위 그림은 2011년 4월 고3 모의고사 지구과학1에 출제된 그림입니다.
위 그림에서 수성의 밝기 변화 곡선에 대해 의문이 있는데요..
내행성의 최대 밝기는 동방최대이각-(최대밝기1)-내합-(최대밝기2)-서방최대이각 순이므로, 1회합주기 당 내합 전후에 2번 나타나는 것으로 알고 있습니다. 최대 밝기1 이후 서서히 어두워졌다가 내합이후 서서히 다시 밝아져서 최대밝기2에 이르고 다시 외합으로 가면서 어두워지는 것으로 표현해야 할 것 같은데, 위 그림에서 나타낸 수성의 밝기 변화에 오류가 있는 점이 맞는지 확실히 하고 싶습니다.^^
그리고 이론상으로 외합, 내합일 때에는 밝은 면을 볼 수 없어 보이지 않아야 하는데, 등급을 가지는 것으로 보아 이론과 실제가 다른 이유도 궁금합니다.^^
답변 부탁드려요.
1. 올려주신 밝기 변화 그래프는 천문 역서에 있는 것으로서 오류없이 잘 맞습니다. 금성의 경우 궤도 1회전에 2번의 최대 밝기에 도달하는 데 반해 수성의 경우 외합에서 최대 밝기를 가집니다. 이것은 수성의 반사율이 고체 암석의 표면에서 일어나는 산란의 영향을 받는 데 반해, 금성의 반사율은 두꺼운 대기와 구름의 산란의 영향을 많이 받는다는 데서 기인합니다. 일반적인 고체 표면이라면 외합에서 가장 밝고 이후로 (가까워지기는 하지만) 밝게 빛나는 영역이 감소하면서 점점 어두워져야 합니다. 그런데 금성의 경우 최대 이각과 내합 사이에 있을 때 대기와 구름에 의한 전방 산란(태양이 방출한 빛의 진행 방향, 즉 지구 쪽으로 일어나는 산란)이 발생하면서 밝기가 크게 증가합니다. 사실 수성의 밝기 변화가 금성보다는 더 단순하고 이해하기가 쉬운 거죠. 학교에서는 이런 주제가 다루어진다 하더라도 관측 특성이 그렇다는 수준에서만 다루어지면 좋겠습니다. 수성과 금성의 밝기 변화 그래프를 비교하고 원인을 추정하는 일은 교육과정을 벗어나는 것처럼 보입니다.
2. 궤도 기울기를 고려하셔야 합니다. 황도면에 대한 수성과 금성의 궤도 기울기 때문에 태양-행성-지구가 완전히 일직선이 되는 경우는 드뭅니다. 2차원적으로는 일직선에 배치되는 것처럼 보여도 3차원적으로 살펴보면 일직선이 아닙니다. 다시 말해 내합에 있는 수성이나 금성을 지구에서는 내려다 보거나 올려다 보게 되구요. 그렇기 때문에 행성에 의해 산란되는 빛 일부를 볼 수 있으므로 밝기가 완전히 사그러들지 않습니다.
** 참고로, 수성은 암석 표면에 의한 산란을 일으켜 전방 산란이 거의 발생하지 않으므로 외합->내합 사이의 밝기가 급격하게 감소하는 데 반해 금성의 경우 대기에 의한 전방 산란이 발생하여 외합->내합 사이의 밝기 변화가 급격하지 않습니다.