지구는 달과 얼마나 떨어져있는가?
슈퍼문
달이 근지점에 있지만, 그때의 달과 지구 사이의 거리가 357,000km 정도가 아니어도, 360,000km 가 넘어도, 달이 지평선 (또는 수평선) 가까이에 있을 때는, 커 보인다. 하지만, 이때의 달은 슈퍼문이 아니다.
까마귀자리 베타
관측기구로 잰 베타의 각지름은 3.30 ± 0.17 밀리초각이다. 지구로부터 이 별까지의 거리가 약 146 광년(45 파섹)이므로 이로부터 베타의 실제 반지름은 태양의 약 16배임을 알 수 있다. 질량과 반지름으로부터 별의 밝기는 태양의 약 164배가 나온다. 수소 및 헬륨보다 무거운 원소의 대기 내 포함비율(천문학에서는 보통 중원소라고 부른다.)은 태양과 비슷하다.
시간
태양을 중심으로 도는 지구의 공전 시간과 자전 시간이 정수비(整數比)가 되는 우연은 거의 없다. 지구가 한 번 공전하는 동안에 태양에 대한 자전은 365회 남짓, 정확하게 말하면 1년은 365.24219879일(1900년 초의 값)이 된다. 즉 1년을 365일로 하면 모자라고 366일로 하면 남는다. 그 때문에 4년에 1회씩 366일로 계산하는데 이것이 윤년이다. 달은 지구의 둘레를 공전하는데, 우주공간에 대해서는 약 27.3일에 한 바퀴 돈다. 이를 1항성월이라 한다. 지구는 달을 데리고 태양의 둘레를 공전하기 때문에 지구에서 보면 만월과 다음의 만월 사이는 29.5일 정도 소요된다. 이를 1삭망월(29.53059일)이라 부른다.
메시에 19
M19은 은하 중심부에 근접해 있으며(5200광년 떨어진), 지구에서 28,000광년 떨어져 있다. 겉보기 등급은 7.47등급, 시직경은 17분으로, 반경은 약 70광년이다.
메시에 25
M25는 지구에서 2,000광년 떨어져 있다. 겉보기 등급은 4.6등급이며, 시직경은 32분으로 대략 19광년 정도의 크기다.
천구좌표계
황도좌표계의 기본평면은 지구의 궤도면, 즉 황도면이다. 황도좌표계는 지구의 중심을 기준으로 한 지심 황도좌표계와 태양계의 질량중심을 기준으로 한 일심 황도좌표계로 나뉜다.은하좌표계는 우리은하의 은하면을 기준면으로 사용하는 좌표로, 좌표계의 중심은 태양계이며 기준 방향은 은하중심이다. 은하 위도(은위)는 은하면으로부터 떨어진 거리를, 은하 경도(은경)는 은하 중심에서 떨어진 거리를 뜻한다.
지구의 대참사
우주의 태양계에 한 소행성이 태양의 주위를 운행하다 갑자기 궤도를 바꿔 지구와의 충돌위기에 처한다. 이런 상황은 불가능한 것이아니라 실제 지구에도 1937년에 한 행성이 20만 마일까지 근접했었다. 유성과의 충돌위기에 처한 지구는 홍수, 화산폭발, 산사태, 해일 등의 재난을 방지하기 위해 미.소가 협력해야 하나 서로를 믿지 못한다. 충돌의 시간은 점점 다가오나 위기를 모면하기 위한 협력은 이루어지지 않고 지구인들은 공포에 쌓인다.
길이
지구가 태양을 공전할 때 6개월마다 변화하는 별의 위치의 절반을 연주시차라고 한다. 연주시차는 일반적으로 매우 작기 때문에 천체를 중심으로 천체와 지구까지의 거리 d를 반지름으로 하는 원을 지구가 이동했다고 할 수 있다. 이렇게 될때 지구와 태양 사이의 거리 1AU는 호가 된다.
달의 교점
달의 궤도는 황도에서 약 5도 기울어 있다. 그러므로, 달은 황도의 남쪽이나 북쪽으로 약 5도씩 오르락내리락하는 것이라고도 할 수 있다. 황도는 지구 자전축의 직각면인 천구 적도에 비해 23.4°가 기울어져 있다. 그 결과, 18.6년인 교점 주기 동안에 단 한번, 달의 궤도상 승교점이 춘분점과 일치 할 때면, 달은 남쪽이과 북쪽의 최대 적위에 이르게 된다. 그러한 기간에 그믐달이 지평선에서 출몰 한다면, 그것은 남쪽과 북쪽의 최대 방위각을 가지게 되며, 자오선을 교차할 때는 그것의 최고나 최하의 고도에 있게 된다. 게다가, 매 교점 주기마다 단 한 번의 그 짦은 기간 중에 황도로부터 북위 4° 에 있는 밝은 플레이아데스 성단의 달에 의한 엄폐가 일어나게 된다.
메톤 주기
한편, 달이 지구 둘레로 자신의 궤도를 한 바퀴 도는데 걸리는 시간을 달의 항성주기(sidereal period)라고 하는데, 이 기간은 27일 7시간 43.1분(27.321582일)이다. 달의 회합주기와 달의 항성주기가 다른 이유는 달이 지구 둘레로 도는 동안 지구도 태양의 둘레를 돌기 때문이다. 달과 지구가 같은 방향으로 돌기 때문에, 예를 들어 보름달이 보인 후 다시 다음 보름달이 보이기 위해서는 달은 자신의 회합주기(29.530588일)와 항성주기(27.321582일)의 차이인 약 2일간을 더 돌아야 한다.
90377 세드나
세드나는 지금까지 태양계에서 발견된 대형 천체 중 공전 주기가 가장 길어, 11,400 년 전후로 계산된다. 그 궤도는 이심률이 극도로 커서 원일점 거리가 약 937 AU이고 근일점 거리가 약 76 AU 이다. 이 원일점 거리는 2012년 이 발견되기 전까지 태양계 천체 중 가장 먼 거리였다. 세드나가 발견되었을 당시 태양에서의 거리는 89.6 AU였으며 근일점을 향해 움직이고 있었다. 이후 같은 탐사 과정에서 태양으로부터 97 AU 떨어진 근일점 근처에서 에리스가 감지되었다. 세드나보다 궤도가 더 먼 천체는 일부 장주기 혜성들밖에 없다. 그리고 혜성들은 너무 어두워서 내부 태양계로 들어와 근일점을 향할 때가 아니면 보이지도 않는다. 세드나도 2076년 중순에 근일점에 다다르겠지만, 너무 멀어서 육안으로는 원반상을 볼 수 없을 것이다. 세드나 표면에서 하늘을 보면 태양이 그저 매우 밝은(보름달의 100배 밝기) 항성 중 하나로 보일 것이다. 지구에서 보이는 태양의 밝기는 보름달의 400,000 배 밝기이므로 이를 능히 비교할 수 있다.
처음 발견되었을 당시 세드나는 자전주기도 이상하게 길게 나왔다(20에서 50일). 처음에는 커다란 동반천체가 있어서 세드나의 자전을 늦추는 것(명왕성과 카론의 관계)이 아니냐는 추측도 나왔다. 2004년 3월 허블 우주망원경으로 그러한 동반천체 또는 위성이 있는지 찾아보았지만 아무 것도 없었다. 이후 MMT 천문대의 망원경으로 다시 측정한 결과 자전주기는 초기값보다 훨씬 짧은 10시간(이 정도면 세드나 정도 크기의 천체의 자전주기로 보다 전형적이다)으로 나왔다.
크로이츠 혜성군
태양에 매우 가깝게 접근한 것이 밝혀진 첫 혜성은 1680년 대혜성이었다. 이 혜성은 태양 표면으로부터 200,000km(0.0013AU)를 지났다. 이는 지구와 달의 거리의 절반, 태양 직경의 0.3배에 불과하다. 이 위치에서 태양은 80°의 크기가 되며, 지구에서 보이는 크기의 27,000배에 해당된다.
2009년 7월 22일 일식
이처럼 지속 시간이 길었던 이유는 달이 근지구점(近地球点) 근처에 있었기 때문에 지구에서 본 달의 시지름이 태양보다 8퍼센트 더 컸으며(식분 1.080), 지구 역시 원일점 근처에 있어 태양의 시지름이 작게 보였기 때문이다.
평평한 지구
하지만 지구가 평평하다는 개념을 지지하는 사람들도 남아 있었다. 6세기 경 쯤에는 코스모스 인디코플라우스테스가 기독교 지형학을 출간함으로써 지구구체설은 이교도 주장으로 치부되었다. 근대에 들어와서는 영국의 발명가 사뮤엘 로버텀(Samuel Rowbotham)(1816-1884)이 평평하다는 것을 지지하는 가설을 제기하기 시작했다. 그는 성경 몇 구절들을 해석했으며, 지구는 구가 아니다라는 16쪽짜리 팜플릿을 발행했다. 지구가 평평하다고 가정하는 천문학인 로버텀의 체계에 의하면, 지구의 중심은 북극이고 남쪽의 테두리는 남극의 얼음벽으로 이루어져있다. 해와 달은 지구로 부터 3000마일(4800km)이 떨어져있고 우주에서 3100마일(5000km) 떨어져 있는 평평한 원판이다. 로버텀의 가설은 과학자들과 대중의 논쟁들을 끌어들임으로써 주의를 끌게됐다. 저명한 동물학자 알프레드 러셀 월리스(Alfred Russel Wallace)가 참여, 베드포드 레벨 실험(Bedford Level experiment)에 관여했다.
위성 목록
지구는 달이라는 위성이 있고, 달은 태양계에서 암석 행성의 위성으로는 제일 크다. 또한 달은 모행성 대비 위성의 크기가 태양계에서 가장 큰 위성이기도 하다(명왕성-카론계를 제외하면). 그리고, 지구는 적어도 2개의 궤도 공유 천체를 가지고 있다: 소행성 3753 크뤼트네와 2002 AA가 있다; 그러나 이 소행성들은 지구의 궤도에 진입하지 않았기 때문에 위성으로 간주되지 않는다(지구의 다른 위성과 준위성을 참조.).
루이텐 726-8
루이텐 726-8 항성계는 지구에서 8.57광년(2.63파섹) 떨어져 있고 지구에서 여섯 번째로 가까운 항성계이다. 루이텐 726-8에서 가장 가까운 별은 고래자리 타우로, 2.87광년 떨어져 있다.
메시에 40
WNC4는 지구에서 510광년 떨어져 있으며, 겉보기 등급은 8.4등급, 시직경은 0.8분이다.
2M1207b
초기 측광학적 값으로는 지구로부터 2M1207b까지 거리가 70파섹이었다. 2005년 12월 미국 천문학자 에릭 매머제크는 운동성단법을 이용, b까지의 거리를 보다 정확하게 쟀는데 그 값은 53 ± 6 파섹이었다. 최근 삼각 시차법을 사용하여 이 행성계까지의 거리를 잰 결과 53 ± 1 파섹 또는 172 ± 3 광년이 나왔는데, 이 값은 에릭 매머제크의 연구 결과를 더욱 보강해 주는 것이었다.
게자리 55
게자리 55 항성계는 비교적 우리 태양계와 가깝다. 히파르코스 위성이 측정한 시차는 79.80밀리초각으로 여기서 나온 거리는 약 41광년이다.
해왕성 바깥 행성
2014년, 새로이 발견된 극단적인 해왕성 바깥 천체들의 궤도상의 유사성에 바탕하여 일부 천문학자들은 태양으로부터 거리 200 AU 너머에 지구의 2-15배 질량의 슈퍼지구 행성이 존재할 가능성을 제기하였다. 2016년 이후의 연구에서는 이 정체불명의 행성이 실존한다면 궤도경사가 큰 기묘한 궤도를 가지고 있고, 그 거리는 태양으로부터 200 AU에서 1600 AU 사이일 것이라는 결론이 나왔다. 이 행성의 궤도로 인해 극단적 해왕성 바깥 천체들의 정렬이 방해를 받을 것이다.
명왕성이 더이상 행성으로 취급되지 않기 때문에 이 가설상의 행성은 제9행성이라고 불리고 있다.
에리다누스자리 엡실론
에리다누스자리 엡실론(ε Eri) 또는 란(Ran)은 남반구 하늘 에리다누스자리 방향에 있는 항성이다. 밤하늘에서의 위치는 천구 적도에서 남쪽으로 9.46도 떨어져 있어서 지구상 거의 모든 장소에서 관측할 수 있다. 지구로부터의 거리는 약 10.5 광년에 겉보기 등급은 3.73이다. 맨눈으로 볼 수 있는 단독별 혹은 항성계 중 지구에서 세 번째로 가까운 별이기도 하다. 엡실론별은 외계 행성을 거느리고 있는데 이는 존재를 검증중인 센타우루스자리 알파 Bb가 발견되기 전까지는 지구에서 가장 가까운 외계 행성계 주인별이었다. 나이는 10억 년 미만일 것으로 추측된다. 이처럼 젊기 때문에 에리다누스자리 엡실론은 태양보다 항성 자기장 활동이 활발하며 항성풍의 세기가 태양의 30배나 된다. 1회 자전에 걸리는 시간은 별의 적도에서 11.2일이다. 엡실론은 태양보다 질량이 작고 좀 더 어두우며 헬륨보다 무거운 물질의 함량이 상대적으로 적다. 분광형 K2에 항성의 전성기인 주계열 단계에 있는데 이 상태의 별은 중심핵에서 수소를 태워 헬륨으로 바꾼다. 이렇게 물질을 변환하면서 열에너지를 발생시키는데 그 값은 표면에서 약 5,000 켈빈 수준이고 이 온도에서 엡실론은 오렌지색으로 빛난다.
태양계
많은 태양계 모형에서는 행성 간의 거리가 너무 멀기 때문에, 그 거리를 왜곡하여 행성간의 거리를 거의 같게 해 놓은 것을 볼 수 있다. 하지만 현실은 몇몇 예외를 빼면, 태양에서 더 먼 행성이나 대(帶)일수록 안쪽의 궤도와의 간격이 더 넓다. 예를 들어, 금성은 수성보다 대략 0.33 천문단위(AU) 더 바깥에 있지만, 토성은 목성보다 4.3 AU 바깥에 있고, 해왕성은 천왕성보다 10.5 AU 바깥에 있다. 궤도 간 거리의 상호 관계의 규칙을 명확히 하려는 시도가 있었지만(티티우스-보데의 법칙 참조), 아직까지 인정된 이론은 없다.
메시에 15
M15는 지구로부터 약 33,600 광년 가량 떨어져 있으며, 지름은 약 175 광년이다. 성단의 절대등급은 -9.2로, 태양의 광도보다 36만 배 더 밝다. M15는 우리은하의 구상성단 중 밀도가 높은 편에 속한다. M15의 중심부는 중심붕괴중으로, 중심부 밀도가 높아지면 중앙에 블랙홀이 생겨날 가능성이 있다.
레인저 5호
레인저 5호()는 레인저 계획에 속한 탐사선으로써 달에 충돌하기 10분 전이나 그 전에 지구로 달 표면의 사진을 전송하고, 지진계 캡슐을 달에 충돌시키고, 달로 가는 동안 감마선 자료를 수집하고, 달 표면의 레이다 반사율을 연구하고, 달이나 기타 행성 탐사선의 개발을 위한 실험을 계속하기 위해 만들어졌다. 알 수 없는 고장이 일어나 탐사선의 전기가 다 떨어졌고, 모든 장치가 꺼졌다. 그 후, 달에서 725 km 떨어진 곳을 지나갔다.
평평한 지구 학회
현대의 평평한 지구설은 영국인인 사무엘 로버텀(Samuel Rowbotham)(1816-1884)의 생각을 바탕으로 한다. 그는 기독교의 경전에 등장하는 단어를 독자적으로 해석한 것을 바탕으로 〈Zetetic Astronomy〉라는 16페이지 분량의 소책자를 발간하였다. 그의 주장은 베드포드 높이 실험(Bedford Level experiment)의 잘못된 해석에 근거하며, 나중에 그것은 《Earth Not a Globe》라는 430페이지 분량의 책으로 발전하였다. 로버텀의 사고방식에 따르면(그는 그것을 Zetetic Astronomy라고 불렀다), 지구는 북극을 중심으로 하고 가장자리를 따라 얼음벽에 의해 둘러싸인 평면이며, 태양과 달은 땅에서 4800km 높이에 있고, 우주는 5000km 위에 있다. 그는 또한 〈현대 천문학의 불일치와 성경에 대한 반대〉(The inconsistency of Modern Astronomy and its Opposition to the Scriptures!!)라는 전단지를 출판하여, “성경은 우리의 감각과 함께, 지구가 평평하고 고정되었다는 생각을 지지하며, 전적으로 인간의 추측을 기반하는 체계의 옆에 둘 수 없다.”고 주장했다.
지구
공전 궤도면에 수직인 방향과 자전축은 서로 일치하지 않고 23.5도나 차이가 난다. 이 기울기 때문에 공전궤도상의 지구의 위치에 따라 태양입사의 각도가 달라지게 되고 계절의 변화를 일으키게 된다. 한편 달의 궤도면은 지구의 공전궤도면과 또 다시 5도의 차이가 있다. 따라서 삭망마다 일식과 월식이 반복되지 않는다.
조석 가속
바다가 처음 지구에 형성된 이후 이 작용은 계속해서 일어나고 있기 때문에, 과거에 지구가 더 빠르게 자전하였고 달이 지구에 더 가까웠다는 것을 보여주는 지질학적, 생물학적 증거가 남아 있다. 조수 간만의 차가 심한 삼각강에서는 모래와 갯벌이 층 모양으로 번갈아 나타나 조석 윤회층이 생겨난다. 계절의 변화 같은 흔적들은 침전물 속에서 찾을 수 있다. 이 지질학적 기록들은 6억 2000만 년 전에는 지구의 하루가 21.9±0.4시간이었고, 1년 동안 초승달은 13.1±0.1번 떴었으며, 1년은 400±7일이었다고 나타낸다. 과거와 현재 달이 지구로부터 후퇴하고 있는 속도의 평균은 1년당 2.17±0.31 cm이고, 현재 속도의 약 절반이다.
달의 궤도
천문학에서 달의 궤도(Lunar Orbit)는 무인 우주선 등 어떠한 물체가 달의 주위를 공전할 때의 궤도를 뜻하며, 물체가 달과 가장 멀리 떨어지는 지점을 원월점(遠月點), 가장 가까이 붙어있는 지점을 근월점(近月點)이라고 한다.
달 레이저 거리 측정실험
1950년대부터는 달에 전파를 발사하여 이것이 달 표면에서 반사하여 돌아오는 시간을 측정해서 달까지의 거리를 구하였다. 이 방법은 단시간에 측정이 가능하였지만 그 정밀도는 종래의 방법과 같은 정도였다. 그 후 아폴로 우주선 등에 의해서 달 표면에 반사기(反射器)가 설치되고, 이것과 지구 위 관측점과의 거리를 레이저 광선으로 구하는 방법이 개발되어, 1982년에는 오차 50cm 이하의 정밀한 거리가 측정되었다.
태음태양력
보름달에서 다시 보름달이 되는 삭망월 주기는 29.5306일이다. 이는 달의 실제 공전주기인 27.322 일보다 조금 더 긴데, 달이 지구 주위를 공전하는 동안 지구 역시 태양의 주위를 공전하고 있어서 달이 다시 보름이 되려면 조금 더 돌아야 하기 때문이다. 달의 위치는 황경을 기준으로 정하는 데 황경 0˚ 즉 태양과 달의 위치가 같을 때를 삭(朔) 즉 초하루로 하고 90˚일 때를 상현, 180˚일 때를 망(望) 즉 보름, 270˚일 때를 하현이라 한다. 달과 해의 황경이 같아지는 음력 초하룻날로부터 헤아리는 날짜를 월령이라고 한다.
지구
지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속으로 이루어져 있다. 지구를 포함한 이들 다섯 천체 중에서 지구는 가장 무거우며 또한 크다. 밀도 역시 가장 높으며, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체이다.
광분
예를 들면 지구에서 태양까지의 거리(1 천문단위)는 8.317광분이다.
길이
파섹의 어원은 영어의 "parallax of one arc second"이다.
지구는 태양을 중심으로 1년에 한바퀴 씩 공전을 하고 있다. 이런 이유로 어느 한 시점에서 별을 관측했을 때 별에 의한 빛이 지구와 이루는 각도와 6개월 뒤 별을 관측했을 때 이루는 각도가 차이게 생기게 되고, 차이를 연주시차라고 한다. 아주 먼 거리에 있는 별들은 연주시차가 나타나기 어려운데, 이러한 별들을 기준으로 연주시차를 측정한다. 이 원리를 이용하여 별까지의 거리를 측정할 수 있는데 파섹(pc)은 이 원리가 적용된 길이의 단위이다. 1pc은 연주시차가 1"(초)일때 지구와 별까지의 거리로 정의된다.
파섹은 주로 태양계 밖의 다른 천체들과의 거리를 측정하는데 사용된다. 광도의 절대등급에도 파섹이 사용되는데, 절대등급은 모든 천체가 10 pc의 거리에 있다고 가정했을 때의 밝기이다.
1pc 은 미터법으로 대략 3.08567758×10m, 천문단위로는 2.06×10AU, 광년 단위로는 3.26LY를 나타낸다.
1000pc=1Kpc, 1000000=1Mpc으로 쓰인다.
1광년은 빛이 진공 속에서 1년 동안 진행한 거리를 뜻한다. 빛은 진공속에서 1초에 299,792,458m를 움직이므로 1년 동안에는 대략 9.46×10km를 움직이게 된다. 파섹(pc)과 같이 주로 태양계 밖의 천체의 거리를 측정하는데 사용된다.
1광년(1LY)는 미터법으로는 9.46×10m,천문단위로는 6.324×10AU, 파섹 단위로는 0.307pc을 나타낸다.
지구
지구는 약 46억년 전에 형성되었으며, 태양계가 형성되던 시점과 때를 같이한다. 원시 태양계 원반의 태양 가까운 부분에서는 갓 방출되기 시작한 태양의 복사에너지에 의해 휘발성 성분이 제거되면서 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 철, 니켈 등의 금속성분이 남게 된다. 이들은 원시 태양 주위를 공전하면서 합쳐서 그 크기를 불리게 되는데, 어느 정도 몸집과 중력을 가진 것들을 미행성이라고 부른다. 미행성들은 보다 작은 소행성이나 성간 물질을 유인하여 성장하였다. 미행성의 크기가 커지면 성장속도는 가속된다. 크기가 작은 소행성들이 충돌하게 되면 충돌의 충격으로 조각들이 흩어지게 되나, 크기가 큰 것들이 충돌하게 되면 중력이 강하기 때문에 탈출하는 조각들을 회수할 수 있기 때문이다. 이때 생긴 미행성들 중에서 현재까지 남아 있는 것은 5개이다.
HD 114386 b
다소 찌그러진 궤도를 돌고 있으며, 항성으로부터의 평균 거리는 1.62 천문단위이다. 이 거리는 태양과 화성 거리보다 조금 더 먼 정도이다. 근일점에서 행성은 거의 태양~지구 거리만큼 항성에 접근하고, 멀어질 때는 2 천문단위까지 물러난다.
플레이오네 (항성)
플레이아데스성단과 지구 사이 거리에 대해 논란이 있는데, 그 구성원인 플레이오네도 이 논쟁을 피할 수 없었다. 논란의 원인은 거리를 재는 방법 때문인데 시차를 이용한 측정법이 가장 보편적이지만 측광학적·분광학적 관측법도 중요한 위치를 차지하고 있다. 히파르코스 위성을 쏘아올리기 전 플레이아데스와 지구 사이 예상거리는 약 440 광년(135 파섹)이었다. 그러나 히파르코스 자료로 1997년 출판된 목록에 따르면 그 값은 훨씬 줄어들어 약 388 ± 3.2 광년(119 ± 1.0 파섹)이었고 이 차이는 천문학자들 사이에 격렬한 논쟁이 일어나게 만들었다. 일부 천문학자들 주장처럼 만약 히파르코스의 측정값이 정확하다면 플레이아데스 성단 내 별들은 태양과 같은 보편적인 주계열 모형보다 어두워지며 이는 항성 구조 이론의 기초적 개념을 흔들게 된다. 2004년 허블 우주 망원경이 파인 가이던스 센서로 찍은 간섭계 측정값을 칼테크와 나사 제트추진연구소가 합동연구한 결과에 따르면 거리는 원래 알고 있던 440 광년이 맞다고 한다. 그런데 2009년 연구결과에 따르면 시차는 8.32 ± 0.13 밀리초각으로(이 오차범위는 매우 작은 값이다.) 거리로 환산하면 392.0 ± 6.0 광년(120.2 ± 6.0 파섹)으로 앞의 두 값과는 또 다르나 히파르코스에 보다 근접한 자료이다. 이 거리 논란은 2012년 말 발사한 가이아 계획의 관측 결과로 정리될 것으로 보인다.
항성
초거성의 반지름이나 쌍성계 구성원 간의 공전궤도 긴반지름 등은 주로 천문단위로 표시한다. 1AU는 태양에서 지구까지의 거리로, 구체적 값은 약 1억 5천만 킬로미터이다.
천문단위
태양이나 달까지의 거리를 측정하려는 시도는 고대 그리스 시대부터 행해져 왔지만, 하늘의 단위와 지상의 단위를 결부시키는 것은 쉬운 일이 아니었다. 태양과 달 사이의 거리의 비율을 구한 아리스타르쿠스도 지상의 단위로 값을 얻고 있지 않다.
프톨레마이오스는 기원전 2세기 그리스의 히파르코스가 일식의 모습이 지역마다 다른 것을 이용하여 지구의 반지름을 기준으로 달이나 태양까지의 거리를 추정했다. 히파르코스가 계산한 태양까지의 거리는 지구 반지름의 490배 이상이었다.(실제 값은 약 23,500배) 히파르코스의 구체적인 산출 방법은 전해지고 있지 않지만, 그 성공적인 기하학적 방법이 현재 비슷하게 재구성 되고 있다.
기록은 손실되었지만 , 쿠레오메데스의 저서에 따르면 포세이도니오스는 기원전 90년경에 달과 태양까지의 거리를 추정하고 있다. 포세이도니오스는 지구의 그림자를 원주라고 생각하고, 월식의 그림자크기에서 달이 지구의 절반 직경을 가진다고 생각했다. 또한 달의 겉보기 크기와 알려져 있던 지구의 크기 에서 지상 단위로 달까지의 거리를 추정했다. 그 5백만 디온값은 실제보다 2.1-2.6배 과대 추정되었다. 이것은 지구의 그림자 원뿔이라고 생각 하고, 달을 실제 약 2배의 크기라고 추정했기 때문이다. 한편 태양까지 거리의 추정은 근거가 부족한 추측에 그치고 있다.
2세기 프톨레마이오스는 ‘알마게스트’(프톨레마이오스가 천동설에 기초하여 저술한 천문학 저서)에서 천구에 둘러싸인 천동설에 기초한 우주이미지를 구축했다. 프톨레마이오스는 아리스 타르코스와 히파르코스의 관측과 기하학적 추론, 또한 자신의 추측을 섞어 태양과 달뿐만 아니라 행성까지의 거리를 추정하고 있다. 예를 들면, 달의 평균거리가 지구 반경의 48배, 태양이 1,210 배, 토성은 17,026 배 등이다. 이렇게 설립된 우주이미지는 그리스와 헬레니즘 문화를 계승한 아라비아 로 전해졌다. 이러한 우주상은 다음 유럽으로 전해져, 중세에 걸쳐 큰 권위를 갖게 되었다.
90377 세드나
세드나의 궤도 대부분은 현재 거리보다도 태양에서 멀리 떨어져 있는데, 원일점 거리는 937 AU(해왕성 거리의 31배)에 달할 것으로 추측되어, 장주기 혜성을 제외하면 태양계의 발견된 천체 중 가장 먼 천체이다.
희귀한 지구 가설
거대충돌 가설은 원시 지구와 테이아로 불리는 화성 질량 천체가 부딪혀서 달이 생겼다는 이론이다. 이 충돌로 지구의 자전축이 기울어졌고 자전 속도가 빨라졌다. 자전이 빨라지면서 일교차가 줄었으며 광합성이 가능해졌다. 희귀한 지구 가설은 생명체 존재를 위해서는 자전축의 기울기가 너무 작거나 너무 커서도 안 된다고 주장한다. 기울기가 큰 행성은 계절의 변화를 극심하게 받기 때문에 복잡한 생명체에게 불리하다. 혹은 기울기가 작거나 없는 행성은 계절의 변화가 없어서 진화에 필요한 자극이 발생하지 않게 된다. 이 관점에서 볼 때 지구의 자전축 기울기는 매우 적당하다. 거대한 위성은 어머니 행성에 대해 자이로스코프의 역할을 하여 행성 기울기를 안정되게 유지시킨다. 큰 질량의 위성이 없다면 행성의 자전축은 혼돈 상태가 되며, 생명체가 성장하기 어려워질 것이다.
미터
1790년, 프랑스 정부에서 전 세계적인 단위의 표준을 정할 필요성을 느끼고 미터법을 제정할 당시, 거리의 기준을 지구로 삼았다. 이에 따라 지구 적도에서 북극점까지의 거리를 정확하게 10,000km, 이 거리의 4배인 지구 전체 자오선 길이인 40,000km를 기준으로 하는 미터법이 제정되었다.
참고로 전체 자오선 길이가 아닌, 적도에서 북극점까지 거리인 10,000km를 십진법상의 표준으로 된 이유는 당시의 기술 수준으로 남반구 지역에 관측소를 설치하는 것에 많은 어려움이 있었다.
지구
달과의 인력과 바다의 밀물과 썰물의 상호관계 때문에 지구의 자전 속도는 느려지는데 매년 0.000017초 정도가 느려지고 달과의 거리는 매년 4cm씩 멀어지고 있다.
은하수
태양계는 은하의 오리온 팔의 안쪽 테 가까이에 있다. 태양은 현재 은하 원반의 중심 면에서 5~30파섹 떨어져있다. 그 부분의 팔과 옆에 뻗어있는 팔인 페르세우스 팔 사이의 거리는 약 6,500광년이다. 태양, 그러니까 태양계는 은하 생명체 거주가능 지역에 있다.
태양에서 15파섹 이내에, 절대등급 8.5보다 더 밝은 약 208개의 별들이 있다. 이런 별들은 세제곱 파섹 당 0.0147 혹은 세제곱 광년 당 0.000424 밀도를 보인다. 반면에, 태양에서 5파섹 이내의 거리에는, 알려진 별들이 64개 있다. 이들은 세제곱 파섹 당 0.122 또는 세제곱 광년 당 0.00352의 밀도를 보인다. 이것은 대부분의 별들이 절대등급 8.5보다 덜 밝다는 사실을 분명히 보여준다.
태양 향점은 태양이 우리은하에서 운동하고 있는 방향이다. 태양의 보통 이동 방향은 은하 중심의 방향에서 거의 60°에 있는 헤라클레스자리 근처 직녀성을 향한다.
조석
태양의 인력 역시 지구상의 모든 질점들을 끌어당긴다. 거리가 만유인력의 크기를 결정하는 중요한 요소임을 항시 기억하자. 이미 앞에서 본 바와 같이 태양의 질량은 달의 2,700만 배이나 지구에서부터의 거리는 달에 비해 387배나 멀리 떨어져 있기 때문에 태양의 기조력은 달의 기조력에 비해 46% 정도에 지나지 않는다. 태양의 인력(과 관성)에 의해서도 달에 의한 것과 마찬가지로 약간의 태양 쪽(과 반대편)으로 향하는 해면의 부풀림이 일어난다. 이를 태양과 지구와 사이의 인력과 관성에 의한 조석이라 하여 태양조석(solar tide)이라고 한다.
토성
토성과 태양 사이의 평균 거리는 1,400,000,000 킬로미터(9 천문단위)이다. 공전궤도 평균 속도는 9.69km/s로, 지구 시간으로 태양을 1회 공전하는 데에는 10,759일(29.5년)이 걸린다. 토성 궤도 경사각은 지구 공전면에 대해 2.48도 기울어져 있다. 궤도 이심률이 0.056이기 때문에 토성과 태양 사이 거리는 태양에 가장 가까울 때와 멀어졌을 때 차이가 약 155,000,000 킬로미터이다.
태양
햇빛은 지구의 주요 에너지원이다. 태양과 지구와의 거리는 평균 약 1억 4960만 킬로미터로 1AU이다. 직사광선을 통해 단위 면적에 축적되는 에너지의 양을 태양 상수라 하는데, 1 AU 의 거리에서 m당 1368 와트의 값이 된다.
티가든의 별
티가든의 시차는 0.43±0.13초각으로 여기서 측정한 지구에서 티가든까지의 거리는 7.5광년이다. 이 자료에 따르면 티가든의 별은 센타우루스자리 프록시마, 센타우루스자리 알파, 바나드별에 이어 네 번째로 지구에서 가까운 항성이다. 그러나 매우 어두운 밝기와 분명하지 않은 시차 자료 때문에 이 거리가 확정된 것은 아니다. 최근의 관측 결과에 따르면 실제 거리는 12.5~12.6광년이라고도 한다.
지구
지구는 하나의 위성, 달을 거느리고 있다. 달과 지구는 공동질량중심을 27.32일의 주기로 회전하고 있으며 이를 항성월이라고 한다. 한편, 지구와 달의 회전이 일어나는 동안 지구 역시 태양주위를 공전하고 있기 때문에 태양과 달의 상대적인 위치가 되풀이되는 데에는 항성월 보다 조금 더 긴 29.53일이 걸리며 이 기간을 삭망월이라고 지칭한다.
동양 우주론
해가 움직이는 길은 일정한 것이 아니라 절기에 따라 변한다고 주장하였다. 하지에는 북극으로부터 714,000리 떨어져 있는 내형에 해가 있다. 절기가 지날수록 이 걸이가 멀어져 추분에는 1,071,000리 떨어져 있는 중형에 해가 있다. 동지가 되면 북극으로부터 1,428,000리 거리에 있는 외형에 해가 위치한다. 절기가 지나면 이것이 다시 반복된다.
조석 가속
달의 질량은 지구에 비해 상당히 큰 편에 속하기 때문에(1:81), 두 천체는 이중 행성계로 간주되기도 한다. 하지만 달이 지구 주위를 도는 궤도는 지구가 태양 주위를 도는 궤도(황도)에 가깝기 때문에 달의 궤도는 지구의 적도에 가깝고, 이는 일반적인 위성과 비슷하다. 달의 질량이 상당히 크고 지구로부터 상당히 가깝기 때문에, 조석 효과를 일으키기에 충분히 가까우며, 특히 바다의 물은 달 쪽으로 멀리 끌려간다. 평균적인 조석 효과는 달의 공전과 일치하게 되며, 지구는 자전하며 조석 효과를 받게 된다. 하지만 이 때 지구가 자전하기 때문에 달의 위치보다 조금 앞에 있는 부분이 끌어당겨지는 효과가 발생한다. 결과적으로 지구의 중심과 달의 중심을 지나는 가상의 선 주변에서 달 쪽으로 끌려가는 물질은 상당한 질량을 지니게 되며, 이 작용에 의해 지구와 달 사이의 중력 중심은 가상의 선과 직교하게 된다. 즉, 지구와 달 사이에는 돌림힘이 발생하며, 이 힘이 달의 공전 속도를 빠르게 만들고, 지구의 자전 속도를 늦춘다.
1577년 대혜성
그러나 튀코는 혜성이 지구 대기로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 정확히 구하는 데에는 실패했다. 그러나 그는 적어도 혜성이 달 궤도보다 먼 곳을 지나간다는 것을 성공적으로 증명했으며 그 거리는 대략 지구~달 간격의 세 배 정도임을 밝혀냈다. 이 거리는 튀코가 벤 섬의 자신의 관측소에서 관측한 자료와 다른 익명의 천문학자가 프라하에서 측정한 자료를 비교하여 얻은 것이다. 혜성이 밤하늘에서 거의 움직이지 않는 동안 달은 상대적으로 많은 거리를 이동했는데, 여기서 튀코는 달의 움직임에 대해 신중한 고찰을 하게 되었고 혜성이 달보다 훨씬 더 먼 곳에 있다는 결론을 내리게 되었다.
파이어니어 10호
후에 보이저 1호가 기록을 갱신하기 전까지는, 파이어니어 10호는 인간이 만든 물체 중에서 지구로부터 가장 멀리 있었다. 보이저나 파이어니어 11호와는 정반대의 방향을 향하고 있고, 태양계의 진행 방향과는 역방향이다. 2009년 10월 시점에서는 태양으로부터 99.339 AU 의 지점에 있다고 추측되고 있다 . 파이어니어 10호는 알데바란이 있는 방향으로 비행을 계속하고 있지만, 알데바란에 도착한다고 해도 약 200만 년이 걸린다고 추측된다. 또, 발사로부터 약 30년간에 걸쳐 데이터의 전송이 확인되었지만, 2003년 1월 23일의 아주 미약한 송신을 마지막으로 교신은 끊어졌다. 송신 확인은 2006년 3월 4일의 시도를 마지막으로 중지되어 이 날이 운용이 종료된 날이 되었다.
글리제 1
글리제 1(Gliese 1)은 천구 남반구의 조각가자리 방향에 있는 적색 왜성이다. 이 별과 지구 사이 거리는 약 14.2 광년으로 태양계에서 가까이 있는 별에 속한다. 지구로부터 가깝기 때문에 이 별의 물리적 특성과 조성물에 대하여 많은 연구가 이루어졌다. 겉보기 등급은 약 8.5로 너무 어두워 맨눈으로는 볼 수 없다.
WASP-18b
우리 태양계 내에 WASP-18b와 흡사한 사례로 화성의 위성 포보스를 들 수 있다. 포보스는 화성에서 불과 1만 킬로미터밖에 떨어져 있지 않으며(이는 달과 지구 사이 거리의 40분의 1에 불과하다), 1,100만 년 이내로 화성에 충돌할 것으로 예측된다.
태양중심설
고대에서 중세에 이르기까지 아리스토텔레스(Aristoteles, 384~322B.C.)의 우주관이 큰 영향력을 발휘했다. 아리스토텔레스의 우주는 크게 두 개의 세계로 나뉜다. 즉 우주의 중심인 지구로부터 달까지 이르는 달밑세계(sublunar world) 또는 지상계(terrestial world)와 달에서부터 그 바깥을 이르는 달윗세계(superlunar world) 또는 천상계(celestial world)로 구별되는 것이다. 지상계는 흙, 물, 공기, 불과 같은 4원소로 이루어져 있으나 천상계는 제5원소인 에테르(aether)로 구성되어 있다. 또한 두 세계에서는 일어나는 운동도 차이가 나는데, 지상계에서는 시작과 끝이 있는 직선운동이 주로 나타나지만, 천상계에서는 시작도 끝도 없는 완전한 운동인 등속원운동이 주로 존재한다. 아리스토텔레스는 태양이 중심에 있다는 이야기를 언급한 적이 있으나, 이는 매우 철학적인 수준의 언급이었다. 즉, 불인 태양은 지구보다 중요하기 때문에 우주의 가운데에 위치해야 한다는 관점이다.
레이저 간섭계 우주 안테나
달의 궤도보다 10배 더 큰, 전체 배치는 태양과 지구와의 거리와 같은 태양계 궤도상에 위치하게 될 것이다. 그러나, 지구에 20도의 각도로 , 황도 궤도 평면에 상대적으로 60도만큼 기울어지게 끌려 간다. 우주선의 배열(constellation)과 지구 사이 선형 평균 거리는 5천만 킬로미터가 될 것이다.
시직경
예로 우리 태양계의 태양과 지구를 공전하는 달의 시지름은 약 0.5°, 안드로메다은하는 약 3°10′ x 1°이다. 천체의 모양이 편평타원체인 경우, 극(極)시지름과 적도시지름이 구별된다. 천문학에서는 시지름의 반인 시반지름을 사용하는 일이 많다.
희귀한 지구 가설
태양계에 있는 암석 행성들은 수성이나 금성처럼 위성이 없거나, 혹은 있어도 화성처럼 작은 천체(소행성이 화성의 중력에 붙잡힌 것으로 보인다)만을 거느리고 있다. 그러나 지구의 달은 특이하다. 지구의 질량에 대한 달의 질량의 비율은 위성이 갖는 값으로서는 매우 높으므로, 달과 지구를 이중 행성계로 보는 과학자들도 있다.
지구 접근 천체
2011년 11월 8일 직경 400m 크기의 소행성 가 지구에서 32만km 떨어져서 통과하였다.
센타우루스자리
센타우루스자리 알파별은 지구에서 4.37광년 떨어져 있다. 이 별의 동반성(同伴星) 프록시마는 4.22광년 거리로, 태양을 제외하고는 지구에서 가장 가까운 적색왜성이다. 이들은 중력에 의해 묶인 삼연성계(triple solar system)를 이룬다.
달
그러나 지구와 달은 여전히 이중행성계보다는 지구-위성 관계로 여겨진다. 왜냐하면 지구와 달의 무게중심이 지구표면 아래 1700 km(지구반지름의 1/4)에 위치하기 때문이다.
슈퍼문
정확한 주기 및 발생 빈도는 알 수 없다. 달은 지구 주위를 한 달에 한 번씩 공전한다. 따라서, 근지점과 원지점은 각각 1년에 12번씩 발생한다. 이 중에서, 달과 지구 사이의 거리가 357,000km 정도일 때, 그리고 그때의 달이 보름달일 때의 발생 빈도는 알 수 없다.
안드로메다 은하
안드로메다 은하(_는 지구로부터 약 780 킬로파섹(250만 광년) 떨어져 있는 나선은하이다. 이는 우리은하로부터 가장 가까운 큰 은하("major galaxy")이며, 메시에 31(M31) 또는 NGC 224로 알려져 있기도 하다. 옛 문헌에서는 종종 안드로메다자리 대성운(Andromeda大星雲)으로 표현되었다. 은하의 명칭은 은하가 보이는 별자리, 즉 안드로메다자리의 명칭을 따서 붙여졌다. 여기서 안드로메다자리는 그리스 신화의 안드로메다 공주의 이름을 따 붙여진 별자리이다. 폭이 대략 22만 광년인 안드로메다 은하는 우리 은하 및 삼각형자리 은하와 대략 44개의 작은 은하들을 포함하는 국부은하군에서 가장 큰 은하이다.
달
달(moon)은 지구의 유일한 영구적 자연위성으로, 태양계내의 위성 중 5번째로 크다. 행성의 크기와 연관하여 자연위성 중 가장 크다. 지구 중심으로부터 달 중심까지의 거리는 평균 38만 4400킬로미터로, 지구 지름의 30배이며, 지구에서 태양까지 거리의 400분의 1이다. 달의 지름은 지구의 약 4분의 1, 태양의 약 400분의 1인 3500 km이다. 달의 부피는 지구의 약 1/50 정도이며, 표면에서의 중력은 지구의 약 17%이다. 달은 지구를 약 27.3일에 일주하며(공전 주기), 지구-달-태양의 위치 변화는 29.5일을 주기로 달라지는 달의 상을 만든다(삭망 주기).
센타우루스자리 알파 Bb
센타우루스자리 알파 Bb는 어머니 별 중심으로부터 불과 0.04 천문단위(약 600만 킬로미터) 떨어져 있다. 이 거리는 지구와 달 사이 거리의 약 15.6배이다. 가까운만큼 Bb는 어머니 별을 3.236일(3일 5시간 39분 24.5초)에 한 바퀴 돈다. 이렇게 가까운 곳을 돌기 때문에 Bb는 조석 고정 상태가 되어 행성의 한 쪽은 영원한 낮이, 다른 쪽은 영원한 밤이 계속될 것이다. 이 행성 질량의 최솟값은 지구의 1.13배로, 궤도경사각 값을 모르기 때문에 실제 질량이 아닌 질량 하한선만을 알 수 있다. 지구에서 볼 때 Bb는 항성 표면과 우리 시선 사이를 지나가지 않기 때문에 이 별의 정확한 크기, 질량, 대기 상태를 알 수는 없다. 다만 질량을 고려하면 지구형 행성일 가능성이 높다.
화성 탐사
화성 탐사에서 중요한 것은 발사 시간대이다. 지구와 화성의 공전 주기와 공전 궤도의 차이로 인해 지구에서 화성까지의 거리는 지속적으로 변화한다. 지구-화성까지의 거리가 가장 짧아지는 근접기가 발사 시간대이다. 다음은 최근의 지구-화성 간 근접기이다.
발사 시간대 외에 화성으로 로켓을 발사할 경우 화성까지 도달하는 시간은 780일(지구시)이다. 발사 시간대가 아닌 경우 지구에서 발사된 로켓은 먼저 금성에 다가가 가속한 후 화성에 진입하며 발사 시간대 기간중에는 태양을 사이에 두고 직접 화성까지 도달하게 된다.
목성에서 본 지구 일면통과
지구와 달이 함께 태양면을 지나가는 것처럼 보일 것이라는 사실 때문에, 이 천문 현상은 흥미롭다. 다만 2060년 12월 21일의 경우 달은 태양면을 지나가지만 지구는 아슬아슬하게 태양면 바깥을 지나갈 것이다. 또 다른 경우 2055년 6월 24일의 경우 목성에서 바라본 지구와 달은 매우 가까이 붙어 있어서 분리된 형상처럼 관측하기가 어려울 것이다.
태양계
태양으로부터 10광년 이내 범위에는 이웃 별이 몇 개 없다. 가장 가까운 이웃 별은 센타우루스자리 프록시마로 태양으로부터 4.2광년 떨어져 있으며, 중력으로 프록시마와 연결되어 있으리라고 추측되는 센타우루스자리 알파 A, B 항성계가 4.4광년 거리에 있다(이런 이유로 프록시마를 센타우루스자리 알파 C로 부르기도 한다). A와 B는 가까이 연결되어 있는 쌍성으로 태양과 비슷하며, 프록시마는 적색왜성으로 매우 어둡다. 그 다음으로 태양과 가까운 항성은 적색왜성 바너드 별(5.9광년), 울프 359(7.8광년), 랄랑드 21185(8.3광년)이다. 10광년 이내에서 가장 밝고 무거운 이웃 별은 8.6광년 떨어진 시리우스로, 질량이 태양의 2배 가까운 주성 A와 짝별 백색왜성 B 두 개로 구성되어 있다. 10광년 내 나머지 별로는 적색왜성 쌍성으로 구성된 루이텐 726-8(8.7광년), 홀로 있는 적색왜성 로스 154(9.7광년)가 있다. 태양처럼 홀로 있으면서 비슷한 G형 주계열성 중 가장 가까운 별은 고래자리 타우로 11.9광년 떨어져 있다. 이 별의 질량은 태양의 80퍼센트이며, 밝기는 60퍼센트 정도이다. 태양으로부터 가장 가까운 외계 행성은 태양보다 어둡고 가벼운 K형 항성 에리다누스자리 엡실론을 돌고 있으며 10.5광년 떨어져 있다. 엡실론 주위에는 한 개의 행성 에리다누스자리 엡실론 b의 존재가 확인되어 있는데, b의 질량은 목성의 1.5배에 어머니 항성을 6.9년에 한 바퀴 돈다.
테이블산자리 알파
테이블산자리 알파는 지구에서 33광년 떨어져 있으며, 상대적으로 큰 고유 운동값을 보여준다. 아직 이 별 주위를 도는 행성은 발견되지 않았으나 3.05 초각 떨어진 곳에 동반성으로 보이는 적색 왜성이 하나 있다. 둘의 거리는 30 AU 정도로 추측되는데 이는 태양으로부터 해왕성까지의 간격 정도이다.
천문단위
천문단위의 정의는 '태양과 지구의 거리'이다. 하지만 지구(정확하게는 지구와 달의 중심)의 궤도는 완전한 원형이 아닌 타원형을 하고 있다. 따라서 ‘지구 궤도의 길이 반경 (타원의 장축의 절반)’으로 평균 거리로 간주해도 무방하다.
2012 년 8월 제28회 IAU(국제천문연맹) 총회 결의에 따라 다음과 같이 권장하고 있다.
지구핵
지구핵은 지표면으로부터 약 2900km부터 약 5100km의 외핵과 약5100km부터 약 6400km의 내핵으로 나뉜다. 그 두 핵을 나누는 면은 레만면이라 부른다.
우주에서의 지구의 위치
우주에서 지구의 위치에 대한 지식은 근 400년 동안 망원경 관찰로 축적된 자료에 바탕이 되었고 20세기에 들어서 기하급수적으로 팽창하였다. 초기에는 맨눈으로 볼수있는 행성들과 고대의 행성들로 만들어진 지구 위주의 지구중심설이 거론되었지만, 17세기에 들어서 태양중심설이 받아들여지고 윌리엄 허셜을 포함한 다른 과학자들의 관측으로 인해 태양은 디스크 모양의 방대한 은하 사이에 존재하는 수많은 항성들 중 하나인 것을 밝혀냈다. 20세기에는 나선 은하의 관측으로 인해 우리 은하는 팽창하는 우주안에 존재하는 수십억 개의 은하 중 하나일 뿐인 것을 밝혀냈으며 두 가지 부류인 은하단과 초은하단으로 나뉘었다. 21세기에 들어서는 초은하단이 복잡한 은하 필라멘트와 초공동으로 형성되면서 관측 가능한 우주의 구조에 대한 지식이 더욱 정확하고 확실해지고 있다. 초은하단, 은하 필라멘트와 초공동은 아마도 우주에서 가장 크고 일관성있는 구조일 것이다. 커다란 규모에서는 (1000 메가파섹 이상) 우주가 균질적으로 변하며 모든 구성원들은 평균 밀도, 구성, 구조가 같아진다.
메시에 10
M10는 지구에서 14,300광년 떨어져 있으며, 겉보기 등급은 6.4등급이다. 크기는 약 83광년으로 시직경은 20분으로 보름달의 2/3크기이다. 밝은 중심 부분의 크기는 35광년으로 성단 안에서 4개의 별을 구별할 수 있다.
HD 121504 b
HD 121504 b와 항성 사이 간격은 지구와 태양 거리의 1/3 수준이다. 궤도는 약간 찌그러져 있다.
메시에 9
M9는 우리 은하 중심부에서 5500 광년 떨어진 곳에 위치한 구상 성단으로 지구에서 25,800 광년 떨어져 있다. 절대 등급은 -8.04 등급으로 성단의 전체 밝기는 태양보다 120,000 배나 밝다. M9에 있는 가장 밝은 별의 겉보기 밝기는 13.5 등급으로 중간 정도 크기 망원경으로 볼 수 있다. 이 성단 내에서 변광성 13개가 발견되었다.
지구
지구(地球, Earth)는 태양으로부터 세 번째 행성이며, 엷은 대기층으로 둘러싸여 있고, 지구형 행성 가운데 가장 크다. 지구는 45억 6700만 년 전 형성되었으며, 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성된 달을 위성으로 두고 있다. 지구 의미하는 기호의 두 선분은 자오선과 적도다. 태양에서 지구까지 거리는 약 1억 5000만 킬로미터(1천문단위)이다. 지구는 완전한 구(球)가 아닌 회전타원체에 가깝다. 적도는 반지름이 약 6378킬로미터, 극(極)반지름은 약 6357킬로미터이다. 그 차가 약 20킬로미터이므로 편평도(偏平度)는 매우 낮다. 우리가 흔히 몸무게라고 하면 사람이 지구에서 잰 몸무게를 나타낸다.
데네브
데네브가 지구에서 정확히 어느 정도 떨어져 있는지는 확실하지 않다. 다만 분광형, 대기모형, 항성진화모형, 고니자리 OB7 성협 구성원 여부, 각지름값 등을 고려했을 때 현재 가장 유력한 거리값은 약 2,600광년이다. 시차값이 정확하지 않기 때문에 2100광년에서 7400광년까지 실제 거리는 바뀔 수 있다. 데네브는 일등성 별들 중 지구에서 가장 멀리 있기도 하다.
태양계
세드나(태양에서의 평균거리 525.86 AU)는 거대하고 불그스름한, 명왕성과 비슷한 천체로, 괴상하게 길쭉한 타원형의 궤도를 가지고 있다. 궤도가 너무 길어서 근일점에 도달했을 때의 거리가 76 AU인데 반해 원일점에서는 928 AU에 달하고, 궤도를 한 바퀴 다 도는 데에는 1만2050년이 걸린다. 2003년에 이 천체를 발견한 마이클 브라운은 세드나가 해왕성의 영향을 받기에는 근일점이 너무 멀기 때문에 산란 분포대나 카이퍼 대에 속할 수 없다고 주장했다. 브라운과 다른 천문학자들은 세드나가 근일점이 45 AU이고 원일점이 415 AU, 공전 주기가 3420년인 (148209) 2000 CR와 함께 새로운 집단에 포함된다고 간주한다. 브라운은 이 새로운 집단을 ‘안쪽 오르트 구름’이라고 이름지었다. 세드나는 그 생김새가 확실히 밝혀져야 할 필요가 있긴 하지만, 왜행성으로 추측되고 있다.
지오테일
발사 후 초기 2년간은 자기 꼬리의 먼 지역을 관측하기로 예정되어 있었기 때문에 두 번의 달 스윙바이을 거쳐 원지점의 거리가 지구 반지름의 80~200배 가량인 궤도로 진입했고, (지구의 자기 꼬리는 태양과 반대편으로 뻗기 때문에) 원지점을 항상 밤 쪽에 두기 위하여 달 스윙바이을 사용하였다. 이러한 운용 방법은 1995년부터 약 2년간 14회 사용했다. 1994년 11월 중반 원지점이 지구 반지름의 약 50배 정도로 조정되고, 1995년 2월에는 지구 근처로 다가오는 준-폭풍을 관측하기 위해 반지름의 30배 정도로 떨어트렸다. 근지점은 반지름의 10배 가량, 궤도 경사각은 -7°정도로 하여 동지점에 가까워지도록 하였다.
조석
해양에서 조석을 일으키는 주요 천체는 달과 태양이며, 실제 조석을 일으키는 힘의 크기는 지구 중심으로부터 조석을 일으키는 각 천체(달과 태양)의 중심 간의 거리의 3승에 반비례한다. 따라서 기조력(조석을 일으키는 힘)에서는 거리가 매우 중요한 요소이다. 태양의 질량은 달의 질량의 2,700만 배이나 지구로부터의 거리는 달에 비해 387배 더 멀리 떨어져 있다. 따라서 태양의 기조력은 달의 기조력의 46%에 지나지 않는다.
지구의 역사
지구의 자연위성인 달은 태양계 다른 위성과 비교해볼 때 상대적으로 크다. 아폴로 계획 동안에 얻은 달의 암석을 연대 측정해보면 약 45.3억년으로 적어도 태양계가 형성된 지 3000만 년이 지난 후에 만들어진 것으로 보인다.
달
달의 내부는 크게 표면, 맨틀, 핵, 이렇게 세 부분으로 나뉘어 있다. 표면의 두께는 평균 70km이고,(고지대 약 100 km,저지대나 바다 약 60 km) 핵의 반지름은 300~425 km 사이, 나머지 부분은 맨틀을 이루고 있다. (달의 평균 반지름 1740 km) 달의 핵은 달 전체 질량의 2% 미만을 차지하고 있다고 추측하고 있다.
오리온자리 팔
오리온자리 팔 내의 지구를 포함한 태양계는 은하중심으로부터 약 8,000 파섹(26,000 광년) 떨어져 있으며, 오리온자리 팔의 세로를 따라 거의 중간에 있는 국부 거품의 안쪽 가장자리 근처에 위치해 있다.
태음태양력
달과 지구 사이의 만유인력 때문에 발생하는 조석력은 지구의 자전 속도를 늦추는 힘으로 작용하며 달은 매년 3 cm 정도씩 지구에서 멀어지고 있다. 이는 매우 미미한 양이긴 하지만 달의 자전주기가 점차 길어진다는 것을 뜻한다. 따라서 삭망월 주기도 길어지게 되고 태양태음력 역시 수정되게 될 것이다. 이러한 현상이 수 만년 이상 계속 되어 삭망월 주기가 30일이 되면 큰 달과 작은 달의 구분 없이 태음태양력의 평년은 360일이 되고 윤달은 6년에 한 번 꼴로 돌아오게 된다.
카시오페이아자리 로
이 별은 지구로부터 약 10,300광년 떨어져 있으며 북반구에 있는 관찰자는 맨눈으로도 볼 수 있다. 밝기는 태양의 550,000배이며 반지름은 450배이다. 이 별의 밝기는 일정하지 않으며, 평균적인 밝기에서 계산한 절대 등급은 -7.5로 지금까지 발견된 별들 중 아주 밝은 편에 속한다. 표면 온도는 태양과 비슷하지만 이 별 주위에서 지구와 비슷한 온도대를 찾으려면 450AU까지 물러나야 하며, 이는 태양에서 명왕성까지 거리의 10배가 넘는 거리이다. 로는 극대거성 중에서도 황색 단계에 있고 이는 우주에서 가장 드문 사례에 속한다. 우리 은하 내에서 황색극대거성은 로를 포함하여 단 7개만이 발견되었다.
고대 그리스 천문학
아리스타르코스는 그의 유일하게 전해져 내려오는 연구인 "태양과 달의 크기와 그 거리"(the Sizes and Distances of the Sun and Moon)를 썼다. 이 저술에서 그는 지구 반경의 지구부터 태양과 달까지의 거리뿐만 아니라 태양과 달의 크기까지 계산하였다. 얼마 지나지 않아, 에라토스테네스는 아리스타르코스의 계산에서 도출할 수 있는 지구 반지름 값을 제공하여 지구의 크기를 계산하였다. 히파르코스는 태양과 달의 거리와 크기에 대한 또 다른 동명의 책을 썼지만 전해지지 않고 있다. 아리스타르코스와 히파르코스는 모두 지구에서 태양까지의 거리를 과소 측정하였다.
태양중심설
태양중심 체계를 처음으로 주장한 사람은 사모스의 아리스타르코스(Aristarchos, 310?~230B.C.)이다. 그는 현재 남아 있는 유일한 저서 『태양 및 달의 크기와 거리에 대해서』에서 삼각법을 이용하여 지구와 달 사이의 거리와, 지구와 태양사이의 거리의 비를 구하였다.(지구와 태양 사이의 거리가 지구와 달 사이의 거리의 18~20배라고 하였는데, 실제로는 약 400배이다.) 또한 에라토스테네스처럼 지구의 둘레를 측정하고 달과 태양의 시지름과 부피의 비도 구하여, 태양은 지구에 비해 6~7배 더 넓고 따라서 태양의 크기는 지구의 300배에 달한다고 결론지었다.
그는 태양이 지구보다 크기 때문에 태양의 연주운동은 지구의 공전으로 말미암은 것이고 또한 항성은 태양과 동등한 천체이기 때문에 그 일주운동은 지구의 자전에 의한 것이라고 주장했다. (지구와 태양의 상대적인 크기를 계산하는 것을 통해, 아리스타르코스가 거대한 태양이 지구의 주위를 도는 것보다 지구가 태양의 주위를 도는 것이 이치에 맞다는 생각을 했을 것이라고 추정하기도 한다.) 당시에는 플라톤과 아리스토텔레스 등의 지구중심설(천동설)이 주류를 이루었기 때문에 이러한 구상은 히파르코스 등에 의해 부정되었지만, 후에 코페르니쿠스의 선구가 되었다.
[참고] 아리스타르코스의 태양중심설이 받아들여지지 않은 이유 중에는 별의 시차(stellar parallax)에 의한 효과가 관측되지 않았다는 점이다. 별의 시차 값은 매우 작아서 근대에 들어와서야 관측에 성공했을 정도로 측정하기 매우 어렵다. (켄타우루스 별자리의 알파성은 지구에서 가장 가까운 별이지만, 시차각이 호의 1초(1”)밖에 되지 않을 정도로 미세하다.)
태양
태양은 우리 은하 중심을 약 24,000~26,000광년 거리에 두고, 은하계 북극 방향에서 볼 때 시계 방향으로 약 2억 2천 5백만~2억 5천만 년에 1회 돌고 있다. 우리 은하가 우주 배경 복사(CMB)에 대하여 물뱀자리 방향으로 초당 550킬로미터 속도로 움직이고 있기 때문에, 태양의 우주 배경 복사에 대한 종국적 속도는 컵자리 또는 사자자리 방향으로 초당 370킬로미터가 된다. 태양은 현재 우리 은하 오리온 팔의 안쪽 경계 내 국부 거품 영역의 국부 항성간 구름 속을 여행하고 있다. 태양에서 17광년 이내 가까운 별 50개 중 4.2 광년 떨어진 센타우루스자리 프록시마가 제일 가까운 이웃 항성이다) 태양은 네 번째로 무거운 별이다.
금성 일면통과
일면통과를 하는 과정에서 금성은 태양의 표면을 동쪽에서 서쪽으로 움직여 가는 작은 점처럼 보인다. 천체가 태양의 앞을 통과하여 태양빛 중 일부를 가린다는 점에서는 일식과 비슷하다. 달의 직경은 약 30분으로 태양의 시지름과 거의 비슷하기 때문에, 달은 태양의 거의 전부 또는 전부를 가린다. 하지만 금성의 직경은 가장 커 봐야 달의 30분의 1(약 1분)에 불과하다. 실제 금성은 달 지름의 4배 정도로 크지만, 가장 지구와 가까이 접근해도 그 거리는 4100만 킬로미터로, 지구와 달의 거리에 비해 100배 이상 멀리 떨어져 있기 때문에 이렇게 작게 보이는 것이다.
달 레이저 거리 측정실험
현재 지구에서 달까지 거리를 측정하는 방법으로 널리 쓰이는 것은 지구에서 레이저를 발사해서 달에서 반사해서 돌아올 때까지 시간을 재는 것이다. 이 방법대로 잰 거리는 지구 표면에서 달 표면까지 거리에 해당한다. 이 거리를 그대로 써도 된다.
유인화성탐사
지구에서 화성까지의 거리는 궤도상의 천체 배열에 따라 5460만km에서 4억km까지 달라질 수 있다. 유인우주선이 화성에 도착하는데 보통 9개월 정도 걸린다고 알려져 있다. 따라서 화성탐사선은 지구와 화성이 나란히 배열되는, 하늘의 창()이 열리는 시기에 발사된다. 미국 NASA는 지구에서 화성까지 39일만에 도착하는, 마하 164(초속 56km) 속도의 바시미르 엔진을 1977년 부터 개발중이다.
레인저 5호
임무는 아틀라스/아제나 로켓으로 달을 향해 발사한 다음, 중간에 궤도를 살짝 수정하여 달에 충돌하도록 계획되었다. 적절한 고도에서 캡슐은 분리되고, 역추진 로켓은 속도를 줄이기 위해 점화된다. 지구의 대기 궤도에서 달을 향하는 궤도로 탐사선을 진입시킨 후, 알 수 없는 고장이 일어나 탐사선은 추가적인 전력을 받지 못했다. 8시간 44분 후, 배터리는 더 이상 작동하지 않았다. 레인저 5호는 달을 725 km 떨어진 곳에서 놓쳤다. 지금은 태양 주회 궤도를 돌고 있다. 감마선 자료는 전기가 떨어지기 4시간 전부터 수집했다. 임무 관제소는 130만 킬로미터 정도의 거리를 추적했다.
오리온자리 팔
오리온자리 팔()은 가로 약 3,500 광년(1,100 파섹), 세로 10,000 광년(3,100 파섹) 규모의 우리 은하의 작은 나선팔이다. 지구 및 태양계는 이 오리온자리 팔 안에 위치한다. 또한 이 나선팔은 오리온자리-백조자리 팔("Orion-Cygnus Arm")이나 국부 팔("Local Arm"), 오리온자리 다리("Orion Bridge"), 국부 돌출부("Local Spur") 또는 오리온자리 돌출부("Orion Spur") 이라고 표현되기도 한다.
천문단위
기원전 3세기, 아리스타쿠스(Aristachus)는 계산과 관찰에 의해 태양은 달의 18~20배 멀리 있다고 결론지었다. 관측 장비의 정확성이 나빠서 값은 실제와는 크게 달랐지만, 기하학적 계산은 맞았다. 이러한 비율만으로는 천체까지의 구체적인 거리를 알 수 없다. 그러나 태양까지의 거리의 단위를 천문단위로 간주한다면, 아리스타쿠스는 달까지의 거리를 처음으로 구한 것이 된다.
17세기, 케플러 또한 관측 데이터와 기하학적 관계를 이용하여 시행착오와 복잡한 계산을 반복하면서 화성의 궤도를 거의 정확하게 재구성했다. 케플러의 노력으로 행성 사이 운동의 상대적 관계를 잘 설명할 수 있었고, 머지않아 뉴턴역학에 의해 역학적 구조도 밝혀졌다. 역학적 구조가 밝혀져 케플러의 운동과 미세한 오차를 알 수 있게 되자, 수세기에 걸쳐 천체 역학에서는 놀라운 발전이 있게 되었다.
이렇게 행성의 움직임은 정밀하게 예측할 수 있게 되었지만, 그 천체가 지구에서 얼마나 떨어져있는지, 태양과 지구가 어느 정도의 질량을 가지는지를 m과 kg같은 우리가 사용하는 단위를 사용하여 정밀하게 알기에는 역시 어려움이 따랐다. 그러나 그 구체적인 값을 정밀하게 알 필요도 없었다. 아리스타르쿠스와 마찬가지로 지상의 단위에 의지하지 않아도 태양계 자체를 기준으로 하면, 즉 미터 대신 천문단위를, 킬로그램 대신에 태양질량을 사용하면 행성의 움직임은 매우 정확히 측정 할 수도, 예측도 가능했다. 예를 들어, 19 세기 전반에 천문학자들이 각도의 1분(1°의 1/60)에 못 미친 천왕성의 위치 예측과의 차이에 골머리를 썩고 있을 때, 행성의 질량과 행성까지 거리가 일상의 단위에서 얼마인지는 무관한 문제라는 것을 알았으며, 천문학자들은 이로 인해 해왕성을 발견 할 수 있었다. 따라서 천문학에 길이 단위로 천문단위처럼 지상과는 다른 단위를 사용하는 것은 자연스러운 일이기도 필연이기도 했다. 여기에 천문단위가 천문학에서 사용되어 온 첫 번째 의의가 있다.
1809년 가우스는 지구의 궤도 장축 반경을 길이단위, 태양질량을 질량단위, 지구의 하루를 시간단위로 하는 단위계를 통해 태양계의 운동을 기술하는 기초 작업을 했다. 이때 도입된 가우스중력상수 k는 이 단위계로 나타낸 만유인력상수의 제곱근이 되면서 하루 지구가 태양을 둘러싼 평균 각도를 라디안 단위로 설정되었다. 이 단위계가 보안된 뒤, 현재 국제천문연맹에 의해 1976년의 천문단위계와 천문단위의 개념에 직접 도입되고 있다. 천문단위계에서는 길이의 천문단위외에 질량과 시간의 천문단위를 정하고있다. 이들은 가우스와 마찬가지로 질량의 천문단위 Ms로 태양질량, 시간의 천문단위 D로 1일, 즉 24×60×60=86,400초를 가리킨다. 그러나 보통은 질량과 시간의 천문단위는 천문단위의 이름으로 부르지 않고, 천문단위의 경우엔 길이의 천문단위를 가리킨다.
로스 128 b
로스 128 b(Ross 128 b)는 처녀자리에 위치한 로스 128를 돌고 있는 외계 행성이다. 지구에서 11광년 떨어진 외계 행성으로, 가장 지구와 비슷한 행성으로 알려졌다. 반지름은 지구보다 10% 크며(지구의 1.35배(추정치)), 모항성과의 거리는 0.4AU로 공전주기는 9일에 불과하다. 지구보다 약 38%의 빛을 더 받으며 지구와 가장 질량이 비슷하다. 그럼에도 평균온도는 약 8도 정도라고 한다. 평균온도가 약 8도고, 최저기온은 약 영하 20도에서 60도 사이일 것으로 예상되고 있다. 현재 가장 지구와 비슷한 천체로 이 천체가 꼽히고 있으며, 글리제 581 g는 아직도 치열하게 생명체 존재 여부를 주제로 하여 토론하고 있고, 케플러-438b는 최근에 태양풍으로 행성의 대기가 파괴된다는 연구 결과로 인해 가장 지구와 비슷한 천체는 로스 128b다.
지구에서 달까지
지구에서 달까지()는 프랑스 작가 쥘 베른이 1865년에 쓴 고전 과학소설이다.
HD 40307
이들 중 다섯 행성은 어머니 별에 매우 가까이 붙어 돌고 있다. 다섯 중 가장 먼 행성은 어머니 별로부터 태양~수성 거리의 약 두 배 떨어져 있는데 이는 태양~금성 거리와 비슷하다. 항성의 분광형을 고려했을 때 이 거리는 HD 40307 항성계의 생명체 거주가능 영역 내 있다.
HD 40307
지구로부터는 42광년 정도 떨어져 있어 그리 멀리 있는 천체는 아니다. 그러나 이 별의 겉보기 등급은 7.17로 사람이 맨눈으로 볼 수는 없다. 이 별은 과거 41만 3천 년 전 우리 태양계에 6.4 광년까지 접근한 적이 있다.
지구
1790년, 프랑스 정부에서 전 세계적인 단위의 표준을 정할 필요성을 느끼고 미터법을 제정할 당시, 거리의 기준을 지구로 삼았다. 그에 따라 지구 적도에서 북극점까지의 거리를 정확하게 10,000Km, 이 거리의 4배인 지구 전체 자오선 길이인 40,000km를 기준으로 하는 미터법이 제정되었다. 전체 자오선 길이가 아닌, 적도에서 북극점까지 거리인 10,000km를 십진법상의 표준으로 삼은 까닭은 당시의 기술 수준으로 남반구 지역에 관측소를 설치하는 것이 용이치 않았기 때문이다. 따라서 1m는 적도에서 극점까지 거리의 1000만분의 1이다. 단, 1983년 이후, 국제단위계에서 미터는 진공에서 빛이 1/299,792,458초 동안 진행한 거리로 정의되었다. 미터 항목 참조.
궁수자리 A*
천문학자들은 가시광선 대역에서 지구와 전파원 사이의 먼지와 가스에 의해 25등급까지 소광되는 효과 때문에, 궁수자리 A*을 관측할 수 없었다. 일부 연구팀은 초장기선 간섭계(VLBI)를 이용하여 라디오파 대역에서 궁수자리 A*의 영상을 얻으려고 시도했다. 1.3 mm의 파장대에서 이루어지는 현존 최고해상도의 측량에서, 시지름 37 마이크로초에 해당하는 전파원이 드러난다. 26,000 광년 거리에 있는 이것은 직경이 4,400만 킬로미터임을 시사한다. 비교 대상을 들자면, 지구와 태양 사이의 거리가 1억 5천만 킬로미터이고, 근일점에 있는 수성과 태양 사이의 거리가 4600만 킬로미터이다. 궁수자리 A*의 고유 운동은 대략 적경에서 연당 -2.70 밀리초, 적위에서 연당 -5.6 밀리초이다.
항성
항성 자체는 지구에 비하면 압도적으로 무겁고 밝은 존재이지만 항성과 항성 사이는 엄청나게 떨어져 있다. 태양을 제외하고 지구에서 가장 가까운 항성은 켄타우루스자리 프록시마로 빛의 속도로 4.2년이 걸리는 거리에 있다. 이 거리는 39조 9천억 킬로미터에 이르며, 태양에서 명왕성까지 거리의 6000배에 이르는 간격이다. 프록시마에서 떠난 빛이 지구에 이르기까지는 4.2년이 걸린다. 우주 왕복선의 지구 궤도선상 속도(시속 3만 킬로미터)로 프록시마까지 가려면 15만 년이 걸린다. 이 정도는 은하면에 존재하는 별 사이에서는 평균보다 약간 가까운 거리에 해당한다. 은하 중심 또는 구상 성단에 있는 별들 사이의 거리는 훨씬 가깝고, 은하 헤일로에 있는 별들 사이의 거리는 훨씬 멀다.