늘 : 서쪽 지평선 아래로 별들이 하나둘씩 진다.

2.

지구의 자전

(1)

지구의 자전

①	지구가 자전축을 중심으로 서쪽에서 동쪽으로 하루에 한 바퀴씩 회전하는 운동을 말한다.
②	지구는 1시간에 15°씩 자전한다.

2)	지구의 자전의 증거

①	천체의 일주 운동 : 별을 비롯하여 태양과 달 등 모든 천체가 북극성을 중심으로 일주 운동을 한다.
②	낮과 밤의 반복 : 태양은 한 자리에 머물러 있으나 지구가 자전하기 때문에 동쪽에서 떠서 서쪽으로 진다. 그 결과 낮과 밤이 반복된다.
③	인공 위성 궤도의 서편 이동 : 2시간 미만의 주기로 지구의 주위를 도는 인공 위성의 궤도가 조금씩 서쪽으로 이동한다.
④	푸코의 진자 실험 : 긴 줄에 무거운 추를 매달아 흔들어 놓으면 진자의 진동면이 시계 방향으로 회전하는데, 이것은 지표면이 반시계 방향으로 회전하기 때문이다.

 

지구의 운동 (1)

1.

천구

(1)	천구 지구를 둘러싼 반지름이 무한대인 구

①	별들이 북극성을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 도는 현상을 말한다.
②	천구의 적도 : 지구의 적도를 연장하여 천구와 만나는 두 원
③	천정 : 관측자의 머리 위로 세운 연직선이 천구와 만나는 두 점
④	천저 : 천구에서 천정과 정반대 반대 방향에 있는 점
⑤	지평선 : 천정과 천저를 잇는 직선에 수직한 큰 원
⑥	자오선 : 천구의 북극과 남극, 천정, 천저를 잇는 큰 원

(2)	남중 별이나 그 밖의 천체가 일주 운동을 하는 동안 지오선 상에 올 때를 말하며, 이 때 천체의 고도가 가장 높다.

2.

지구의 공전

(1)

지구의 공전

①	지구가 태양을 중심으로 서쪽에서 동쪽으로 1년에 한 바퀴씩 도는 현상
②	지구의 공전 방향 : 서쪽에서 동쪽으로 움직인다.
③	공전 주기 : 1년에 1바퀴 회전하므로 하루에 약 1°씩 도는 셈이다.

(2)	지구의 공전에 의한 현상

①	별의 연주 운동(시운동) : 별이 지구의 둘레를 따라 동쪽에서 서쪽으로 1년에 한 바퀴 도는 운동이다. 하루 약 1°씩 동쪽에서 서쪽으로 이동하여 계절에 따라 별자리가 바뀐다.
②	태양의 연주 운동(시운동) : 천구상에서 태양이 별자리 사이를 매일 조금씩 옮겨 가는 운동이다. 태양은 하루에 약 1°씩 서쪽에서 동쪽으로 이동하여 1년 후 제자리로 돌아온다. [지구의 공전과 태양의 시운동]
③	별의 시차 현상 : 별 S가 보이는 방향은 지구의 위치가 변함에 따라 , 등으로 달라진다. 이 때 생기는 ∠ASB를 별의 시차라고 하며 지구의 공전으로 설명이 가능하다.
④	계절의 변화 : 지구 자전축이 공전 궤도면에 대해 66.5° 기울어져 지구가 공전과 자전을 하기 때문에 생긴다.

---

지구의 운동  (2)

1.

황도

태양이 천구상의 별자리 사이를 옮겨가는 길이다.

(1)	황도와 천구의 적도

①	황도는 천구의 적도와 약 23.5º 기울어져 있다.
②	이 각을 황도 경사라 한다.

(2)	황도상에서의 태양의 위치

①	춘분점 : 태양이 천구의 적도를 남쪽에서 북쪽으로 지나가는 점이다.
②	하지점 : 태양이 천구의 적도에서 북쪽으로 가장 멀리 떨어진 점이다.
③	추분점 : 태양이 천구의 적도를 북쪽에서 남쪽으로 지나가는 점이다.
④	동지점 : 태양이 천구의 적도에서 남쪽으로 가장 멀리 떨어진 점이다.

(3)

황도 12궁

①	태양이 서쪽에서 동쪽으로 황도를 따라 이동해 가는 곳에 있는 12개의 별자리를 황도 12궁이라 한다.
②	태양의 이동 : 태양은 대체로 한 달에 1궁씩을 지난다. [황도 12궁]

2.

계절의 변화

(1)	계절에 따른 태양의 남중 고도와 낮의 길이

①	동지 : 1년 중 태양의 남중 고도가 가장 낮고 낮의 길이가 가장 짧기 때문에 태양 에너지를 적게 받아 날씨가 춥다(그림 ㈎).
②	춘분, 추분 : 태양의 남중 고도가 하지와 동지 때의 중간이고, 밤과 낮의 길이가 같다. 따라서, 기온도 여름과 겨울의 중간 정도이다(그림 ㈏).
③	하지 : 1년 중 태양의 남중 고도가 가장 높고 낮의 길이가 가장 길기 때문에 태양 에너지를 많이 받아 날씨가 덥다(그림 ㈐). [태양의 일주 운동]

(2)

계절의 변화

①	계절의 변화가 일어나는 까닭 : 지구의 자전축이 공전 궤도면에 대해 기울어져 있기 때문에 계절에 따라 태양의 고도와 밤낮의 길이가 달라져 계절 변화가 생긴다.
②	지구는 자전축이 공전 궤도면에 대해 66.5° 기울어진 채로 자전과 공전을 하고 있다. 따라서, 햇빛은 하지 때에는 북위 23.5° 지점에, 동지 때에는 남위 23.5° 지점에 수직으로 비춘다.

(3)	태양의 고도 구하기 : 태양의 고도는 위도와 시간에 따라 다르게 나타나는데, 태양의 고도를 말할 때는 항상 정오 때의 남중 고도로 나타낸다. 위도 α인 지방에서 태양의 남중 고도(H)는 다음과 같이 구할 수 있다.

①	하지 : H=90°-(α-23.5°)=90°-α+23.5°
②	춘분, 추분 : H=90°-α
③	동지 : H=90°-(α+23.5°)=90°-α-23.5°

 

 

 

달의 자전

1.

달의 표면과 자전

(1)	달의 표면 관측 : 달 표면을 관측하면, 밝고 어두운 무늬가 있다. 이 무늬는 달의 모양과 관계없이 항상 일정하다. 이것은 달이 지구 둘레를 돌면서도 항상 같은 면만을 지구로 향하고 있기 때문이다.

(2)	달의 자전 관측 : 달 표면의 무늬 변화를 관측하여 달의 자전 여부를 판단할 수 있다.

2.

달의 자전

(1)	달의 자전 주기와 방향 : 달의 자전 주기는 공전 주기와 같이 27.3일이며, 달의 자전 방향은 서쪽에서 동쪽이다.

(2)	달이 한쪽 면만 보이는 까닭 : 달의 자전 주기와 공전 주기가 같기 때문이다.

3.	달의 자전과 공전 주기

(1)	달이 자전하지 않고 공전만 하는 경우 : 달이 일정한 방향을 향한 채 지구의 둘레를 돈다면, 지구에서는 각각 네 부분의 위치에서 달의 반쪽면을 볼 수 있으므로, 한 달 동안에는 달의 전체 표면을 관측할 수 있다.

(2)	달이 공전 주기와 동일한 주기로 자전하는 경우 : 다음 그림과 같이 화살표가 항상 지구쪽을 향하므로, 지구에서는 항상 달의 같은 면만 보게 된다.

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달의 공전과 공전 주기

1.

달의 공전

(1)	달의 시운동 : 달은 별자리 사이를 하루에 약 13°씩 서쪽에서 동쪽으로 이동하여 약 27.3일에 지구의 주위를 한 바퀴씩 도는데, 이를  달의 시운동 이라고 한다.
(2)	백도 : 달이 지구 주위를 공전하면서 별자리 사이를 이동하는 길을  백도 라고 한다. 백도는 황도와 매우 가까이 있으며, 황도와 약 5° 기울어져 있다.

2.

달의 공전 주기

(1)	삭망월 : 달의 모양이 변하여 다시 같은 모양이 될 때까지의 주기를  삭망월 이라고 한다.

①	기준 : 삭망월은 달의 모양, 즉 태양을 기준으로 한 달의 공전 주기이다.
②	주기 : 망에서 다음 망까지, 또는 삭에서 다음 삭까지의 시간으로, 약 29.5일이다.

(2)	항성월 : 달이 별자리 사이를 옮겨 가서 하늘을 한 바퀴 돌아 다시 출발점의 별자리로 돌아오는 데 걸리는 시간을  항성월 이라고 한다.

①	기준 : 항성월은 별자리를 기준으로 한 달의 공전 주기이다.
②	주기 : 달이 어느 한 별자리를 출발해서 다시 그 별자리까지 오는 데 걸리는 시간으로, 약 27.3일이다. 그러므로 달은 하루에 약 13°씩(360÷27.3) 동쪽으로 이동해 가며, 항성월이 실제적인 달의 공전 주기가 된다.

(3)	삭망월과 항성월이 일치하지 않는 까닭 : 달이 지구의 둘레를 공전하는 동안 지구도 태양의 둘레를 공전하기 때문이다. 삭망월과 항성월은 약 2.2일의 차이가 난다.

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달의 운동  (1)

1.	달의 위치와 모양 변화

(1)	초저녁에 보이는 달의 위치와 모양 : 매일 해가 진 후 일정한 시각에 하늘에 나타나는 달의 위치와 모양을 관찰하면, 달의 위치가 매일 조금씩 동쪽으로 이동하면서 달의 모양도 점점 둥글게 변한다.

①	달의 위치 변화 : 달은 지구의 주위를 서쪽에서 동쪽으로 공전하기 때문에, 달이 보이는 위치는 서쪽에서 동쪽으로 움직여간다.
②	달의 모양 변화 : 달의 모양은 초승달에서 보름달까지는 점점 커지고, 그 이후에는 점차 기울어진다. 이와 같이 달이 한번 찼다 기우는 데는 약 한 달이 걸린다.
③	달이 뜨는 시각 : 음력 2일부터 15일까지는 해가 지고 나면 하늘에서 달을 볼 수 있으나, 음력 16일 이후에는 해가 지고 난 후에 동쪽 하늘에서 달이 떠오른다. [달의 위치와 모양]

(2)

달의 모양

①	달의 모양이 변하는 까닭 : 달은 스스로 빛을 내는 천체가 아니므로 햇빛을 받는 부분만 우리 눈에 보인다. 그런데 달은 지구 둘레를 공전하기 때문에 그 위치에 따라 모양이 다르게 나타난다.
②	삭 : 달이 태양과 지구 사이에 있어서 보이지 않을 때이며, 음력 초하루경이다.
③	상현 : 달이 삭에서 망으로 가는 중간에 있을 때이며, 오른쪽 반달로 보이며, 음력 7~8일경이다.
④	망(만월) : 달이 태양의 반대쪽에 와서 보름달이 되는 때이며, 음력 15일경이다.
⑤	하현 : 달이 망에서 삭으로 가는 중간에 있을 때이며, 왼쪽 반달로 보이며, 음력 22~23일경이다. [음력 날짜에 따른 달의 위상 변화]

(3)	하룻밤 동안의 달의 운동

①	초승달 : 초저녁에 서쪽 하늘에 나타났다가 얼마 뒤 서쪽 지평선 아래로 넘어간다. 이후에는 달의 모양이 조금씩 커지면서 나타나는 위치도 조금씩 높아진다.
②	반달(상현달) : 초저녁에 남쪽 하늘에 나타났다가 자정경에 서쪽 하늘로 진다.
③	보름달 : 해가 지면 곧 동쪽 하늘에 떠올라 새벽에 지므로 밤중 내내 볼 수 있다. 이 때가 아닌 경우 달은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것처럼 보이지 않는다.
④	보름달 이후 : 찼던 달이 차차 기울어져 간다.

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달의 운동  (2)

1.

일식과 월식

(1)	일식 : 달이 지구 둘레를 공전하는 동안 태양-달-지구가 일직선상에 놓여 태양이 달에 의해 가려지는 현상이며, 일식은 반드시 삭일 때에만 일어난다.

①	개기 일식 : 달의 본그림자 속에 들어가는 지역에서는 태양이 가리워져 보이지 않는 현상이다.
②	부분 일식 : 달의 반그림자 속에 들어가는 지역에서는 태양의 일부분만 보이는 현상이다.
③	금환 일식 : 지구와 달 사이가 멀어지면 달의 본그림자 끝이 짧아서 지구의 표면까지 도달하지 못하고, 본그림자가 만든 반그림자가 생긴다. 이 지역에서는 달이 태양의 한 가운데로 들어가 태양의 테두리만 반지 모양으로 보이는 현상이며, 금환식이라고도 한다.
④	일식은 태양의 서쪽부터 가려지기 시작하고, 다시 서쪽부터 나타난다.
⑤	월식은 달의 동쪽부터 가려지고, 다시 동쪽부터 나타난다.

(2)	월식 : 태양-지구-달이 일직선상에 놓이면 달이 지구의 그림자 속에 들어가 보이지 않는 현상이며, 월식은 망일 때에만 일어난다.

①	개기 월식 : 달이 지구의 본그림자 속에 들어가서 달의 전부를 볼 수 없는 현상이다.
②	부분 월식 : 달의 일부분이 지구의 본그림자 속에 들어가서 나머지의 일부분만 볼 수 있는 현상이다. [월식 발생 원리]

(3)	삭과 망일 때마다 일식과 월식이 일어나지 않는 까닭 : 일식과 월식이 삭과 망일 때마다 일어나지 않는 것은 황도와 백도가 5° 가량 기울어져 있기 때문이다. 즉, 황도와 백도가 일치하는 교점 부근에 태양과 달이 올 때만 일식과 월식이 일어나는 것이다.

2.

조석 현상

밀물과 썰물이 하루에 두 번씩 규칙적으로 일어나면서 해수면이 높아졌다가 낮아지는 현상이다.

(1)

만조와 간조

①	만조 : 바닷물이 해안으로 밀려 들어와 해수면이 가장 높아졌을 때이다.
②	간조 : 바닷물이 해안에서 빠져나가 해수면이 가장 낮아졌을 때이다.
③	조차 : 만조 때와 간조 때의 해수면의 높이는 매일 조금씩 달라지는데, 만조와 간조 때의 해수면의 높이 차를 조차 또는 간만의 차라고 한다.
④	조석의 원인 : 조석 현상은 달과 태양의 인력에 따라 바닷물이 그 방향으로 끌려가기 때문에 생기는데, 태양에 비하여 지구로부터의 거리가 매우 가까운 달의 인력이 조석 현상의 주된 원인이 된다.
⑤	조석의 주기 : 만조에서 다음 만조, 또는 간조에서 다음 간조 때까지 걸리는 시간을 말하며, 약 12시간 25분이다.

(2)	사리와 조금 : 조차는 약 15일을 주기로 변한다.

①

사리 : 만조와 간조 때 해수면의 높이차가 가장 클 때이며, 삭과 망일 때 일어난다.

②

조금 : 만조와 간조 때 해수면의 높이차가 가장 작을 때이며, 상현과 하현일 때 일어난다.

③

사리와 조금이 나타나는 까닭

·	태양, 지구, 달이 일직선이 되는 삭과 망일 때에는 달과 태양의 기조력이 합쳐지기 때문에 간만의 차가 최대인 사리가 된다.
·	태양, 지구, 달이 직각이 되는 상현과 하현일 때에는 달의 기조력이 태양의 기조력에 의해 감소되기 때문에 간만의 차가 최소인 조금이 된다.

행성의 운동

1.

천동설과 지동설

(1)

천동설

①	우주의 중심에 지구가 있고, 행성들이 지구의 둘레를 작은 원궤도를 그리면서 스스로 돌고 있다는 주장이다.
②	프톨레마이오스가 주장하였다.
③	지구 중심설이라고도 한다.

(2)

지동설

①	지구를 비롯한 행성들이 태양의 둘레를 돌고 있다는 학설이다.
②	코페르니쿠스가 주장하였다.
③	태양 중심설이라고도 한다.        [천동설의 우주]                    [지동설의 우주]

(3)	천동설과 지동설에서 금성의 모양과 크기 변화

①	금성의 모양은 지구에서 햇빛을 받는 부분을 얼마만큼 볼 수 있느냐에 따라 달라지며, 크기는 지구와 금성 사이의 거리에 따라 달라진다.
②	천동설에 의하면 반달 이상의 금성의 모습을 설명할 수 없다. 또한, 지구와의 거리도 크게 차이가 나지 않으므로 크기의 변화도 설명하기 어렵다.
③	갈릴레이는 천체 망원경으로 이런 금성의 크기와 모양 변화를 관측하여 지동설이 옳음을 입증하였다.

2.

행성 궤도의 크기

(1)	금성(내행성)의 공전 궤도 그리기 : 최대 이각 이용

①	태양(S)을 중심으로 지구(E)의 궤도를 원으로 그린다.
②	지구에서 48°가 되도록 선 EE'를 긋는다.
③	S에서 선 EE'에 수선을 내린다.
④	선 SV를 반지름으로 하는 원을 그린다.

(2)	화성(외행성)의 공전 궤도 그리기 : 공전 주기 이용

①	화성의 공전 궤도를 그리기 위해 필요한 자료 : 지구와 화성의 공전 주기는 각각 365일과 687일이다.
②	태양(S)을 중심으로 지구(E)의 공전 궤도를 그린다.
③	화성을 처음 관측한 지구의 위치를 이라고 하면, 에서 화성은 태양의 동쪽으로 112°되는 방향에 있다.
④	687일 후 화성은 한 바퀴를 돌지만, 지구는 678°를 돌아 에 오므로 에서 화성은 태양의 서쪽으로 144°되는 방향에 있다.
⑤	두 선이 만나는 곳이 화성의 위치이므로 이곳과 태양 사이의 거리를 반지름으로 하는 공전 궤도를 그린다.

3.	행성까지의 실제 거리

(1)	금성까지의 거리 : 금성에 전파를 보내어 되돌아오는 데 걸리는 시간과 전파의 속력을 이용하여 구한다. 금성까지의 거리 = ×전파 속력×전파가 되돌아오는 시간

(2)	행성 궤도 반지름 : 행성 궤도의 상대적인 크기에 지구의 궤도 반지름을 곱한다.

---

내행성과 외행성의 시운동

1.

천체의 시운동

태양, 달, 행성 등이 매일 조금씩 별자리 사이를 옮겨 가는 운동을  시운동  또는 겉보기 운동이라고 한다.

(1)	태양의 시운동 : 태양은 지구의 공전 때문에 하루에 약 1°씩 별자리 사이를 황도를 따라 서쪽에서 동쪽으로 이동하는 시운동을 한다.
(2)	달의 시운동 : 달은 지구의 둘레를 돌기 때문에 하루에 약 13°씩 백도를 따라 서쪽에서 동쪽으로 이동하는 시운동을 한다.

2.

행성의 시운동

행성은 태양이나 달과는 달리 황도 근처의 별자리 사이를 동쪽으로, 때로는 서쪽으로 움직이는 시운동을 한다.

(1)	내행성의 시운동 : 지구의 안쪽 궤도를 공전하는 수성과 금성을  내행성 이라고 한다. 내행성은 외행성에 비해 비교적 규칙적인 시운동을 한다.

①	수성과 금성 : 수성과 금성은 태양을 중심에 두고 일정한 각도 안에서 동쪽과 서쪽을 규칙적으로 이동하는 시운동을 한다.
②	최대 이각 : 내행성이 태양으로부터 가장 멀리 떨어질 때의 각도를  최대 이각 이라고 하며, 수성은 24°, 금성은 48°이다.

(2)	외행성의 시운동 : 지구의 바깥쪽 궤도를 공전하는 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성을  외행성 이라고 한다. 외행성은 내행성에 비해 매우 복잡한 시운동을 한다.

①	화성의 시운동 : 화성을 비롯한 외행성은 태양과 관계없이 별자리 사이를 서쪽에서 동쪽으로 움직이다가 때로는 되돌아서 서쪽으로 움직이고, 또 다시 동쪽으로 움직이는 매우 복잡한 시운동을 한다.
②	시운동의 폭 : 외행성이 동서로 이동하는 시운동의 폭은 화성, 목성, 토성 순으로 작아진다. 즉, 지구로부터 멀수록 시운동의 폭이 작다.

(3)	행성의 시운동의 특징 : 행성이 시운동하는 길은 모두 황도에서 약간 떨어져 있을 뿐 거의 일치한다. 그 까닭은 행성들의 공전 궤도면이 거의 일치하기 때문이다. 따라서 밤하늘에서 행성을 관측하려면 황도 부근을 찾아야 한다.