궤도

요약 중력장 또는 전자기장 등에서 물체가 운동하는 일정한 길.

경로라고도 한다. 기준좌표계에 따라서 다르게 서술되기도 하는데, 좁은 의미로는 일정한 시간 간격을 두고 반복적으로 운동을 하는 물체가 그리는 운동궤적인 폐곡선을 궤도라 하기도 한다.

천체
뉴턴역학에 따르면, 두 질점이 만유인력에 의해서 서로 끌어당기며 운동할 경우, 질점의 궤도는 다른 질점을 하나의 초점으로 하는 원·타원·포물선·쌍곡선 등 2차곡선이 된다. 태양계 내부에서는 일부 혜성을 제외하고 대부분의 행성·위성·혜성은 타원궤도를 가지고 있다(사실은 태양의 인력 이외에 다른 행성의 인력이 작용하기 때문에 엄밀하게 타원은 아니지만 근사적으로 타원궤도로 취급한다).

행성궤도의 경우, 태양이 그 초점에 있기 때문에 행성이 긴지름 위의 두 점 가운데 A점에 오면 태양과 행성의 거리는 최소가 된다. 이 점을 근일점(近日點)이라고 한다. 이에 대하여 B점을 원일점(遠日點)이라고 한다.

타원궤도의 방향은 근일점의 방향을 기준으로 결정된다. 또 궤도면의 위치는 기준면과의 경사각과 교점의 방향에 의하여 정해진다. 궤도가 남에서 북으로 지나며 기준면과 만나는 점을 승교점(昇交點), 북에서 남으로 지나며 만나는 점을 강교점(降交點)이라 한다. 기준면으로는 태양계의 행성에 대해서는 황도면(태양에서 볼 때는 지구의 공전궤도면)이 이용된다.

긴반지름의 길이, 이심률(離心率), 근일점방향, 궤도경사, 승교점경도, 근일점통과시각의 6가지를 타원궤도의 요소라 하며, 이 6요소를 알면 행성의 궤도상 위치를 시간의 함수로 계산할 수 있다. 행성의 위치관측으로부터 궤도의 6요소를 구하는 방법을 연구하는 학문을 궤도론이라고 한다.

한편, 지상에서 던진 물체는 초속도(初速度)가 매초 7.8km를 넘으면, 지구 주위를 타원궤도를 그리며 도는데 인공위성의 경우가 이에 해당된다(지구가 완전한 구가 아니기 때문에 엄밀하게는 타원에서 약간 벗어나 있다). 또 초속도를 매초 11.1km 이상으로 하면, 물체는 포물선이나 쌍곡선을 그리며 지구 밖으로 나가 다시는 되돌아오지 못한다.

그리하여 이것이 태양의 인력에 잡히면 인공행성이 되어 태양 주위를 타원궤도로 돌게 되는 것이다. 이러한 천체의 궤도에 대한 이론은 20세기에 들어와 A.아인슈타인의 일반상대성이론에 의하여 더욱 확실히 증명되었다.

전자
보어－조머펠트의 고전이론에 따르면, 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있으며, 전자는 원자핵 주위의 특정한 궤도를 따라 돌고 있는 것으로 설명된다. 그러나 양자역학의 발전으로 원자핵 둘레를 도는 전자는 천체의 궤도처럼 명확한 궤도를 가지고 있지 않다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 전자의 궤도란 원자 내부에서 전자가 존재할 확률이 가장 높은 공간을 편의상 그렇게 부르고 있는 것에 불과하다.