'태양계의 행성은 모두 태양을 중심으로 돌고 있다.' 이런 믿음은 어떻게 해야 사라질까?
실은 대부분의 천문학자가 설명을 위해 이런 표현을 사용한다. 하지만 엄밀하게는 그렇게 말하면 틀린다.
확실히 태양은 거대하다. 행성 가운데 가장 큰 목성도 그 질량은 태양의 1000분의 1밖에 되지 않는다. 즉 태양계 질량의 99%는 태양이 차지하고 있다.
중력의 강도는 중력원의 질량에 비례하기 때문에, 태양계에 속하는 모든 천체는 태양의 거대한 질량에 바탕을 둔 강대한 중력에 지배되고 있다. 이 때문에 태양계의 모든 천체는 '거의' 태양을 중심으로 공전하고 있다고 해도 좋다.
그러나 이것이 틀리다는 사실은 목성만 생각해도 곧바로 알 수 있다.
목성의 질량은 태양의 1000분의 1 정도이다. 태양과 목성만 생각하면 이 둘의 질량의 비가 1000이므로, 무게 중심의 위치는 태양의 중심으로부터 둘 사이의 거리의 1000분의 1 지점이 된다.
둘 사이의 거리는 약 7억 5000만 km이므로, 무게 중심은 태양의 중심으로부터 약 75만 km 떨어진 곳이다. 태양의 반지름은 약 70만 km이므로, 무게 중심은 태양의 표면에서 목성 쪽으로 5만 km 떨어진 상공이 된다.
천체가 어떤 다른 천체의 주위를 돈다는 표현은 정확하지 않다. 그 둘의 공통되는 무게 중심의 주위를 도는 것이다. 즉 목성은 정확히 말해 태양을 중심으로 공전하는 것이 아니라, 태양의 표면에서 5만 km 떨어진 곳을 중심으로 공전한다. 한편 태양도 사정이 마찬가지여서, 이 공통 무게 중심의 주위를 목성과 같은 주기로 공전하는 셈이다.
더욱 엄격하게 말하면, 태양계의 모든 천체는 태양을 포함한 태양계 모든 천체의 '공통 무게 중심'의 주위를 돌고 있다. 그 공통 무게 중심은 목성 뿐 아니라 다른 행성을 모두 감안해야 한다.
대략 말하면 행성 중에서 영향력이 큰 목성과 토성이 태양을 사이에 두고 서로 반대 방향에 위치하고 있을 때는 무게중심이 태양 내부에 놓인다. 그러나 같은 방향에 있을 때는 태양 반지름의 2배 되는 곳까지 움직인다. 공통 무게 중심의 위치는 행성들의 위치에 따라 태양의 내부로 들어가거나 밖으로 튀어나온다.
최근에는 이처럼 항성이 공통 중심의 주위를 비틀비틀 움직이는 현상을 이용해 외계 행성을 찾고 있다.
출처 : 뉴턴 2008.01호
저자 : 와타나베 준이치(일본 국립천문대 부교수)