공전 주기 계산기
케플러 제3법칙을 이용해 긴반지름과 중심 천체 질량으로 원궤도 주기와 속도를 계산합니다.
공전 주기 계산
중심 간 거리인 긴반지름을 킬로미터로, 중심 천체 질량을 킬로그램으로 입력하세요.
공전 주기란?
공전 주기는 물체가 중심 천체 주위를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간입니다. 이 계산기는 뉴턴 형태의 케플러 제3법칙을 사용합니다. 주기는 긴반지름의 세제곱을 중력 상수와 중심 질량의 곱으로 나눈 값의 제곱근에 원주율의 두 배를 곱한 값입니다. 원궤도에서 긴반지름은 일정한 궤도 반지름과 같습니다. 계산기는 중력 상수와 질량의 곱을 반지름으로 나눈 값의 제곱근으로 구하는 원궤도 속도도 표시합니다.
긴반지름은 중심 간 거리이며 행성 표면 위의 고도가 아닙니다. 지구 저궤도 위성을 계산하려면 위성 고도에 지구의 평균 반지름인 약 6,371 킬로미터를 더하세요. 입력값은 킬로미터로 받으며, SI 중력 상수와 단위를 맞추기 위해 내부에서 미터로 변환합니다. 중심 천체 질량은 킬로그램으로 입력합니다. 천문학적 질량에는 지구의 5.972e24처럼 과학적 표기법을 사용하면 편리합니다.
주기는 긴반지름의 이분의 삼 제곱에 비례해 증가하므로 궤도를 바깥으로 옮기면 주기가 훨씬 길어집니다. 반지름이 같을 때 중심 질량이 커지면 중력이 강해져 주기가 짧아집니다. 정지 위성은 이 관계를 잘 보여 줍니다. 지구 중심에서 약 42,164 킬로미터 떨어진 곳에서는 공전 주기가 지구의 항성 자전 주기와 일치합니다. 지구 저궤도 위성은 훨씬 가까운 곳에서 더 빠르게 이동하며 약 구십 분마다 지구를 한 바퀴 돕니다. 같은 물리 관계가 행성 주위를 도는 위성과 항성 주위를 도는 행성에도 적용됩니다.
사용된 공식은 공전하는 물체의 질량을 중심 질량에 비해 무시할 수 있다고 가정합니다. 더 일반적인 공식에서는 분모에 두 질량의 합이 들어갑니다. 또한 이상적인 이체 근사를 사용하고 원궤도 속도를 표시합니다. 타원궤도에서는 위치에 따라 속도가 달라지지만 주기는 여전히 긴반지름에 의해 결정됩니다. 대기 저항, 비구형 중력, 제3천체 섭동, 복사압 및 상대론적 효과는 제외됩니다. 교육, 신속한 임무 추정 및 일관성 확인에 활용하세요. 실제 궤도 계획에는 정밀 천체력, 적절한 중력 매개변수, 불확실성 분석, 관련 섭동을 포함한 수치 궤도 전파가 필요합니다.
공전 주기 예시
대표적인 지구 궤도를 통해 긴반지름의 큰 영향을 확인할 수 있습니다.
| 궤도 입력값 | 근사 결과 | 설명 |
|---|---|---|
| 지구 질량, 긴반지름 6,771 km | 주기 5,545 s, 속도 7.672 km/s | 지표면에서 약 400 km 위에 있는 원궤도. |
| 지구 질량, 긴반지름 42,164 km | 주기 86,165 s, 속도 3.075 km/s | 정지궤도의 반지름. |
| 지구 질량, 긴반지름 384,400 km | 주기 약 27.45 일 | 달 궤도의 이체 원궤도 근사. |
공전 주기 계산 방법
- 중심 천체의 중심에서 측정한 긴반지름을 킬로미터로 입력하세요.
- 중심 행성, 위성 또는 항성의 질량을 킬로그램으로 입력하세요.
- 궤도 계산을 선택하면 초와 시간 단위의 주기 및 원궤도 속도가 표시됩니다.
- 입력값을 바꾸거나 계산기를 초기화해 다른 궤도와 비교하세요.
공전 주기 자주 묻는 질문
긴반지름은 고도와 같은가요?
아니요. 긴반지름은 중심 천체의 중심에서 측정합니다. 원궤도에서는 천체 반지름에 표면 위의 고도를 더하세요.
타원궤도에도 공식을 사용할 수 있나요?
네. 이상적인 이체 궤도의 주기는 타원의 긴반지름에 따라 결정됩니다. 다만 표시되는 속도는 원궤도 속도이며 타원을 따라 변하는 속도는 아닙니다.
표면 중력 대신 중심 천체 질량을 사용하는 이유는 무엇인가요?
궤도 역학은 공간 전체에 걸친 천체의 중력 매개변수에 따라 결정됩니다. 표면 중력은 천체 반지름에도 의존하므로 추가 정보 없이 그것만으로는 충분하지 않습니다.
정지궤도 주기는 얼마인가요?
한 항성일인 약 86,164 초로, 위성이 지구 자전과 일치하게 움직입니다. 궤도는 원형이면서 적도면에 있어야 하고 지구 자전 방향으로 진행해야 합니다.
두 물체의 질량을 모두 포함해야 할 때는 언제인가요?
공전 천체의 질량을 중심 천체에 비해 무시할 수 없을 때입니다. 쌍성이 대표적인 예로, 한쪽 질량만 사용하면 주기가 부정확해집니다.