저짤은 단순히 달과 비교해서 하늘을 바라보았을때 저정도 차이가 난다는 것만 보여준 것뿐입니다.
만약 지구가 지구-달 거리에 목성의 위성으로 존재하고 있다면 계산을 해보면 공전주기는 대략 36시간정도 나오는데요. 문제는 위성들은 모행성과 조석고정이 이루어지게 되어 위성의 공전주기와 자전주기가 같아지게 됩니다. 달도 지구에 조석고정이 되어 있어서 공전주기와 자전주기가 같습니다.
- 천구상에서 목성의 위치는 변하지 않고 거의 고정됩니다. 즉 지구가 자전하는 동안 이 게시물의 짤처럼 움직이는게 아니라 목성이 움직이지 않고 단지 위상변화만 일어날 것입니다. 이 말인즉슨 지구의 한쪽은 하늘에서 계속해서 목성이 움직이지 않은채 보이고 지구의 다른 한쪽은 목성을 아예 하늘에서 영영 볼 수 없게 됩니다. 목성이 하늘에서 위치하는 곳도 지구의 경도에 따라 자오선상에서만 보이는 곳도 있을것이고 지평선부근에서만 보이는 곳도 있을 것입니다.
- 목성이 보이는 지구편에서는 지구 그림자가 목성의 표면을 지나가는 모습을 볼 수 있을것입니다. (대략 2시간 10여분정도)
- 지구에서 목성을 바라보았을때의 시직경을 계산을 해보면 대략 22도정도가 되기 때문에 36시간중 2시간 10여분정도는 목성의 그림자에 안으로 들어가게 됩니다. 계속해서 목성을 마주보는 곳 즉 목성이 보이는 지구편에서는 낮시간중 일부가 얼마동안 밤이 될 것입니다. 단 목성이 보이지 않는 지구편에서는 18시간은 낮,18시간은 밤 그냥 일상적인 주야현상만 반복해서 일어날 것입니다.
공상과학영화에 나오는 것처럼 거대한 천체가 지구로 아주 가까이 근접하게 된다면 지구는 그 거대한 천체의 인력에 끌려가거나 아니면 튕겨져 나가게 됩니다. 그렇게 튕겨져나간 지구는 이심률이 굉장히 커지게 되는데 최종적으로 태양에 집어삼켜지거나 마치 혜성과 같은 궤도를 그리며 태양주변을 공전하게 될수도 있습니다. 하지만 이경우도 결과적으로 다른 행성들간의 상호작용으로 궤도가 불안정해서 그이후 어떻게 될지는 불확실해지죠. 어쨌든 이런 경우는 외부에서 발생하는 돌발상황에 해당하는 것이기 때문에 이 게시물에서 보여주고자 하는 취지와는 다릅니다.
이 게시물에서 보여주고 있는 상황은 태양계가 형성이 되고 각각의 천체가 안정화된 궤도를 그리고 있다는 것을 가정한 것입니다. 목성은 지구에 비해 질량이 훨씬 크기 때문에 목성이 지구주위를 돈다기보다 지구가 목성주위를 도는 즉 목성의 위성이 되었다고 보는 것이 합리적인 가정입니다.
자 그럼 다시 지구가 목성으로부터 38만킬로미터 지점에서 공전하고 있을때 생각해볼만한 것은 크게 두가지입니다.
1. 로슈한계 안이냐 밖이냐
2. 동기궤도 안이냐 밖이냐.
1의 경우는 지구가 목성의 기조력때문에 마치 예전의 슈메이커-레비혜성처럼 온전히 둥그런 행성으로 유지하지 못하고 갈갈이 찢겨나갈것이냐를 생각해 보는 것인데요. 지구와 목성의 밀도를 비교해볼 경우 목성에 대한 지구의 로슈한계는 대략 5만4천킬로미터입니다. 7만킬로미터의 목성의 반지름을 생각하면 로슈한계는 목성내부에 존재하기 때문에 지구가 목성에 충돌하지 않는 이상 공전을 하면서 갈갈히 찢겨나갈일은 없습니다.
2의 경우는 목성의 인력과 그로인한 기조력에 때문에 공전거리에 변화가 생겨서 지구가 목성에 끌려들어가느냐를 생각해보는 건데요. 여기에선 동기궤도라는 것을 먼저 이해해야 합니다. 동기궤도란 행성의 자전주기와 그 행성을 돌고있는 천체의 공전주기가 같게 되는 궤도를 말합니다. 지구로 따지자면 위성의 정지궤도가 이 동기궤도라고 할 수 있습니다. 만약 어떠한 천체가 어떠한 행성의 동기궤도 안쪽에 놓이게 되면 시간이 지나면서 점진적으로 행성에 끌려들어가게 되고 동기궤도 밖에 있으면 점점더 행성으로부터 멀어지게 됩니다.
달을 예로들자면 지구의 동기궤도는 지구로부터 4만2천킬로미터입니다. 달은 아시다시피 38만킬로미터 떨어져 있죠. 따라서 지구와 달은 서로 가까워지는게 아니라 멀어집니다. 그럼 목성의 동기궤도의 거리는? 목성의 경우는 거의 16만킬로미터입니다. 지구와 달사이의 거리의 1/2도 되지 않습니다. 따라서 지구가 목성에서 지구-달 거리에서 공전하더라도 목성에 끌려들어가지 않습니다.