천체역학의 시작

천체역학은 수학을 주요 연구수단으로 하고 있으며, 천체의 모양은 주로 유체나 탄성체에 의해 내부 중력과 자전 원심력에 작용하는 균형의 모양과 그 변화 법칙에 근거합니다. 천체의 내부와 천체의 상호 만유인력은 천체의 운동과 모양을 결정하는 주요 요소이며, 천체의 체력은 만유인력의 법칙에 기초합니다. 만유인력의 법칙이 일부 관측 사실과 모순되는 점(수성의 최근 점진적 문제)을 발견하고 아인슈타인의 넓은 의미의 상대성 이론으로 이러한 사실을 더 잘 해석할 수 있지만, 천체역학의 절대다수 과제에는 상대성 이론의 효과가 그다지 뚜렷하지 않습니다. 그래서 천체역학에서는 단지 어떤 특수한 문제에 대해서만 넓은 의미의 상대성 이론과 다른 중력이론을 응용해야 한다.

천체역학은 천문학의 한 갈래로 천체의 운동과 만유인력의 작용을 다루고 있는데, 응용물리학, 특히 뉴턴역학으로 천체의 역학운동과 모양을 연구합니다. 연구 대상은 태양계 내 천체와 멤버가 많지 않은 항성 시스템입니다. 뉴턴, 라그랑주 항해의 발달로 시작해서 이론 연구의 성숙과 함께 완벽을 향해 나아가고 있습니다.

천체역학은 섭동이론, 수치 방법, 정성 이론, 천문 역동학, 천체 모양과 자전 이론, 다체 문제(그 안에 이체 문제가 있음) 등 여섯 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

천체역학도 천체력을 짜는 데 쓰였고, 1846년 섭동 이론으로 발견한 해왕성도 천체역학 발전을 대표하는 상징 중 하나였습니다. 천체역학의 탁월한 성취는 천체역동학을 발전시켜 각종 인공위성의 궤도를 연구하고 발전시키는 것입니다.

 

천체역학의 시작

기원전 1, 2천년 무렵부터 중국과 다른 문명국들이 태양과 달, 큰 행성 등 천체의 시운동으로 년, 달, 계절을 정하고 농업에 봉사하기 시작했습니다. 관측정도가 높아지고 관측 자료가 축적되면서 이들 천체의 진운동을 연구해 미래의 위치와 천상을 예보하고 농업항해사업 등을 더 잘 할 수 있게 됐습니다.

고대 바빌론은 천체의 위치를 역학적으로 추론할 수 있는 이론은 없었지만 태양과 달과 행성의 반복적인 작동 패턴을 이미 가려냈습니다. 이들은 과거 기록의 천체 위치를 표로 만들어 반복되는 현상이 나타나면 행성의 미래를 측정하고 예측하는 운동을 합니다. 중국에서는 황실의 천문학자들도 천체 현상을 관측하고 행성과 객성(혜성과 새별일 수 있음)의 위치를 기록합니다. 행성 스포츠를 예측하는 데 쓰이지 않았지만 현대 천문학에 유용한 기록들입니다. 그리스의 철학자들은 행성의 운동과 예측을 많이 썼고 행성의 운동을 설명하기 위한 메커니즘을 많이 제시했습니다. 이들은 지구를 중심으로, 행성은 고른 원주 운동을 하고 있습니다. 고대 그리스의 아리스타커스(서원 310-230)는 태양이 우주센터 모델이라고 주장하며 지구와 태양의 거리를 측정하려 했습니다.

역사적으로 태양과 달, 그리고 대행성 운동이라는 가설이 나왔지만 1543년 코페르니쿠스가 일심체계를 내세우자 태양계의 진운동이 반영된 모델이 나왔습니다. 케플러는 다년간 행성 관측 자료를 바탕으로 16091619년 유명한 행성운동의 3대 법칙을 제시했고 케플러의 법칙은 행성운동을 깊이 있게 묘사해 지금도 중요한 역할을 하고 있다. 그는 유명한 케플러 방정식을 제시하며 행성의 궤도 요소를 정의했습니다. 행성(그리고 달)의 더 정확한 위치를 알려주는 이론 천문학이 천체역학의 전신입니다. 이때까지 천체(태양과 달, 대행성을 지칭)에 대한 진운동은 묘사 단계일 뿐 행성운동의 역학적 원인을 규명하지 못했습니다.

중세 말기 다빈치가 역학 개념을 많이 제시하면서 힘의 역할이 인식되기 시작했습니다. 갈릴레오는 역학에 큰 기여를 하여 동력학에 초석을 놓았고 뉴턴의 3법칙 발견의 토대를 마련했습니다. 뉴턴은 역학수학천문학에 대한 선인들의 성취와 20여 년간 반복된 연구에 따라 1687년 출간된 자연철학의 수학적 원리에서 만유인력의 법칙을 제시합니다. 그는 저명한 뉴턴의 3대 운동법칙을 제시해 사람들을 동력학으로 이끌었습니다. 천체의 운동과 모양에 대한 연구가 새로운 역사 단계로 접어들면서 천체역학이 본격적으로 탄생했습니다. 뉴턴은 이런 명칭을 제시하지 않고 이론 천문학으로 이 분야를 표현하고 있지만 뉴턴은 사실 천체역학의 창시자입니다.