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1. 개요
自 轉 週 期 / rotation period한 행성이 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간. 보다 일반적으로는 어떤 물체에 대해서도 자전이나 자전 주기를 이야기할 수 있다.
2. 물체 종류별 자전 주기
보통 자전과 같은 회전운동에 있어서 강체를 중심으로 다루는데, 사실 강체가 아니더라도 자전을 이야기할 수 있다.참고로 행성의 경우 자전 방향이 공전과 반대인 시계방향이면 자전 주기를 음수로 취급하기도 한다. 바로 자전축 기울기가 90도보다 큰 금성과 천왕성.
2.1. 구형 강체, 고체 행성
지구형 행성이 여기에 속한다.단단한 형태를 하는 물체는 정의하기 매우 쉽다. 천체의 한 지점을 잡고 배경에 대해 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간으로 하나의 값으로 결정할 수 있다.
2.2. 기체 행성
목성형 행성과 태양이 여기에 속한다.기체의 특성 상 위도와 경도마다 각속도가 달라지기 때문에, '적도에서 얼마, 고위도에서 얼마'와 같은 식으로 위도와 경도별로 다르게 이야기한다.
또는 기체 행성의 자기장의 회전 주기로 자전 주기를 이야기하기도 한다. 맨틀이나 핵 부분의 물질의 회전을 행성 자기장의 변화로 유추하는 셈이다.
2.3. 비대칭 강체
강체는 질량 분포에 따라 일반적으로 세 가지 주축이 있다. 사실 지구와 같은 행성도 엄밀히 말하자면 비대칭 강체[1]다. 그렇지만 자전 방향이 북극/남극 방향과 거의 일치하며 구에 거의 가깝기 때문에 위 '구형 강체' 항목에 들어가는 것이다. 엄밀한 분석은 극운동을 고려하면서 이루어진다.자전 방향별로 각속도와 관성 모멘트 스칼라 값이 달라지므로 방향 별 주기로 여러 가지 값을 가질 수 있다. 일반적으로는 주축을 기준으로 세 가지 값을 이야기한다.
대표적인 천체로 히페리온이 있다. 다만 이 토성의 위성은 질량 분포가 비대칭인데다가 외부 천체와 상호작용을 주고받으면서 회전운동이 혼돈을 보여서 자전 주기를 이야기하기 어렵다.
2.3.1. 관련 문서
3. 기준 대상별 자전 주기
사실 흔히 말하는 하루의 길이는 엄밀히 말하자면 자전 주기와 다르다. 지구는 자전 뿐만 아니라 공전도 함께 하기에 실질적으로 태양이 남중하는 시간간격은 달라지게 마련이다. 그렇지만 태양일, 즉 하루의 길이 역시 자전 주기의 범주에 들어갈 수는 있다.3.1. 항성일
恒星日 / Siderial Day고정된 별을 기준으로 이 별이 남중을 하는 시각부터 다음 남중 시각까지의 시간간격이다. 보통 자전 주기라 하면 이 쪽을 가리킨다.
추가로 별이 아닌 춘분점을 기준으로 잴 수도 있다. 세차운동의 영향으로 지구의 경우 항성일보다 8~9 밀리초 정도 짧아진다. 그런데 이에 대한 정식 명칭은 없는 모양.[2]
3.2. 태양일
太陽日 / Synodic Day.하루의 길이를 뜻한다. 행성이 공전을 하면서 항성일과 차이가 난다.
위 그림에서 빨간색 화살표 사이의 시간간격이 태양일. 항성일은 연두색 선분 사이의 시간간격이다.
그런데 이 태양일 값은 실제 태양을 기준(진태양일)으로 하는가, 혹은 겉보기 태양을 기준(시태양일)으로 하는 가에 따라 달라질 수 있다. 물론 두 가지는 거의 비슷한 값을 가지지안, 지구와 태양 사이의 거리 때문에 태양에서 출발한 빛과 지구에 도달하는 빛의 시간 차가 발생하는데 여기서 진태양일과 시태양일의 차이가 난다.
더구나 균시차 문서에서 설명하듯이 실제 태양일은 때에 따라 달라진다. 이를 평균하여 낸 평균태양일로 흔히 하루의 길이를 이야기한다.
4. 태양계 천체의 자전 주기
태양을 도는 천체의 항성일(P)과 공전주기(Q), 그리고 태양일(P')은 아래 식과 같이 회합 주기 관계가 있다.[math(\displaystyle {1 \over P'} = {1 \over P} - {1 \over Q} )]
여기서 P, Q, Q' 값을 대입할 때 반시계방향은 양수로, 시계방향은 음수로 취급한다. 위의 식에 의하면 자전 방향과 공전 방향이 같으면 태양일이 항성일보다 길며,[3] 자전 방향과 공전 방향이 같으면 태양일이 항성일보다 짧다.[4] 또한, 자전 방향과 공전 방향이 같은데 자전 주기와 공전 주기가 별로 차이나지 않으면 태양일이 아주 길어진다. 태양계에서는 수성이 이에 해당되며, 태양일이 공전 주기보다도 길어진다.
아래 표에서 일은 지구 시간을 기준으로 한다. 시간, 분 단위도 마찬가지.
데이터 출처
| 천체 | 자전 주기 | 하루의 길이 |
| 태양 |
25일 9시간(적도) 35일(고위도)[5] |
- |
| 수성 | 58일 16시간 | 175일 21시간 |
| 금성 | -243일 0시간[역자전] | -116일 18시간[역자전] |
| 지구 | 23시간 56분[8] | 24시간 0분 |
| 달[9] | 27일 8시간 | 29일 13시간 |
| 2011 MD | 11분 37.3초 | |
| 화성 | 24시간 37분 | 24시간 40분 |
| 목성 |
9시간 50분(적도) 9시간 56분(고위도)[편평도] |
|
| 토성 |
10시간 14분(적도) 10시간 38분(고위도)[편평도] |
|
| 천왕성 | -17시간 14분(자기장)[12] | |
| 해왕성 | 16시간 7분(자기장) | |
| 명왕성 | -6일 9시간 |
5. 관련 문서
[1]
타원체라고는 하는데 사실 적도 둘레도 타원형인 삼축부동 형태
[2]
굳이 쓰자면 회귀일(tropical day)라고 하면 될 것 같지만 영어 명칭에 이 말의 설명이 안 나온다. 영어 위키백과 지구의 자전(Earth's rotation) 문서를 보면 별 기준을 stellar day 춘분점 기준을 sidereal day로 표현한다.
[3]
태양계 행성에선 수성, 지구, 화성, 목성, 토성, 해왕성이 해당.
[4]
태양계 행성에선 금성, 천왕성이 해당.
[5]
태양의 표면이 유체(액체 혹은 기체)로 이루어져 있기 때문에 위도에 따라 차등자전한다. 적도에 가까울수록 자전 속도가 빠르다. 태양 광구에 있는 흑점의 이동을 관찰함으로써 확인할 수 있는 사실이다.
[역자전]
자전축이 공전축에 177° 기울어져 있기 때문에 역자전한다.(자전 방향이 다른 행성들과 반대이다.)
[역자전]
[8]
인류세 즉 현대 기준,
명왕누대 시절 4시간으로 점점 느려지고 있다.
[9]
지구 주위를 돌므로 태양에 대한 공전은 지구의 공전 주기를 따른다. 자전 주기는 공전 주기와 같은 항성월, 하루의 길이는 삭망월과 동일해진다.
[편평도]
행성의 편평도(적도 반지름과 극 반지름의 차)가 커서 따로 산출함.
[편평도]
[12]
역자전. 자전축이 공전축에 약 97° 기울어져 있어 거의 누워서 자전한다고 보면 된다.