태양계에 대하여 | 움직이는 뉴턴 중력

축소판 태양계

앱의 태양은 질량이 1000이고, 모든 행성, 위성, 왜행성은 태양에 대한 실제 질량을 유지합니다. 그래서 질량 1인 목성은 실제 비율인 1 대 1047과 거의 같습니다. 행성들은 실제 순서와 기울기를, 왜행성들은 실제 궤도를 유지하지만, 수성과 해왕성이 한 화면에 들어오도록 거리를 압축했습니다. 해왕성은 태양에서 지구보다 30배가 아니라 4.5배 멀리 있습니다. 각 천체는 뉴턴의 법칙에 따라 다른 모든 천체에게 끌리므로, 궤도는 실제 궤도를 붙잡아 두는 것과 같은 규칙에서 나옵니다. 화성과 목성 사이의 희미한 먼지가 소행성대입니다. 1500개의 소행성은 무엇을 끌어당기기에는 너무 작고 모두 계산하기에는 너무 많아서, 각각 태양 둘레의 정해진 타원을 따라갈 뿐입니다. 궤도는 실제처럼 늘어나고 기울어져 있어 소행성대는 두꺼운 고리가 되며, 목성의 인력이 비워 두는 커크우드 간극은 피합니다. 그 사이로 세 대의 우주 탐사선이 작은 아이콘으로 날아갑니다. 파커 태양 탐사선은 지금까지 만든 어떤 것보다도 가까운 태양에서 690만 km까지 뛰어들며, 금성까지 뻗은 궤도를 돕니다. 제임스 웹 우주망원경은 지구 너머 150만 km의 L2 점 주위를 돌며, 18배 멀리, 달 바로 바깥에 그립니다. 보이저 1호는 가장 먼 탐사선으로, 171 AU 떨어진 곳에서 해마다 3.6 AU씩 멀어지고 있어 너무 멀기 때문에 가장자리의 화살표가 그 방향을 가리킵니다. 이들은 질량이 없고 공식에 따라 실제 경로를 따라갑니다. 웹 망원경은 추진기를 켜야만 평형점에 머물 수 있기 때문입니다.

태양계의 태양과 행성 몽타주 — 태양계 몽타주. 이미지: NASA/JPL, 퍼블릭 도메인

즐겨찾기가 데려가는 곳

각 즐겨찾기는 계속 움직이는 같은 태양계 안의 한 곳으로 카메라를 날려 보내며, 천체들은 그대로 움직입니다. ‘태양계 전체’와 ‘내행성’은 비스듬히 봅니다. ‘지구와 달’, ‘화성’, ‘목성’, ‘토성’, ‘천왕성’, ‘해왕성’, ‘명왕성과 카론’은 그 천체와 함께 날아가며, 위성들이 화면에 들어오도록 구도를 잡습니다. ‘카이퍼 벨트’는 바깥 태양계를 내려다보며 15배 빠르게 진행되므로 해왕성이 1분도 안 되어 한 바퀴 돕니다. ‘무작위화’는 무작위로 고른 천체 가까이로 날아갑니다.

아폴로 17호에서 본 지구, 블루 마블 — 아폴로 17호에서 본 지구. 이미지: NASA, 퍼블릭 도메인

3차원의 궤도

행성들은 하나의 평평한 면에서 공전하지 않습니다. 각 궤도는 황도면이라고 부르는 지구의 궤도면에 대해 조금씩 기울어 있습니다. 수성은 7°, 금성은 3.4°, 토성은 2.5°, 나머지는 2° 미만입니다. 미니 태양계는 이 실제 기울기를 사용하며, 그 안의 달도 실제 달처럼 5.1° 기울어진 궤도로 지구를 돕니다. 표시창의 궤도 경사각 i가 바로 이 기울기입니다. 그림을 드래그해 돌리거나, ‘보기’ 메뉴에서 ‘옆에서’를 골라 궤도를 옆에서 보세요. 여덟 행성 중 어느 것이든, 또는 달을 가까이 확대하면 실제로 기울어진 자전축을 따라 도는 구가 보입니다. 지구에는 실제 해안선, 구름, 빙상, 밤 쪽의 도시 불빛이 있고, 화성에는 어두운 무늬와 흰 극관이 있습니다. 금성은 두꺼운 연노란색 구름의 윗면만 보이며, 이 구름은 지구의 나흘 만에 행성을 거꾸로 한 바퀴 돕니다. 목성에서는 띠와 대, 대적점이 보이고, 토성에서는 더 부드러운 띠, 북극을 둘러싼 육각형, 고리의 그림자가 보입니다. 옆으로 누운 천왕성은 한쪽 극 위에 밝은 안개가 낀 옅은 청록색 구이고, 해왕성은 더 짙은 파란색에 흰 구름과 1989년 보이저 2호가 본 대흑점이 있습니다. 1년에 비해 하루는 실제보다 훨씬 길게 잡아 자전을 쉽게 따라갈 수 있습니다. 실제 하루를 그대로 지키는 것은 둘입니다. 회색에 크레이터로 뒤덮인 수성은 태양을 두 바퀴 도는 동안 세 번 자전하고, 달은 지구를 한 바퀴 돌 때마다 한 번 자전해서 어두운 바다와 티코의 밝은 광조가 있는 같은 면을 늘 지구에 보여 줍니다. 토성의 가장 큰 위성 타이탄은 두꺼운 질소 대기의 스모그로 이루어진 주황색 안개 공이며, 가장자리를 얇은 푸른 층이 두르고 있습니다. 타이탄도 늘 같은 면을 토성 쪽으로 향합니다. 천왕성의 위성들은 1986년 보이저 2호가 본 모습 그대로입니다. 회색의 미란다에는 밝고 어두운 띠가 늘어선 거대한 타원인 코로나가 있고, 그중 하나에는 밝은 V자 무늬가 있습니다. 티타니아는 크레이터로 빽빽하고 긴 협곡으로 갈라져 있습니다. 더 어두운 오베론의 큰 크레이터들은 밝은 광조 한가운데에 어두운 바닥을 가지고 있습니다. 해왕성의 가장 큰 위성 트리톤은 1989년 보이저 2호가 본 모습 그대로입니다. 남극은 옅은 분홍빛의 질소 서리 극관으로 덮여 있고, 간헐천 분출물이 남긴 어두운 줄무늬가 나 있습니다. 그 바깥으로는 칸탈루프 멜론 껍질처럼 움푹움푹한 더 회색빛 땅이 펼쳐지고, 오래전 얼음 용암이 덮은 매끈한 평원도 있습니다. 화성의 작은 두 위성은 공 모양이 아닙니다. 길이 27km인 포보스는 크레이터가 빽빽하고 평행한 홈이 새겨진 어두운 덩어리이며, 한쪽 끝에 거대한 스티크니 크레이터가 있습니다. 절반 크기인 데이모스는 더 매끄럽고, 크레이터는 먼지에 덮여 흐릿합니다. 둘 다 긴 쪽 끝을 늘 화성 쪽으로 향합니다. 태양을 가까이 확대하면 그 표면이 보입니다. 가운데가 가장 밝고 가장자리로 갈수록 어둡고 붉어지는데, 가장자리에서는 더 차가운 위층 기체만 보이기 때문입니다. 표면은 잘게 얼룩져 있고, 25일에 한 바퀴 도는 태양을 따라 몇 무리의 흑점이 천천히 지나갑니다. 토성의 고리는 카시니 탐사선의 측정을 따릅니다. 희미하고 반투명한 C 고리, 밝은 B 고리, 어두운 카시니 간극, 엥케 간극이 있는 A 고리가 있으며, 가까이서 보면 가는 홈이 촘촘합니다. 고리 위로 토성의 그림자가 드리우고, 햇빛이 닿지 않는 쪽에서 보면 빽빽한 B 고리는 어두워지고 얇은 고리들은 햇빛이 비쳐 은은하게 빛납니다. 가까이 확대하면 목성의 구름은 주노와 허블이 보여 준 모습처럼 소용돌이칩니다. 북적도대 가장자리를 따라 어두운 열점들이 청회색 꽃줄 무늬를 끌고 가고, 약 1만 6000km로 줄어든 대적점은 밝은 움푹한 곳에서 소용돌이치며 그 옆에는 오벌 BA와 한 줄로 늘어선 흰 타원 폭풍이 있습니다. 양극에는 청회색 폭풍이 빽빽합니다. 가까이 확대하면 천왕성의 밝은 극관 가장자리를 따라 더 어두운 띠가 있고, 그 바깥에는 작은 폭풍 몇 개가 보입니다. 좁고 어두운 고리들은 제임스 웹 우주망원경이 보는 것처럼 희미한 가는 선으로 나타나며, ε 고리가 가장 밝습니다. 해왕성의 파란색은 실제 색으로, 보이저 2호 사진의 강조된 대비를 되돌리면 천왕성보다 조금 더 짙은 부드러운 하늘색입니다. 가까이 확대하면 높은 흰 구름이 희미한 그림자를 드리우고, 남극 위에는 밝은 소용돌이가 있으며, 희미한 먼지 고리들이 둘러싸고 있고, 애덤스 고리에는 고리와 함께 도는 더 밝은 호들이 있습니다. 가까이 확대하면 수성은 메신저 탐사선이 지도로 그린 모습을 보여 줍니다. 매끄럽고 밝은 바닥을 산맥이 둘러싼 거대한 칼로리스 분지, 먼 북쪽의 매끄러운 평원, 행성이 식으며 줄어들 때 생긴 긴 절벽, 그리고 암석이 증발해 생긴 밝고 푸르스름한 움푹한 곳들입니다. 금성의 구름은 눈으로 보면 거의 무늬가 없어서, 무늬를 희미하게만 그렸습니다. 자외선 카메라에 보이는 어두운 Y자 무늬, 활 모양의 줄무늬, 적도 주변의 얼룩덜룩한 대류 세포, 그리고 각 극을 둘러싼 밝은 칼라 같은 띠입니다. 가까이 확대하면 달의 바다들은 들쭉날쭉한 해안선으로 서로 이어지고, 용암류마다 색조가 조금씩 다르며, 고요의 바다처럼 티타늄이 풍부한 곳은 살짝 푸르스름합니다. 플라톤과 그리말디는 바닥이 어둡고, 동쪽의 바다를 둘러싼 산맥 고리들은 서쪽 가장자리에 과녁 무늬를 만듭니다.

왜행성과 카이퍼 벨트

천문학자들은 1930년 발견부터 2006년까지 명왕성을 아홉 번째 행성으로 꼽았지만, 2006년 국제천문연맹이 명왕성을 왜행성으로 분류했습니다. 명왕성은 해왕성 궤도 너머 얼음 천체들이 모인 지역인 카이퍼 벨트에 있습니다. 카이퍼 벨트 천체는 얼음과 암석으로 이루어진 작은 천체로, 초기 태양계의 잔해입니다. 미니 태양계의 명왕성은 실제 궤도를 따릅니다. 이심률 0.25, 기울기 17°이며, 근일점은 해왕성 궤도 바로 안쪽에 있습니다. 해왕성이 세 바퀴 도는 동안 명왕성은 두 바퀴 돌고, 이 3:2 공명 덕분에 둘은 늘 멀리 떨어져 있습니다. 명왕성의 가장 큰 위성 카론은 실제 질량, 곧 명왕성의 8분의 1을 가지므로 둘은 그 사이의 한 점을 중심으로 돕니다. 궤도면도 실제처럼 거의 수직으로 서 있습니다. 실제 카론은 6.4일마다 한 바퀴 도는데, 여기서 계산하기에는 너무 빨라서 더 바깥에 두어 명왕성의 1년에 약 50바퀴 돌게 했고, 달처럼 60배 멀리 그립니다. 이름이 붙은 다른 왜행성들도 JPL 자료에 따른 실제 궤도를 따르며, 2026년 6월 9일에 있던 자리에서 출발합니다. 소행성대의 세레스(거리는 행성들처럼 압축했습니다), 카이퍼 벨트의 하우메아와 마케마케, 그리고 44° 기울어진 궤도로 97 AU까지 멀어지는 에리스입니다. 그 주위를 실제 벨트를 본떠 만든 카이퍼 벨트 천체 160개가 돕니다. 대부분은 태양에서 42~48 AU 거리의 거의 원 궤도를 돌고, 일부는 크게 기울어 있으며, 4분의 1인 플루티노는 명왕성과 같은 공명에 있습니다. 해왕성 바깥에서는 해왕성의 축척을 그대로 쓰므로, 이 궤도들은 해왕성과 비교한 실제 주기를 유지합니다. 명왕성과 카론을 가까이 확대하면 2015년 뉴호라이즌스가 본 모습이 보입니다. 얼음 평원 스푸트니크 평원이 있는 명왕성의 밝은 하트와 검붉은 크툴루 지역, 그리고 북극 위에 불그스름한 모자를 쓴 회색 카론입니다. 둘은 늘 서로에게 같은 면을 향합니다. 다른 왜행성들도 가까이에서 볼 수 있습니다. 돈 탐사선이 본 그대로 어둡고 크레이터로 뒤덮인 세레스와 오카토르 크레이터의 밝은 소금 얼룩, 검붉은 얼룩이 있는 얼음 알처럼 생겨 얇은 고리 안에서 3.9시간마다 자전하는 하우메아, 적갈색의 마케마케, 그리고 거의 하얀색으로 태양계에서 가장 밝은 천체 중 하나인 에리스입니다. 카이퍼 벨트 천체는 실제 모습대로 그려집니다. 회색에서 짙은 붉은색까지 있으며 모두 어둡습니다. 하나를 가까이 확대하면 울퉁불퉁한 작은 세계나, 2019년 뉴호라이즌스가 스쳐 지나간 아로코스처럼 두 덩어리가 붙어 있는 모습이 보입니다.

목성의 갈릴레이 위성

갈릴레오 갈릴레이는 1610년에 목성의 가장 큰 위성 네 개를 처음 보았고, 이 넷은 목성 위성계 질량의 거의 전부를 차지합니다. 이오는 목성의 조석으로 가열되어 태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 천체입니다. 유로파의 매끄러운 얼음 지각 아래에는 액체 물로 된 바다가 숨어 있을 가능성이 큽니다. 가니메데는 행성인 수성보다도 큰 태양계 최대의 위성이며, 자체 자기장을 만든다고 알려진 유일한 위성입니다. 칼리스토는 얼음과 암석으로 된, 크레이터가 빽빽한 오래된 표면을 가지고 있고 그 아래에 바다가 있을지도 모릅니다. 미니 태양계에서 이들은 실제 질량을 가지고 목성의 적도면을 돕니다. 실제 위성들은 1.8~16.7일에 한 바퀴 도는데, 여기서 계산하기에는 너무 빨라서 더 바깥에 두었지만 실제 거리 비율은 그대로라서, 유로파가 한 바퀴 돌 때 이오는 여전히 두 바퀴, 가니메데가 한 바퀴 돌 때 네 바퀴 돕니다. 이것이 라플라스 공명입니다. 14배 멀리 그립니다. 가까이 확대하면 갈릴레오 탐사선이 본 모습이 보입니다. 황으로 노랗게 물들고 극지방은 적갈색이며 어두운 화산이 흩어져 있고 그중 몇은 붉은 고리에 둘러싸인 이오, 불그스름한 균열이 가로지르는 밝은 얼음의 유로파, 더 밝은 홈 파인 지형 사이로 오래된 어두운 지역이 펼쳐지고 극지방을 서리가 덮은 가니메데, 그리고 고리 모양의 분지 발할라 주변에 크레이터가 빽빽한 어두운 칼리스토입니다. 모두 늘 같은 면을 목성 쪽으로 향합니다.

자주 묻는 질문

태양의 질량은 현실적인가요?

미니 태양계에서 태양은 1000, 목성은 1입니다. 실제 목성은 태양의 약 1/1047이므로 이 비율은 비슷합니다. 달은 실제 달처럼 질량이 지구의 1/81이고, 지구와 태양 사이 거리의 1/389 거리에서 돕니다. 지구 옆에서 보기에는 너무 가까워서 60배 멀리 그립니다. 화성에는 작은 위성 포보스와 데이모스가 있으며, 실제 질량을 가지고 지구 궤도에 대해 26.7° 기울어진 화성의 적도면을 돕니다. 실제 위성들은 7.7시간과 30시간에 한 바퀴 도는데, 여기서 계산하기에는 너무 빨라서 더 바깥에 두었지만 실제 거리 비율은 그대로라서 데이모스가 한 바퀴 도는 동안 포보스는 여전히 네 바퀴 돕니다. 둘 다 120배 멀리 그립니다. 토성의 가장 큰 위성이자 두꺼운 대기를 가진 유일한 위성인 타이탄은 실제 질량을 가지고 토성의 적도면, 곧 고리와 같은 면을 돕니다. 실제 타이탄은 16일마다 한 바퀴 돌기 때문에 이것도 더 바깥에 두었고, 12배 멀리 그립니다. 해왕성의 가장 큰 위성 트리톤은 해왕성의 자전과 반대 방향으로 거꾸로 돌며, 카이퍼 벨트에서 붙잡힌 천체로 보입니다. 실제 질량을 가지고, 궤도도 실제처럼 지구 궤도에 대해 130° 기울어 있지만, 실제 트리톤은 5.9일마다 한 바퀴 돌기 때문에 이것도 더 바깥에 두었고, 30배 멀리 그립니다. 천왕성은 옆으로 누워 있어서, 위성 미란다, 티타니아, 오베론은 지구 궤도에 대해 98° 기울어진 거의 수직인 면을 돕니다. 실제 질량을 가지고 있습니다. 티타니아와 오베론은 실제 간격을 유지해 오베론이 3분의 1 더 멀리 있으며, 실제 위성들은 8.7일과 13.5일에 한 바퀴 돌기 때문에 이들도 더 바깥에 두었습니다. 가장 안쪽의 미란다는 1.4일 만에 한 바퀴 돌기 때문에 실제보다 티타니아에 더 가까이 있습니다. 셋 다 50배 멀리 그립니다.

행성들은 오늘 있는 자리에서 출발하나요?

왜행성들은 그렇습니다. JPL의 궤도 요소를 바탕으로 2026년 6월 9일에 있던 자리에서 출발합니다. 행성들은 태양 둘레의 정해진 자리에서 거의 원에 가까운 궤도로 출발하므로, 그림은 오늘 밤하늘이 아니라 행성들이 움직이는 방식을 보여 줍니다.

PictorX가 시뮬레이션을 업로드하나요?

아니요. 브라우저의 캔버스에서 실행됩니다. 저장을 누르면 PNG가 다운로드되고, 편집을 누르면 그 이미지가 PictorX 편집기에서 열립니다.

명왕성은 왜 더 이상 행성이 아닌가요?

2006년 국제천문연맹은 행성을 태양 주위를 돌고, 자체 중력으로 둥글어질 만큼 질량이 크며, 궤도 주변을 깨끗이 정리한 천체로 정의했습니다. 명왕성은 앞의 두 조건은 충족하지만 카이퍼 벨트 천체들과 영역을 함께 쓰므로 이제는 왜행성입니다. 이 앱에서 명왕성도 다른 모든 천체처럼 뉴턴의 법칙을 따릅니다.