지구과학 고2 태양계 천체와 별과 우주의 진화

내행성과 외행성

Q: 수성이 금성보다 관측하기 어려운 이유는 무엇인가요?

최대 이각이 약 28로 금성보다 훨씬 작기 때문입니다. 태양에서 거의 벗어나지 못하니 늘 지평선 근처의 밝은 하늘 속에서 잠깐 보였다 사라집니다. 크기도 작아 밝기 자체가 금성만 못합니다.

내행성(금성·수성)의 내합·외합·최대 이각과 외행성(화성 이원)의 충·합·구의 위치 관계를 이해한다.

지구 궤도 안쪽을 도는 내행성(수성·금성)과 바깥쪽을 도는 외행성(화성 이원)은 태양·지구와 이루는 위치 관계가 달라서, 관측할 수 있는 시간대와 위상 변화가 완전히 다릅니다.

내행성은 태양이라는 조명 옆을 맴도는 배우라 무대 중앙에서 멀리 못 벗어납니다. 그래서 초저녁이나 새벽에 잠깐 보일 뿐, 한밤중에는 절대 볼 수 없습니다.

쉽게 말하면

행성의 운동에서 본 겉보기 운동은, 그 행성이 지구 궤도 안쪽에 있느냐 바깥쪽에 있느냐에 따라 전혀 다른 모습으로 나타납니다. 기준은 오직 하나 — 지구 궤도보다 안이냐 밖이냐입니다.

내행성(수성, 금성)은 지구에서 볼 때 태양 곁을 왔다 갔다 합니다. 태양과 행성 사이의 각도(이각)가 커질 수 있는 한계가 있는데, 이것이 최대 이각입니다. 금성은 약 $4 6^{\circ}$ , 수성은 약 $2 8^{\circ}$ 를 넘지 못합니다. 그래서 내행성은 태양이 진 직후 서쪽 하늘이나 태양이 뜨기 직전 동쪽 하늘에서만 보이고, 한밤중에는 결코 볼 수 없습니다. 태양과 지구 사이에 들어오는 위치가 내합, 태양 너머 반대편에 놓이는 위치가 외합입니다. 내행성은 달처럼 위상이 크게 변하고, 지구와의 거리도 크게 변해 겉보기 크기(시직경)까지 달라집니다.

외행성(화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성)은 지구에서 볼 때 태양과 이루는 각도에 제한이 없습니다. 태양 – 지구 – 행성 순으로 늘어서면 충인데, 이때 행성은 태양의 정반대편에 있어 한밤중에 남중하고 밤새 관측할 수 있으며, 지구와 가장 가까워 가장 밝게 보입니다. 역행도 이 무렵에 일어납니다. 반대로 태양 뒤편에 놓이는 합에서는 태양과 함께 뜨고 져서 관측할 수 없습니다. 태양 – 지구 – 행성이 직각을 이루는 위치는 구(동구·서구)라고 합니다.

외행성은 늘 지구보다 바깥에서 태양 빛을 받고 있으므로, 지구에서 보면 거의 언제나 둥근 보름 모양에 가깝습니다. 위상 변화가 뚜렷한지 아닌지만으로도 내행성인지 외행성인지 가릴 수 있습니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

금성이 '샛별'이자 '개밥바라기'인 이유

서방 최대 이각 부근의 금성은 태양보다 먼저 떠서 새벽 동쪽 하늘에 보이고(샛별), 동방 최대 이각 부근에서는 태양보다 늦게 져서 초저녁 서쪽 하늘에 보입니다(개밥바라기). 두 별이 아니라 같은 금성이 궤도 위 어디에 있느냐의 차이입니다.
예시 2

망원경으로 본 금성의 초승달 모양

금성이 내합에 가까워질수록 지구와 가까워져 크게 보이지만, 동시에 빛나는 면은 가늘어져 초승달 모양이 됩니다. 반대로 외합 쪽에서는 둥글지만 멀어서 작게 보입니다. '가까울수록 가늘어진다'는 이 어긋남이 내행성 위상의 핵심입니다.
예시 3

화성 관측은 충 무렵에

천문대에서 화성 특별 관측 행사를 여는 시기는 대개 충 부근입니다. 지구와 가장 가까워 시직경이 크고 가장 밝으며, 태양 반대편에 있어 초저녁부터 새벽까지 밤새 볼 수 있기 때문입니다.

내행성과 외행성

구분	내행성 (수성·금성)	외행성 (화성 이원)
궤도	지구 궤도 안쪽	지구 궤도 바깥쪽
주요 위치	내합 · 외합 · 최대 이각	충 · 합 · 동구 · 서구
태양과의 각도	최대 이각까지만 벌어짐	제한 없음 (충에서 $18 0^{\circ}$ )
관측 시간대	해 진 직후 서쪽 / 해 뜨기 전 동쪽	충 부근에는 밤새
한밤중 남중	불가능	충일 때 남중
위상 변화	초승달 모양부터 둥근 모양까지 크게 변함	거의 항상 둥근 모양
역행 시기	내합 부근	충 부근
관측 불가능한 위치	내합 · 외합 (태양과 같은 방향)	합 (태양 뒤)

자주 하는 오해

금성을 한밤중에 볼 수 있다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움금성이 워낙 밝으니 한밤중 남쪽 하늘에서도 잘 보일 것이다

실제로는금성은 태양에서 최대 약

4 6^{\circ}

까지만 떨어질 수 있어, 해가 진 뒤 얼마 지나지 않아 따라 지거나 해 뜨기 직전에야 뜹니다. 한밤중의 금성은 원리적으로 불가능합니다.

금성은 지구보다 안쪽 궤도를 돌기 때문에, 지구에서 보면 언제나 태양 근처 좁은 각도 안에 갇혀 있습니다. 한밤중에 남중하려면 태양의 정반대편(충)에 놓여야 하는데, 안쪽 궤도로는 그 위치에 갈 수가 없습니다. 한밤중에 아주 밝은 별처럼 보이는 것은 대개 목성이나 토성 같은 외행성입니다.

지구에 가장 가까운 내합 때 금성이 가장 밝다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움내합에서 금성이 지구와 가장 가까우니 그때가 가장 밝다

실제로는내합의 금성은 빛나는 면이 지구 반대쪽을 향해 있어 거의 보이지 않습니다. 가장 밝을 때는 내합에서 조금 벗어나 초승달 모양이면서도 아직 가까운 시기입니다.

밝기는 '거리'만이 아니라 '빛나는 면이 얼마나 보이는가'까지 곱해져서 정해집니다. 내합에서는 거리가 최소지만 위상이 최소라 두 효과가 상쇄되다 못해 오히려 어두워집니다. 게다가 내합의 금성은 태양과 같은 방향에 있어 낮 하늘에 묻힙니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

행성의 운동고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 태양계 천체와 별과 우주의 진화

자주 묻는 질문

Q1수성이 금성보다 관측하기 어려운 이유는 무엇인가요?

최대 이각이 약

2 8^{\circ}

로 금성보다 훨씬 작기 때문입니다. 태양에서 거의 벗어나지 못하니 늘 지평선 근처의 밝은 하늘 속에서 잠깐 보였다 사라집니다. 크기도 작아 밝기 자체가 금성만 못합니다.

Q2외행성도 위상 변화가 있나요?

아주 조금 있습니다. 화성처럼 비교적 가까운 외행성은 구 부근에서 살짝 이지러져 보이기도 합니다. 하지만 지구보다 바깥에서 태양 빛을 받고 있으므로 어두운 면이 지구를 향할 수가 없고, 멀수록 위상 변화는 더 작아집니다. 내행성처럼 초승달 모양이 되는 일은 없습니다.

Q3충과 내합은 둘 다 '지구에 가장 가까운 때'인데 왜 하나는 관측 최적기이고 하나는 관측 불가인가요?

태양이 어느 쪽에 있느냐가 다릅니다. 충에서는 태양이 행성의 정반대편에 있어 행성의 낮 면이 지구를 향하고 하늘도 캄캄합니다. 내합에서는 태양이 행성 뒤에 있어 행성의 밤 면이 지구를 향하고, 하늘도 태양 때문에 밝습니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 지구과학 · 태양계 천체와 별과 우주의 진화 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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