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내 첫 번째 계획은 어떤 행성*에 외계인이 있는지 살펴보는 거야. 넓은 우주의 수많은 행성 중 외계인은 어디 있을까? 일단 우주선을 타고 행성의 궤도(지나가는 길)를 따라 같이 뱅글뱅글 돌면 알 수 있을 거야. 그런데 행성은 어떻게 돌고 있더라?
태양과 행성의 힘 겨루기
행성은 다른 천체 주변을 뱅뱅 도는데, 이를 ‘공전’이라고 해요.
대부분 행성이 공전할 때 지나가는 길의 모양은 떡국 떡과 닮은 타원이지요. 태양계 행성들도 태양 주변을 타원 모양으로 돌아요. 태양은 아주 크고 무겁기 때문에 행성을 잡아당기는 힘이 커요. 행성이 태양에서 멀어질 수 없게 만들지요. 그런데 행성은 계속 태양으로부터 벗어나려고 해요. 둥근 길을 따라 움직이는 물체는 길을 벗어나 바깥으로 나아가려는 힘, 즉 원심력을 갖게 되거든요. 행성이 태양으로부터 벗어나려는 힘과 태양이 행성을 잡아당기는 힘이 서로 겨루다보니 타원 모양으로 움직이게 되는 거예요.
행성이 타원 모양으로 돈다는 사실을 처음 밝혀낸 인물은 17세기 독일의 수학자이자 천문학자인 요하네스 케플러예요. 당시 사람들은 행성이 정확한 원을 그리며 움직인다고 믿었어요. 하지만 케플러가 행성의 움직임을 관측해보니 이상한 점이 있었어요. 원 모양으로 돈다면 행성과 태양의 거리가 항상 같아야 했지만 계산해보니 그렇지 않았거든요. 행성이 태양과 가까워졌다가 멀어지는 건 타원 모양으로 돌고 있기 때문이었죠. 이를 바탕으로 케플러는 행성의 운동을 설명하는 ‘케플러 법칙’을 만들었어요.
둥글지만 원이 아니다?
타원은 고대 그리스 수학자 아폴로니우스가 원뿔을 연구하며 처음 알려진 도형이에요. 원뿔은 고깔모자처럼 밑면이 원이고, 옆면이 굽은 면인 입체도형이지요. 아폴로니우스는 원뿔을 비스듬히 자르면 만들어지는 도형을 타원이라고 이름 붙였어요. 원뿔을 여러 각도로 자르면 타원뿐 아니라, 원과 포물선 등 여러 곡선이 생겨나지요. 이런 곡선들을 원뿔에서 생겨난 곡선이라는 의미로 ‘원뿔 곡선’이라고 불렀어요.
타원과 원은 비슷하게 생겼지만, 완전히 다른 도형이에요. 원은 하나의 중심점에서부터 같은 거리에 있는 점을 이은 도형이에요. 원 위의 어떤 점이든 중심점까지의 길이가 모두 같지요. 반면 타원은 중심점이 2개예요. 예를 들어 타원의 중심점 2개에 ❶, ❷라고 번호를 붙이고, 타원 위의 어떤 점 2개를 A, B라고 해봐요. ❶에서 A까지의 거리와 ❷에서 A까지의 거리를 더한 값이 5라면, ❶에서 B까지의 거리와 ❷에서 B까지의 거리를 더한 값도 5가 된다는 뜻이에요.
*용어정리
행성: 행성은 스스로 빛을 내지 못하고 별 주위를 빙빙 도는 천체예요. 반면 별은 항상 일정한 자리에서 스스로 빛과 열을 내요. 지구는 행성, 태양은 별이지요.
