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티코의 화성 관측으로 케플러 법칙 찾기

망원경도 없던 시절의 화성 관측 기록으로, 케플러는 어떻게 행성이 타원을 돈다는 것을 알아냈을까요?

무슨 일이 일어났나

튀코 브라헤는 망원경이 나오기 전 눈으로 행성 위치를 쟀고(NASA), 케플러에게 화성의 궤도를 밝히는 일을 맡겼습니다.

NASA 에 따르면 케플러는 여러 해 동안 튀코의 화성 관측을 원 궤도에 맞추려 애썼지만 맞지 않았고, 마침내 행성이 해를 한 초점에 둔 타원을 돈다는 답을 찾아 1609 년 『새 천문학 (Astronomia Nova)』에 실었습니다.

시뮬레이터에 NASA 자료표의 화성 궤도(긴반지름 227.956 × 10⁶ km ≈ 1.524 AU, 이심률 0.0935)를 넣으면, 해에서 1.38 AU 인 가장 가까운 곳에서 26,500 m/s, 가장 먼 곳에서 22,000 m/s 로 NASA 값 26.50 · 21.97 km/s 와 맞습니다.

비교용 원 궤도와 겹쳐 보면 차이가 작아 보이지만, 튀코의 정밀한 기록에는 그 차이가 드러났습니다. 같은 시간 동안 쓸고 간 넓이의 비(마지막 칸 ÷ 첫 칸)는 1.00 으로, 케플러 2 법칙이 그대로 나옵니다.

📸 진짜 모습

바이킹 궤도선 사진을 이어 붙인 화성의 거의 한쪽 면으로, 가운데에 마리너스 협곡이 보입니다.
출처: NASA/JPL/USGS · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

운동장에 말뚝 두 개를 박고 실 고리를 걸어 막대로 팽팽히 당기며 한 바퀴 돌면 타원이 그려집니다 — 말뚝 하나가 해 자리, 곧 한 초점입니다.
부엌에서 오이를 비스듬히 썰면 단면이 동그라미가 아니라 길쭉한 타원이 되듯, 타원은 «찌그러진 원» 입니다 — 화성 궤도는 그중 아주 살짝 찌그러진 쪽입니다.

누가 왜 찾았나

튀코 브라헤는 덴마크 왕에게서 받은 벤섬(Hven)에 천문대를 짓고 맨눈으로 행성 위치를 모았습니다(NASA). 27 살에 튀코의 조수가 된 케플러는 화성 궤도를 밝히라는 일을 맡았고, 원으로는 관측과 맞지 않자 해를 한 초점에 둔 타원이라는 답을 찾아냈습니다.

확인된 값

튀코가 케플러에게 맡긴 일 — 화성 궤도 밝히기: 화성 궤도 출처
튀코의 화성 관측을 원 궤도에 맞추려다 여러 해 애씀: 원 궤도로는 안 맞음 출처
찾아낸 답 — 행성은 해를 한 초점에 둔 타원을 돈다: 타원 궤도 출처
케플러가 『새 천문학 (Astronomia Nova)』을 펴낸 해: 1609 출처
튀코의 관측은 망원경 없이 눈으로 잰 것: 맨눈 관측 출처
화성 공전 궤도 긴반지름 (227.956 × 10⁶ km): 227956000000 m 출처
화성 공전 궤도 이심률: 0.0935 출처
화성 공전 빠르기의 가장 큰 값 (26.50 km/s): 26500 m/s 출처
화성 공전 빠르기의 가장 작은 값 (21.97 km/s): 21970 m/s 출처
케플러의 법칙은 뉴턴의 법칙에서 이끌어 낼 수 있다: 뉴턴 → 케플러 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 역학과 에너지 · 시공간과 운동 [12역학01-04]
한국 2022 · 지구과학 실험 · 우주 탐구 [12지실03-04]

출처

https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/planetary-motion(확인 2026-11-12)
https://science.nasa.gov/solar-system/orbits-and-keplers-laws/(확인 2026-11-12)
https://pwg.gsfc.nasa.gov/stargaze/Skeplaws.htm(확인 2026-11-12)
https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/marsfact.html(확인 2026-11-12)
https://pwg.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sorbit.htm(확인 2026-11-12)

이어서 보기

행성 운동 법칙 (케플러 법칙)