항성 천문학: 항성 천문학


천문우주학과 교과과정: 천문우주학과 교과과정 기초과목 일천: 태양계천문(2-1), 항성천문(2-2), 은하천문(3-1) 관측: 기초관측 (2-1), 천문관측(3-2) 전산: 전산천문1 (2-1), 전산천문2(2-1), 천문영상처리(3-1) 물리: 천체역학1(역학1)(2-1), 기초천체물리(역학2)(1-2), 수리천문학1(전자기)(3-1), 수리천문학2(양자역학)(3-2) 고급과목 고급: 천체역학2(3-1), 천문광학(3-1), 분광학개론(3-2), 위치천문학(3-2) 천체물리학(4-1), 전파천문학 (4-2) 등등 필수과목


기초과목 교재 선택: 기초과목 교재 선택 일반천문학 (3학기) AN INTRODUCTION TO MODERN ASTROPHYSICS By Bradley W. Carroll and Dale A. Ostlie 천체물리학 서론 By Smith & 기본 천문학 등등 관측 (2학기) Indoor lab, Outdoor lab 전산 (2학기) 언어, topics, projects 물리 (4학기) 일반역학, 전자기학


담당 교수: 담당 교수 강영운 1976년 연세대학교 천문기상학과 1985년 University of Florida 천문학과 1985년 NASA 연구원 (GSFC) 1988년 세종대학 교수 1996년 Villanova University 객원교수 2000년 자연과학대학장 2002년 우주구조와 진화연구소장


AN INTRODUCTION TO MODERN ASTROPHYSICS: AN INTRODUCTION TO MODERN ASTROPHYSICS 저자: Bradley W. Carroll and Dale A. Ostlie 출판사: Addison-Wesley Publishing Company, © 1996 총 page: 1424 pp., ISBN 0-201-54730-9


목 차: 목 차 I  The Tools of Astronomy      1  The Celestial Sphere 3 2  Celestial Mechanics    25 3  The Continuous Spectrum of Light         63    4  The Theory of Special Relativity               93 5  The Interaction of Light and Matter   125 6  Telescopes       159            II  The Nature of Stars 199     7  Binary Stars and Stellar Parameters       201 8  The Classification of Stellar Spectra       223 9  Stellar Atmospheres          255 10 The Interiors of Stars                    315 11 The Sun         381 12 The Process of Star Formation           437 13 Post-Main-Sequence Stellar Evolution 483 14 Stellar Pulsation                      541 15 The Degenerate Remnants of Stars     577 16 Black Holes                                           633 17 Close Binary Star Systems         683   III  The Solar System       753 18 Physical Processes in the Solar System         755 19 The Terrestrial Planets                                    781    20 The Jovian Worlds                                             821    21 Pluto, Solar System Debris, and Formation    861 IV Galaxies and the universe 905 22 The Milky Way Galaxy             907 23 The Nature of Galaxies                    987 24 Galactic Evolution                                   1053   25 The Structure of the Universe                    1097 26 Active Galaxies                                             1155  27 Cosmology                                                      1221  28 The Early Universe                                          1289   2학년 1학기: 1 – 11 (태양계천문학) 2학년 2학기: 12 – 21 (항성천문학) 3학년 1학기: 22 – 28 (은하천문학)


Chapter 1 Celestial Sphere (천구의): Chapter 1 Celestial Sphere (천구의) 1.1 Greek Tradition (그리스 사람의 생각) 1.2 The Copernican Revolution (코페르니쿠스 혁명) 1.3 Position on the Celestial sphere (천구와 위치) 1.4 Physics and Astronomy (물리학과 천문학)


그리스 학파: 그리스 학파 피타고라스 (Pythagoras, 580-500 B.C) 수의 개념을 도입하여 우주를 설명 최초로 지구가 구형이라고 생각 플라톤 (Plato, 427-367 B.C) 중앙에 고정된 지구를 행성들이 그 주위를 회전 지구 주위에 천구가 둘러 쌓여 있는 모형 제시 아리스토텔레스 (Aristotle 384-322 B.C.) 지구는 구형, 지구는 우주의 중심 우주 모형 제작 히파르쿠스 (Hipparchus 190-120 B.C.) 행성의 역행운동의 설명을 위하여 주전원 모형 제시 프톨레마이오스 (Ptolemy AD 140경) 지구 중심 체계, 주전원 이론 완성


그리스인의 지구와 천구의: 그리스인의 지구와 천구의 그리스인들은 하늘에 보이는 천체들이 천구에 박혀있다는 우주 모형 제시 천구가 지구를 중심으로 회전 문제는 방황하는 별, 즉 행성의 운동


천체의 일주운동과 연주운동: 천체의 일주운동과 연주운동 일주운동 모든 천체는 동쪽에서 떠서 서쪽으로 진다. 연주운동 계절마다 보이는 별자리가 다르다. 그리스인들의 천구는 일주운동과 연주운동을 잘 설명할 수 있다.


Slide12: 천구의 오늘날의 연주운동 그리스인들은 천구가 하루에 한번 지구를 돌지만, 정확히 한 바퀴를 돌지 않아서 연주운동이 일어난다고 생각했다.


화성의 역행운동: 화성의 역행운동 화성은 다른 별들 사이를 지나가면서 가끔 루프를 그리며 이동한다. 이 루프 현상을 설명하는 것이 고대우주론의 가장 큰 숙제였다.


프토레마이오스의 주전원 이론: 프토레마이오스의 주전원 이론 프토레마이오스는 그리스 학파들의 우주론을 다시 정리하면서 equant를 도입하여 주전원 이론을 확립한다.


주전원 (Epicycle) 이론: 주전원 (Epicycle) 이론 주전원의 중심은 시계 반대 방향으로 가상의 원 deferent를 따라 돌고, 주전원 자체도 시계 반대 방향으로 돈다 주전원에서 움직이는 행성은 지구에서 보기에는 루프 모양을 그리며 1-7 사이로 움직인다 3-5 사이에서는 반대 방향으로 움직인다. 즉 역행운동 Epicycle: 주전원 Deferent: 가상의 원 Equant: 상응점


주전원 운동의 동영상: 주전원 운동의 동영상


1.2 코페르니쿠스의 혁명: 1.2 코페르니쿠스의 혁명 중세기 아라비아에서는 천문학이 대단히 발달하여 정확한 관측 자료가 많이 수집되었다. 그 결과, 프톨레마이오스의 이론은 수정, 보완 되어야 할 단계에 이르렀다. 프톨레마이오스의 천동설은 정밀한 관측이 가능한 행성의 운동을 설명하기 위하여는 7개의 행성이 240개 이상의 주전원을 타고 돌아야만 하였다. 이와 같은 상황하에서 1514년 신부 니콜라스 코페르니쿠스는 보다 단순한 모델을 제안하였다.


행성의 역행운동: 행성의 역행운동 지구의 공전속도는 외행성의 공전속도보다 빠르다. 빠르게 움직이는 지구는 외행성을 따라 잡기 때문에 하늘에 투영된 외행성의 모습은 루프 모양의 궤도를 그리는 역행운동을 한다.


행성의 역행운동 동영상: 행성의 역행운동 동영상


내행성 궤도: 내행성 궤도


항성일과 태양일1 태양일은 1 항성일 보다 약간 길다: 항성일과 태양일 1 태양일은 1 항성일 보다 약간 길다


Solar day animation: Solar day animation


항성일과 태양일: 항성일과 태양일 지구는 태양을 공전하는데 약 365.26일 하루에 역 1도 (시간으로는 4분) 공전 1 항성일: 23시간 56분 1 태양일: 24시간 1 태양일은 항성일 보다 약 4분 길다 남중에서 그 다음 남중까지 지구가 약 361도 회전 별은 하루에 4분 일찍 뜬다


1/S = 1/P – 1/T회합자전주기 항성자전주기 항성공전주기: 1/S = 1/P – 1/T 회합자전주기 항성자전주기 항성공전주기 태양 수성 To star To star B D C A 지구의 하루가 지난 후 수성은 먼 별에 대하여 360/P 만큼 자전 (회전)하고 그 각은 A가 된다. 태양에 대하여는 360/S 만큼 회전하고 그 각은 B가 된다. 각 A와 B의 차이는 수성이 공전궤도를 움직인 각 거리가 되며 360/T, 그 각은 C=D가 된다. 그러므로 360/P – 360/S = 360/T 즉 1/P -1/S = 1/T 혹은 1/S = 1/P – 1/T


수성의 회합자전주기, 항성자전주기, 항성공전주기S P T: 수성의 회합자전주기, 항성자전주기, 항성공전주기 S P T 항성자전주기: 58.7일 (도플러 효과로 측정) 항성공전주기: 88일 1/S = 1/P – 1/T = 1/58.7 - 1/88.0 = 0.00567 S = 176일 (수성의 하루) S: 회합자전주기 (하루), P: 항성자전주기, T: 항성공전주기 수성의 하루는 1년의 2배가 된다.


수성의 자전과 공전: 수성의 자전과 공전 수성의 하루는 남중 (1)에서 다음 남중 (15)까지 176 지구일 2번 공전 (88일 x 2=176) = 하루 (176일)


수성의 1년과 하루: 수성의 1년과 하루


공전주기: 공전주기 1/S = 1/P – 1/P(지구) 내행성 1/S = 1/P (지구) – 1/P 내행성 P(지구): 지구 항성공전주기 (365.26 일) P: 행성의 (항성)공전주기 S: 행성 회합공전주기 수성인 경우 1/S = 1/P – 1/P(지구)=1/88.0 – 1/365.26 S = 115.9 일


Position on the Celestial Sphere: Position on the Celestial Sphere 천문학은 시간과 방향을 제공하는 학문 시간 지구의 자전과 공전 자전: 하루를 정의 공전: 1년을 정의 방향 지구의 회전축 북극과 남극 정의


지구 좌표계 (경도, 위도): 지구 좌표계 (경도, 위도) 경도 (Longitude) 그린위치 천문대를 기준으로 동서 방향으로 각각 180도씩을 움직이며, 위도 (Latitude) 적도면을 기준으로 남북 방향으로 각각 90도씩을 움직인다. 서울인 경우 동경 127도, 북위 37.5도로 지구상에서 위치를 표시할 수 있다. 서울이 그린위치 천문대에서 동쪽으로 127도, 지구 적도에서 북쪽으로 37.5도 떨어진 것을 의미한다. 이를 지구 좌표계라 한다.


천구: 천구 천체의 위치를 나타내기 위해서는 천체를 가상의 천구면에 투영하여 좌표를 설정한다. 관측자를 중심으로, 반지름이 무한한 천구를 가상하자. 넓은 들판에서는 지평선을 볼 수 있고 반구 형태의 하늘을 생각할 수 있다. 이것이 가상의 천구이다


아래의 용어를 정의합시다: 아래의 용어를 정의합시다 천정 zenith 수평 horizon 북극/남극 north/south pole 북점 north point 남점 south point 고도 altitude 방위각 azimuth 천정거리 zenith distance


수평좌표계: 수평좌표계 고도 + 천정거리 = 90도


Slide35: 황도 ecliptic 적도 equator 춘분 vernal equinox 적경 right ascension 적위 declination 시간권 hour circle 시간각 hour angle


적도좌표계: 적도좌표계


수평좌표계와 적도: 수평좌표계와 적도


수평-적도 좌표계를 함께 그려봅시다: 수평-적도 좌표계를 함께 그려봅시다 천정 수평 적도 하늘의 북극 위도 지구-관측자 천구 천정 수평 적도 관측자위도 북극 별 자오선 고도-방위각 적위-적경 방위각-고도, 적경-적위를 표시하여 봅시다.


적경과 적위를 표시하여 봅시다: 적경과 적위를 표시하여 봅시다 춘분점 방위각 고도 적경 항성시 = 적경 + 시간각ST = RA + HA 시간각 항성시 자오선


적도 좌표계: 적도 좌표계


Slide41: 황도좌표계 황경 황위 은하좌표계 은경 은위


좌표계: 좌표계


적도 좌표계와 태양의 위치: 적도 좌표계와 태양의 위치 춘분 RA: 0h 0m Dec: 0° 0’ 하지 RA: 0h 0m Dec: +23.5° 동지 RA: 18h 0m Dec: -23.5° 추분 RA: 12h 0m Dec: 0° 0’


계절의 변화: 계절의 변화 23.5° 지구 자전축은 공전궤도면의 수직인 면에 대하여 23.5° 기울어져있다. Cos 70° = 0.34 70°


세차운동: 세차운동 지구의 자전축은 아주 미세하게 흔들린다. 왜? 적도반경 극반경 보다 약 21 km 길다. equatorial bulge (적도벌지) 달-태양이 당기는 힘이 적도벌지에 작용하여 토크를 유발시키고, 이 토크로 적도가 황도쪽으로 향하는 흔들림 현상이 나타난다. 장동 ( Nutation) 달-지구-태양의 위치 변화로 축에 영향


세차운동의 영향: 세차운동의 영향 지구세차 주기: 25770년 현재 북극성은 북극에서 약 1° 떨어져 있다. 약 13,000년 후에는 북극에서 약 47° 떨어질 것으로 예상 춘분점은 황도를 따라서 50.26”/year 정도 서쪽으로 이동한다. 지구-행성에 의한 세차운동으로 춘분점은 0.12”/동쪽으로 이동한다. 지구회전축 운동 북극 및 적도 이동 춘분점 이동 적경 적위 변화


세차 보정: 세차 보정 적경: Δα = (m + n sin α tan δ) N 적위: Δδ = (n cos α) N 여기서 N은 기준시점에서 원하는 시간까지의 햇수 m = 3.07327 sec/year n = 20.0426”/year 1950.0년 기준의 α = 19h 48.3m δ = +8° 44’ 일때 1989년 7월 30일의 좌표를 구하라


연습문제: 연습문제 천구상에 관측자 머리위 수직 방향에 있는 점을 (1)________ 이라 한다. 이 점을 지나고 수평선의 북점과 남점을 통과하는 대원을 (2)_________ 이라 하며, 이 대원은 하늘을 (3)_________쪽과 (4)_________ 하늘로 나눈다. 이 대원상에는 하늘의 북극이 있는데 이 점은 서울의 수평선에서 (5)_________도 (북, 남, 동, 서)쪽으로 떨어져 있다. 하늘의 북극과 수평선과의 각거리는 서울의 (6)_________와 같다. 하늘의 북극은 지구의 (7)_________ 바로 위에 위치한다. 하늘의 적도는 지구의 (8)_________ 평면상에 위치한다. 서울 하늘에서 하늘의 적도가 자오선과 만나는 점은 천정에서 (9)_________도 (10)_________쪽으로 떨어져 있다. 이 각거리는 서울의 (11)_________과 같다.


연습문제: 하늘의 적도가 수평선과 만나는 두 점을 (12)_________과 (13)_________이라 한다. 태양이 일년 동안 지나가는 길을 (14)_________라 한다. 태양은 이 대원을 따라 (15)_________쪽으로 움직인다. 이 대원과 하늘의 적도가 두 점에서 만나는데 그 점을 (16)_________과 (17)_________이라 한다. 태양이 남쪽에서 북쪽으로 지나갈때 만나는 점을 (18)_________ 이라 한다. 이 점의 적경과 적위는 각각 (19)_________과 (20)_________이다. 연습문제


구면삼각형구면에서 세 변이 대원의 호로 이루어진 삼각형: 구면삼각형 구면에서 세 변이 대원의 호로 이루어진 삼각형 구면 삼각형은 3개의 변 (a, b, c)과 3개의 사이각 (A, B, C)으로 정의 변: 대원의 호가 구의 중심과 이루는 각 사이각: 두 대원의 사이각


구면삼각형 법칙: 제 1 법칙 (cos 법칙) cos a = cos b * cos c + sin b * sin c * cos A cos b = cos c * cos a + sin c * sin a * cos B cos c = cos a * cos b + sin a * sin b * cos C 제 2 법칙 (sin 법칙) sin A sin B sin C ---- ---- ---- sin a sin b sin c 제 3 법칙 cos A = - cos B * cos C + sin B * sin C * cos a 구면삼각형 법칙 = =


Astronomical triangle천문삼각형: Astronomical triangle 천문삼각형 A: 시간각 (H) C: 방위각 (A) a: 90 – 고도 (h) b: 90 – 위도 (φ) c: 90 – 적위 (δ) cos a = cos b cos c + sin b sin c cos A = cos (90-φ) cos(90- δ) + sin (90-φ) cos(90- δ) cos H = sin φ sin δ + cos φ cos δ cos H 여기서 a 는 ?


예제: 망원경이 천정을 향하여 parking되어 있다. 이때의 적경과 적위를 구하라.: 예제: 망원경이 천정을 향하여 parking되어 있다. 이때의 적경과 적위를 구하라. 그림에서 천정의 적위 (δ)는 ? 90 – φ 적경 (α, RA) 는? 항성시 (ST) = 시간각 (HA) + 적경 (RA) 이 경우, 적경 = 항성시 (시간각=0)


Slide56: sin Θ = Θ 단 Θ << 1 원주율


Great Pyramid at Giza: Great Pyramid at Giza


King Khufu: King Khufu King Khufu, who is also known by the greek name "Cheops," was the father of pyramid building at Giza. He ruled from 2589 - 2566 B.C. and was the son of King Sneferu and Queen Hetpeheres


Khafre: Khafre Khafre, who was the son of Khufu, was also known as Rakhaef or Chephren. He ruled from 2520 - 2494 B.C. and is responsible for the second largest pyramid complex at Giza, which includes the Sphinx, a Mortuary Temple, and a Valley Temple. The most distinctive feature of Khafre's Pyramid is the topmost layer of smooth stones that are the only remaining casing stones on a Giza Pyramid.


Menkaure: Menkaure Menkaure, also known as Mycerinus, ruled from 2490 - 2472 B.C.. He was king of the smallest of the three pyramids at Giza, and is believed to be Khufu's grandson.


Sphinx (스핑크스): Sphinx (스핑크스) The Sphinx, which embodies the body of a lion and the head of a pharaoh, is believed to be the head of Khafre and his guardian spirit for his entire burial complex. Carved from the natural limestone of Giza, the sphinx has disintegrated over the years, entire pieces dropping off to the desert floor below. It is not known to have chambers inside, like those found in the pyramids at Giza.


피라미드 내부: 피라미드 내부


Great Pyramid 크기 측정값: Great Pyramid 크기 측정값


피라미드: 피라미드 The chiseled mark at the bottom of the North face115.090m from North West corner and 115.161m from the North East corner The 4 corner angles North West89 59' 58" North East90 3' 2" South East 89 56' 27" South West90 0' 33" 4변의 길이 North 230.253 meters East 230.391 meters South 230.454 meters West 230.357 meters 4변의 각도 2' 28" South of due West 5' 30" West of due North 1' 57" South of due West 2' 30" West of due North


타원의 성질: 타원의 성질


타원과 이심율: 타원과 이심율