지구 궤도 이심률과 기울기를 손쉽게 측정하는 방법

초록

간단한 손목시계형 해시계(못과 합판)를 이용해 1년 동안 태양 고도를 측정하면, 일일 평균 태양시와 고도 변화를 통해 지구 궤도의 이심률과 자전축 기울기(경사각)를 충분히 정확하게 구할 수 있다.

상세 요약

이 논문은 고전 천문학의 기본 방정식을 실험실 수준의 장비에 적용함으로써, 대학 초년생도 직접 지구 궤도 이심률(e)과 자전축 경사각(ε)을 구할 수 있음을 보여준다. 실험 장치는 평평한 합판 위에 수직으로 고정된 못(gnomon) 하나뿐이며, 하루 중 태양이 가장 높은 위치에 있을 때(정오) 그림자의 길이를 측정한다. 그림자 길이 L과 못의 높이 H 사이의 관계 tan α = L/H를 이용해 태양 고도 α를 구하고, α와 관측 위도 φ를 이용해 태양의 적위 δ를 역산한다. δ는 계절에 따라 δ = ε sin λ(λ는 태양의 황도경)로 변하므로, 연중 δ의 변화를 곡선 피팅하면 ε를 직접 얻을 수 있다.

또한, 정오 시점에서 그림자가 가장 짧아지는 순간을 시계로 기록하면, 실제 태양시와 평균 태양시 사이의 차이인 방정식 시간(E) 값을 구할 수 있다. 방정식 시간은 두 주요 원인, 즉 궤도 이심률에 의한 비등속 운동과 지구 자전축 기울기에 의한 시각 차이로 구성된다. E(날) ≈ 4 ·