"어쩌면 태양계 행성 배열에 숨은 법칙이 있을지도 모른다" - 태양계 행성 추가학습 [티티우스-보데 법칙]
* 이 콘텐츠는 '태양계' 학습 가운데 '행성'에 관한 내용을 담고 있습니다.
* 학생의 흥미를 유발하기 위해 수업 시작 시 보여 주시거나, 생각할 거리를 던져 주는 용도로 수업의 마무리 시에 활용하시면 좋습니다.
티티우스-보데 법칙은 일명 '보데의 법칙'이라 합니다.
티티우스가 먼저 주장했으나, 이후에 동료였던 보데가 널리 알렸기 때문입니다.
고대 그리스로부터 이어온 행성 배열에 관한 법칙 발견에 관한 열망이
18세기에 와서야 구체적으로 모습을 드러냈습니다.
이론과 실증을 통한 식은 아니었지만,
경험식(경험을 통해 도출한 식)이 들어 맞는다는 점만 해도 대단한 일이었습니다.
티티우스-보데 법칙은
천왕성과 세레스의 발견에 큰 영향을 끼쳤고,
태양계 행성의 배열에 관한 고민을 덜어 주기도 했습니다.
심지어 해왕성 같은 예외에도 불구하고
새로운 고민으로 나아갈 힘을 주었다고 볼 수 있습니다.
현재는 '불완전한 법칙'으로 인식되면서
전문가들의 논의에서 존재감이 줄어들었지만,
천문학의 역사에서 커다란 획을 그은 것만은 분명합니다.
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영상을 통해 가볍게
'티티우스-보데 법칙'과
'이에 따른 천체의 발견',
'2006 국제천문연맹 회의의 결정에 따른 행성의 정의'
등을 알아 보았습니다.
이에 따른 심화학습을 진행해 볼까요?
티티우스-보데 법칙(Titius-Bode's law)
1) 태양계에 숨어 있는 숫자의 비밀 _’티티우스-보데 법칙’의 배경
자연 현상 뒤의 숨은 법칙을 찾으려는 고대로부터의 의지
-고대 그리스의 피타고라스는 ‘모든 자연 현상 뒤에는 수의 조화가 숨어 있다’고 생각했다.
-그는 “자연을 이해하기 위해서는 자연 현상 뒤에 숨어 있는 수의 조화를 알아내야 한다”고 주장했다.
-피타고라스와 비슷한 생각을 했던 많은 과학자들이 자연 현상 속에서 수의 조화 또는 수의 법칙을 찾아내려고 노력했다.
태양에서 행성까지의 거리에서 규칙을 발견하고자 한 전근대의 과학자들
-많은 학자들이 태양에서부터 행성까지의 거리에서 어떤 규칙을 찾으려고 노력했다.
-1715년에 출판된 「천문학 원론」에서 데이빗 그레고리는 태양에서부터 지구까지의 거리를 10이라고 하면 태양에서 수성까지의 거리는 4이고 금성까지의 거리는 7이며, 화성은 15, 목성까지는 52, 토성까지의 거리는 95라고 주장했다.
-비슷한 숫자들이 1724년에 크리스천 울프가 출판한 책에도 등장했다.
2) 티티우스-보데 법칙
① 티티우스의 주장
“신이 ‘법칙의 공백’을 남겨 두었을 리가 없다.”
-1766년, 요한 다니엘 티티우스는 찰스 보네의 책을 번역하면서 태양에서 토성까지의 거리를 100이라고 했을 때 금성은 7, 지구는 10, 화성은 16에 위치해 있으며, 목성은 52의 위치에 있다고 했다.
-이 책에서 28이 되는 지점에 있어야 할 행성이 빠져 있다는 주석을 달아 놓았으며, “신이 빈 공간을 남겨 두었을 리가 없다”고 말했다.
-‘행성의 거리에 대한 수열’ 관계식인을 주장했다.
② 보데의 발표와 공론화
보데의 법칙
-1768년에 열아홉 살이던 요한 엘러트 보데는 그의 책에 티티우스가 주장했던 것과 같은 내용의 글을 실었다.
* 처음에는 이 글의 원전을 밝히지 않았지만 후에 출판한 책에서 ‘티티우스의 글에서 인용한 것’이라고 밝혔다.
-이 법칙이 발표되었을 당시 알려져 있던 행성들의 거리는 n이 3인 곳에 있어야 할 행성이 없다는 것을 제외하면 잘 들어맞았다.
-이미 알려진 숫자들을 이용해 만들어낸 수열이라는 생각 때문에 1781년에 천왕성이 발견될 때까지 사람들은 이 법칙에 별다른 관심을 보이지 않았다.
-그러나 천왕성의 발견 뒤 천왕성까지의 거리가 ‘n이 6인 지점에 해당된다’는 것이 알려지면서 티티우스-보데 법칙은 주목을 받았다.
③ 티티우스-보데 법칙
널리 받아들여진 ‘티티우스-보데 법칙’
-천왕성의 발견 뒤 천왕성까지의 거리가 ‘n이 6인 지점에 해당된다’는 것이 알려지면서 ‘티티우스-보데 법칙’은 주목을 받았다.
-보데는 n이 3인 지점에서 행성을 찾아볼 것을 촉구했고, 이 지점에서 1801년에 소행성 세레스가 발견되었다.
-그후 보데의 법칙은 널리 받아들여졌다.
④ ‘티티우스-보데 법칙’과 행성까지의 거리
‘티티우스-보데 법칙’과 행성까지의 실제 거리
* AU : 천문단위(Astronomical Unit)로 ‘1AU(1천문단위)’는 태양과 지구의 평균 거리인 약 1억 4,960만 km이다.
* 세레스와 명왕성은 ‘왜행성(Dwarf Planet)’이다.
* 해왕성과 명왕성은 넓은 의미에서 카이퍼대(Kuiper Belt, 30~50AU)에 속해 있고 카이퍼대의 평균은 수열 7의 값에 수렴한다.
3) 무대 뒤로 사라지는 ‘티티우스-보데 법칙’
① 명왕성의 ‘행성 지위’에 관한 의심
명왕성, 행성의 지위를 의심받다
-달 정도의 크기라고 여겼던 명왕성이 실제로는 달 크기의 3분의 2 크기밖에 되지 않았다.
-공전궤도가 29.7~49.3AU 사이의 길쭉한 타원 모양으로 해왕성의 궤도 안쪽으로 들어오는 경우도 있다.
-위성이라 알려진 카론이 명왕성의 주위를 도는 게 아니라, ‘서로의 주위 ’를 돈다.
-카이퍼대에서 명왕성보다 큰 천체 ‘에리스’가 발견됐다.
② 국제천문연맹(IAU) 총회의 결정
국제천문연맹(IAU) 총회, 행성의 정의를 새롭게 하다
-2006년 8월, 제26차 총회에서 국제천문연맹은 세레스, 명왕성, 마케마케, 에리스, 하우메아 등의 천체 지위를 놓고 ‘행성의 정의’를 논했다.
-이에 따라 ‘새로운 행성의 정의’가 정해졌고, ‘왜행성(왜소행성, Dwarf Planet)’의 정의가 등장했다.
-새로운 행성의 정의에 따라 명왕성은 행성의 지위를 잃었으며, 왜행성에 속하게 되었다.
왜행성 정의에 부합하는 ‘현재의 다섯 왜행성’
행성과 왜행성의 정의
③ ‘티티우스-보데 법칙’의 또 다른 가능성
무대 뒤로 사라지는 ‘티티우스-보데 법칙’
-1846년 해왕성이 발견된 후에 해왕성이 ‘티티우스 보데 법칙’과 맞지 않는 위치에 있다는 것이 밝혀지면서 신뢰를 잃게 된다.
-그후 소행성대에서 수많은 소행성이 발견되고 명왕성과 카이퍼대의 얼음 소행성들이 발견되자 ‘티티우스 보데 법칙’은 자연스레 많은 이들의 논의에서 멀어진다.
그럼에도 존재하는 또 다른 가능성
-1. 세레스는 ‘왜행성’으로 분류되지만 ‘세레스를 포함한 소행성대’는 티티우스-보데 법칙의 n=3 수열에 해당한다.
-2. 해왕성은 n=7 수열의 예외에 해당하지만, ‘해왕성과 명왕성, 에리스를 포함한 카이퍼대’로 확장하면 n=7 수열에
해당한다.
* 넓은 의미에서 티티우스-보데 법칙이 맞다는 전제 아래 분포 방식에 따른 예외 사례에 대한 고찰 가능