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시즈오카시 역사
제2차 세계 대전 때 시즈오카는 군사적으로 중요하지 않은 곳으로 여겨져 초기에는 약간의 폭격만을 받았다. 그러나 1945년 6월 19일의 시즈오카 폭격으로 도시는 심각한 피해를 입었고 많은 사상자가 발생했다.
1950년대와 1960년대에 주변 정촌의 합병으로 도시 면적은 계속해서 확대되었다. 1964년 10월 1일에는 도카이도 신칸센이 시즈오카에 개통되었고 1969년 4월 25일에는 도메이 고속도로가 연결되었다. 1974년 7월 7일에는 홍수로 인한 아베강의 범람과 그에 수반한 산사태로 23명이 사망하였다. 1980년 8월 16일에는 시즈오카역 주변 지하 쇼핑센터의 가스 누출로 인한 폭발 사고로 15명이 사망했고 233명이 부상을 입었다.
시즈오카시청은 1986년에 새로운 청사로 이전하였고 1992년 4월 1일에 시즈오카는 중핵시로 지정되면서 더 많은 자치권을 부여받게 되었다. 2003년 4월 1일에 시미즈시(현재의 시미즈구)를 합병해 면적과 인구가 증가하였고 2005년 4월 1일에 정령지정도시가 되어 몇 개의 구로 나뉘게 되었다.
2006년 3월 31일에 간바라정이 시즈오카시에 편입되어 시미즈구의 일부가 되었다. 2008년 11월 1일에 유이정이 시미즈구에 편입되었다.
시즈오카시 경제
전체적으로 시즈오카시는 다른 정령지정도시와 달리 1·2·3차 산업이 고르게 발달해 있다. 그러나 오일 쇼크 이후 이 지역의 수산물 가공업은 점차 쇠퇴하고 있으며, 또한 시미즈구 지역은 교외에 대형마트들이 들어서면서 중심 시가지의 공동화(空洞化) 현상이 심각하다. 이에 따라 최근 10여 년간 시즈오카시의 인구는 매년 조금씩 감소하고 있다.
콤팩트 디스크
콤팩트 디스크(영어: Compact Disc)는 광 디스크의 일종으로서 디지털 정보를 저장하는 광 디스크이다. 흔히 영어식 약자인 CD(시디, 문화어: 알판 또는 씨디)라고 부른다. 원래는 오디오, 즉 음악과 같은 소리 정보를 담기 위한 매체였다. 나중에 이 기술은 다른 디지털 정보도 저장하는 기억 장치인 CD-ROM(시디롬)으로도 적용되었다.
콤팩트 디스크는 알루미늄 박막에 레이저로 홈을 파서 신호를 저장하며, 마찬가지로 레이저로 신호를 읽는다. 따라서 자료의 손상이 없는 반영구적 매체이다. 오디오 신호를 담은 콤팩트 디스크, 즉 오디오 CD는 여러 개의 스테레오 트랙으로 나뉘어 있으며, 샘플링 레이트(측정점의 세분율) 44.1 킬로헤르츠(kHz) 16 비트 펄스 부호 변조(PCM) 코딩으로 저장되어 있다. 표준 시디는 주로 지름이 12센티미터 시디를 가리키지만 지름이 8센티인 미니CD(MiniCD)나 명함 크기의 시디도 표준이다. 12센티미터 디스크는 원래 74분의 오디오 신호를 담게 되어 있었으나 최근에는 80분, 심지어는 90분 용량의 CD도 나왔다. LP와 달리 안쪽에서 시작해서 바깥쪽으로 나가면서 신호를 저장하는 방식이다.
콤팩트 디스크 역사
콤팩트 디스크는 레이저디스크 기술의 부산물이다. 1976년 9월에 소니는 처음으로 광 디지털 오디오 디스크를 시연하였다. 1978년 9월에 150분 재생 시간에 44,056 헤르츠의 샘플링 속도, 16비트 선형 해상도, 크로스 인터리빙 오류 정정 코드를 제공하는 광 디지털 오디오 디스크를 시연하였으며 이는 1982년에 도입한 콤팩트 디스크(CD)의 것과 비슷한 것이었다. 소니의 디지털 오디오 디스크의 자세한 기술 내용은 1979년 3월 13~16일에 개최한 62회 국제 오디오 공학회(AES) 모임 기간 동안 브뤼셀에서 증명되었다. 1979년 3월 8일 필립스는 네덜란드 에인트호번의 "필립스가 콤팩트 디스크를 소개합니다"("Philips Introduce Compact Disc")라는 이름의 콘퍼런스에서 광 디지털 오디오 디스크의 본보기를 시연하였다.
콤팩트 디스크 역사
그 뒤 1979년에 소니와 필립스는 기술자들끼리 힘을 합쳐 새로운 디지털 오디오 디스크 설계에 착수하였다. Kees Schouhamer Immink와 도이 도시타다가 이끌었던 연구는 레이저 및 광 디스크 기술을 앞당겼으며 이는 필립스와 소니가 각각 1977년과 1975년에 독립적으로 시작하였다. 실험과 논의가 있던 한 해가 지나 CD의 표준인 레드북(CD-DA)을 만들었다. 필립스는 비디오 레이저디스크 기술을 바탕으로 한 일반적인 제조 공정에 공헌하였다. 또, 필립스는 오랜 시간 재생할 수 있으면서도 긁힘과 손자국과 같은 디스크 결점으로부터의 높은 회복성을 제공하는 EFM(eight-to-fourteen modulation)에 기여하였으며 소니는 오류 정정 방식인 CIRC에 기여하였다.
최초의 CD는 1981년에 독일의 하노버에서 Polydor Pressing Operations사가 출판하였다. 이 디스크에는 베를리너 필하모니커가 연주하고 헤르베르트 폰 카라얀이 지휘한 리하르트 슈트라우스의 Eine Alpensinfonie (알프스 교향곡)을 담고 있었다.
대한민국에서는 1981년 동원전자에서 필립스와 기술도입계약을 체결하여, 이듬해 11월에 디스크와 CD 플레이어를 생산할 예정이었으나, 연기를 거듭한 끝에 무산되었다. 이후 1983년 11월에 금성사에서 대한민국 최초의 CD플레이어 'GCD-600'을 출시하였고, 디스크는 1986년 11월 SKC에서 천안에 첫 생산공장을 준공하여 생산하였다.
조제프 푸리에
장바티스트 조제프 푸리에 남작 (프랑스어: Jean-Baptiste Joseph Fourier IPA: [ʒɑ̃ batist ʒozɛf fuʁje], 1768년 3월 21일 - 1830년 5월 16일)은 프랑스의 수학자이자 물리학자이다.
고체 내에서의 열전도에 관한 연구로 열전도 방정식(푸리에 방정식)을 유도하였으며, 이 방정식을 풀기 위해서 푸리에 해석으로 불리는 이론을 전개했다. 푸리에 해석은 복잡한 주기함수를 보다 간단하게 기술기 위해, 소리나 빛 등 파동의 연구에 넓게 이용되며 현재 조화 해석이라고 하는 수학의 한 분야를 형성하고 있다.
이 외에도 방정식론이나 방정식의 수치 해법을 연구했으며, 차원 해석의 창시자로 여겨지기도 한다. 또 통계국에 근무할 당시의 경험을 토대로 확률론이나 오차론의 연구도 실시했다.
조제프 푸리에 푸리에의 법칙과 열전도 방정식
어떤 고체 안의 온도분포는 어떠한 방정식으로 나타내질까하는 문제의 답이 푸리에가 유도해낸 열전도 방정식(열방정식이나 푸리에의 방정식 등이라고도 불린다 )이다.
푸리에는 “각 점에서 열이 이동하는 속도는 그 점의 온도의 기울기에 비례한다”(푸리에의 법칙)는 사실을 밝혔다. 이에 따르면 특정 시각, 특정 영역에 있는 열량은 그 영역에 들어온 열과 나간 열의 차이로 나타낼 수 있다. 또, 열량과 비열·온도의 관계식으로부터 열량을 나타낼 수도 있다. 푸리에는 이러한 관계식을 이용해 열전도 방정식을 유도하여 다양한 경계 조건에서 열 분포를 구해냈다.
조제프 푸리에 푸리에 해석
어느 유한구간에서 정의된 함수를 삼각함수의 급수로 나타내는 것을 푸리에 전개라고 하며, 이것을 무한 구간으로 확장한 것을 푸리에 변환이라 한다.
푸리에 해석이란 푸리에 전개나 푸리에 변환을 이용해 함수를 해석하는 것, 특히 함수를 주파수성분으로 분해해 조사하는 것이다.
푸리에는 저서 「열의 해석적 이론」에 「임의의 함수는, 삼각함수의 급수로 나타낼 수 있다」(푸리에의 정리)라고 주장했다. 이 정리의 증명은 불충분한 것이었지만, 후에 많은 수학자들에 의해서 엄밀하게 증명되었다.
푸리에 해석은 거의 모든함수가 주기함수의 합으로 나타낼 수 있다고 하는 역설성으로부터 많은 수학자들의 주목을 받아 「거의 모든」의 범위나 「나타낼 수 있다」라고 하는 근거를 둘러싼 논의가 19 세기의 해석학을 방향지었다. 이후의 리만의 적분론이나 게오르크 칸토어의 집합론도 이에 관한 연구로부터 태어나게 된다.
돈키호테
《라만차의 비범한 이달고 돈키호테》(스페인어: El Ingenioso hidalgo don Quijote de La Mancha, [doŋkiˈxoteð̞elaˈmantʃa], 영어: The Ingenious Gentleman Don Quixote of La Mancha, 문화어: 돈 끼호떼)는 스페인의 작가 미겔 데 세르반테스가 지은 세계 최초의 근대 소설로 평가된다. 제목에 있는 ‘돈키호테’는 주인공 알론소 키하노의 별칭이다.
돈키호테
1605년 《라만차의 비범한 이달고 돈키호테》(El ingenioso hidalgo Don Quixote de la Mancha)라는 제목으로 발표되었고, 발표되자마자 큰 인기를 얻어 당시 스페인 국왕 펠리페 3세는 길가에서 책을 들고 울고 웃는 사람을 보고 “저 자는 미친 게 아니라면 돈키호테를 읽고 있는 게 틀림없다.”라고 말한 일화가 전해진다. 이러한 성공에 힘입어 속편은 1615년 《속편: 라만차의 비범한 기사 돈키호테》(Segunda parte del ingenioso caballero don Quixote de la Mancha)라는 제목으로 발표되었다. 스페인 황금기의 대표적인 문학일 뿐 아니라 문학사에서 가장 영향력 있는 작품으로 꼽힌다.
주인공 알론소 키하노(Alonso Quijano)는 시골에 있는 신사(이달고)이다. 그는 기사에 대한 소설을 너무 많이 읽어 점차 상상 속에 빠져들게 되며 그가 편력 기사임을 깨닫게 된다. 그는 스스로를 ‘라만차의 돈키호테’(Don Quijote de La Mancha) 라 칭하며, 그의 하인(원래는 농부) 산초 판사와 함께 모험을 떠나게 된다. 기사로서 마땅히 기사도를 발휘해야 할 연인은 둘시네아 델 토보소인데 사실은 이웃에 있는 농부의 딸로 이름은 알론사 로렌소이다.
이후 그는 스페인을 돌아다니며 많은 모험을 만난다. 특히 전편에서는 위에서 열거한 마을의 신부, 이발사, 여러 귀인들과 청년, 처녀들과 함께 머무는 주막에서 유명한 모험을 펼치며, 후편에서는 바로셀로나까지 갔다가 기사로 분장한 마을의 학사에게 패하여 돌아와 사망할 때까지 전편보다 많으면서도 지루하지 않은 모험을 펼친다. 그러나 마지막에는 알론소 키하노로 돌아오는 이야기이다.
돈키호테 등장인물
개종한 유대인으로 책을 많이 읽어 잘난척을 잘한다. 사색을 많이 한 끝에 이 세상의 문제가 기사도의 결여에 있다고 판단하여 자신이 직접 방랑기사로 나서 원정을 나간다. 풍차를 “모닝스타를 든 거인”으로 오해하여 공격하기도 하는 등 정신 이상 증세를 보인다. 본명은 알론소 키하노이며 고향은 라만차이다.
원래는 농부였지만 나중에 착하고 충성스러운 돈키호테의 하인이 되었다. 돈키호테가 풍차를 향해 질주할 때 소리질러 말리는 모습으로 보아 자신의 주인보다 현실적이다.
델 토보소 마을에 사는 농부의 딸. 돈키호테가 마음속에 두고 있는 애인으로 돈키호테는 둘시네아를 악당들에게 잡혀간 공주로 인식한다. 돈키호테는 그녀를 ‘엘 또보소의 둘시네아’라고 칭한다. 본명은 알돈사 로렌소. 둘시네아는 돈키호테의 감정을 전혀 모르고 있다.
돈키호테 등장인물
페로 페레스 신부
돈키호테의 친구로서 돈키호테를 정신 이상에서 구하려고 애쓴다.
이발사 니콜라스
역시 돈키호테의 친구로서 페로 페레스 신부와 함께 돈키호테를 정신 이상에서 구하려고 애쓴다.
삼손 카르라스코
돈키호테가 살던 마을의 학사로서 페로 페레스 신부와 이발사 니콜라스와 함께 돈키호테를 정신 이상에서 구하려고 애쓴다.
공작과 공작 부인
사라고사로 가던 돈키호테와 산초 판사가 도중에 유숙한 성의 주인으로 그들을 위해 여러 가지 장난을 벌인다.
돈키호테 예술
돈키호테 소설 작품을 가지고 뮤지컬, 발레 등을 연출한다.
MOS 6502
MOS 6502는 모스 테크놀로지사의 8비트 MPU이다. 모토로라의 6809계열의 CPU로 분류되며 명칭 또한 인텔 계열이 CPU(중앙 처리 장치)라는 단어를 사용한 데 반해, 모토로라 계열은 MPU(Main Processing Unit)라는 용어를 사용한다.
프로세서 레지스터 개수가 인텔 계열의 CPU에 비해 적으나, 제로 페이지라는 메모리 에리어 중 특수한 영역을 임시 기억공간으로 활용하여 프로세서 레지스터 부족분을 메운다. 입출력을 위한 주소 공간이 별도로 준비되어 있지 않기 때문에 메인 메모리의 일정 부분을 입출력으로 사용하는 메모리 맵 입출력 방식으로 동작한다.
콰리즈미
아부 압둘라 무함마드 이븐 무사 알콰리즈미(페르시아어: خوارزمی, 아랍어: ‏أبو عبد الله محمد بن موسى الخوارزمي, 780년? ~ 850년?)는 페르시아의 수학자로 페르시아 최초의 수학책을 만들었는데, 인도에서 도입된 아라비아 숫자를 이용하여 최초로 사칙연산(덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈)을 만들고 0과 위치값을 사용한 수학자이다.
그는 ‘대수학의 아버지’로 불리기도 한다. 알고리즘이라는 말은 그의 이름에서 나왔고, 대수학을 뜻하는 영어 단어 앨지브라(Algebra)는 그의 저서 <al-jabr wa al-muqabala>로부터 기원한다. 그는 아버지로부터 수학을 배웠으며 뛰어난 재능을 보였다. 또한 엄청난 양의 책을 저술하였는데, 그 주제로는 천문학, 수학, 지리학 등이 있다.
콰리즈미 배경
알콰리즈미의 출생시기와 흡사한 786년 9월 14일, 하룬 알 라시드가 아바스 왕조의 5번째 칼리프가 되었다. 하룬은 바그다드의 궁전에서 지중해부터 인도까지를 포함하는 넓은 이슬람 제국을 다스렸다. 그는 이슬람을 문화적으로 발달시키고, 당시 아라비아에서 이루어지지 않고 있던 지식인 교육을 시키려고 하였다. 그의 죽음 이후 두 아들 알아민과 알마문은 서로 다투다가 결국 싸움에서 승리한 알마문이 다음 칼리프가 되었는데, 그는 그의 아버지가 시작했던 지식인들에 대한 후원을 계속하였을 뿐만 아니라 더 나아가 ‘지혜의 집’이라 불리는 아카데미를 설립하였다. 이 '지혜의 집‘에서는 이슬람의 수학, 과학자들이 그리스어로 된 철학, 과학 서적들을 번역하고 새 책들을 출판하였다. 알마문은 알렉산드리아 도서관 이후로 첫 번째 대형 도서관을 세워 비잔티움으로부터 온 귀중한 책들을 보관하기도 하였으며, 또한 이슬람 천문학자들이 선대의 지식을 발전시키도록 천문대들도 설치하였다.
콰리즈미 생애
알콰리즈미는 바그다드에서 서기 780년 무렵에 태어나 850년 무렵에 죽었다. 그의 이름, 무함마드 이븐 무사 알콰리즈미는 모세의 아들이자 자파의 아버지인 콰레즘(현재 중앙아시아 아랄해 남쪽의 키바) 출신의 무함마드라는 의미를 갖고 있다. 그는 한 페르시아의 가정에서 태어났다. 서지학자 이븐 알 나딤에 의하면 출생지는 코라스미아이다. 그는 아버지로부터 수학을 배웠으며 뛰어난 재능을 보였다고 한다.
콰리즈미 생애
그는 바그다드에서 살며 수학자이자 천문학자로서의 명성을 떨쳤다. 칼리프 알마문에 의해 지어진 지혜의 집에서 연구하며 그곳의 학자로서 그의 동료들과 함께 대수학, 기하학, 천문학에 어우르는 학문분야를 연구하며 또한 그리스 과학 서적 번역에도 힘썼다. 그는 이곳에서 그의 대표 저서, ‘al-Kitab al-mukhtasar fi hisab al-jabr wa'l-muqabala’- 또는 다른 말로 ‘복원과 대비의 계산’를 830년에 썼다. 이 책에서 그는 일차방정식과 이차방정식의 일반적인 해법에 대해 소개하고 있다. 그의 두 번째 책, Algoritmi de numero Indorum을 통해서 인도-아라비아 숫자와 계산법을 서양에 전해주기도 하였다. 이 외에도 중세수학에 커다란 영향을 준 산수책과 대수책을 썼으며, 그는 인도의 천문학서인 신드힌드를 발췌하여 책을 내거나, 천문 관측을 하여 지구의 자오선의 1도의 길이를 측정하고, 그리스의 천문학자인 프톨레마이오스의 sin표를 수정하는 등 다양한 활동을 하였다.
지금까지 알콰리즈미의 생애에 대해서 밝혀진 사실들은 많지 않다. 그렇기에 수많은 역사가들이 그에 대해서 다양한 추측들을 내놓고 있으며, 그의 삶과 업적에 대한 의견들이 불일치하는 경우가 많다.
콰리즈미 업적 및 저서
수학, 지리학, 천문학 등의 분야에서 알콰리즈미의 업적은 대수학과 삼각법을 혁신하는데 기반을 제공하였다. 일차방정식 또는 이차방정식을 푸는 것에 대한 그의 체계적인 접근은 대수학이라는 학문을 이끌어냈다. 825년에 그가 쓴 인도 수학에 의한 계산법이라는 책은 인도-아라비아 숫자 체계가 중동과 유럽에 퍼지는데 주요한 역할을 했다. 이 책은 라틴어로 번역되었는데, 번역된 책 제목에서 알고리즘이라는 용어가 유래했다. 몇몇 그의 활동은 페르시아 및 바빌로니아 천문학, 인도-아라비아 숫자, 그리고 그리스 수학에 기반한 것이었다. 그는 아프리카와 중동 지역에 관한 프톨레마이오스의 자료를 체계화하고 고쳤다. 그의 또 다른 유명한 저서인 지구의 표면은 프톨레마이오스의 지리학에 기반하여 장소들의 좌표를 나타내고 있는데 주로 지중해, 아시아, 아프리카를 중심으로 작성되었다. 또한 그는 아스트롤라베(고대 천문 관측 장치)와 해시계와 같은 기계적인 장치에 대해서도 연구했다. 그는 지구의 둘레를 재는 프로젝트와 70명의 지리학자들을 감독하는 칼리프 알 마문을 위한 지도 제작을 도왔다. 12세기에 그의 업적은 라틴어 번역을 통해 유럽으로 퍼져나갔고, 이는 유럽 수학의 발전에 대단히 큰 변화를 주었다. 그는 소수점 체계를 기반으로 한 인도-아라비아 숫자를 서라틴에 소개하였다.
콰리즈미 업적 및 저서
대수학은 알콰리즈미의 가장 중요한 업적이다. 대수학에서 알콰리즈미의 가장 큰 업적은 복원과 대비의 계산(‘al-Kitab al-mukhtasar fi hisab al-jabr wa'l-muqabala)이라는 책의 출판이다. 이 책은 최대 이차까지의 다항식에서 양수인 해를 구하는 계산 방법을 제시하고 있다. 즉, 이차방정식 및 여러 다른 문제들을 푸는 방법들을 취합해놓은 편집물로서 현대 대수학의 시초로 여겨진다. 이 책은 12세기 중반에 라틴어로 번역되었는데, 그 책 제목에서 현재의 대수학라는 용어가 유래했다. 또한, 이 책에 나오는 여러 가지 문제 풀이 방법을 제시한 사람들에 대한 언급이 없어 누가 어떤 내용을 연구했는지에 대한 내용이 잘 알려져 있지 않다. 그리고 현대의 수학 역사학자들은 이 내용들이 다른 책들을 분석한 내용과 동시대의 이슬람 세계에 퍼져있던 인도-아라비아 숫자 체계에 기반한 수학적 지식들을 취합한 것이라는 의견을 내놓았다. 그리고 이 책은 이차방정식을 여섯 가지 기본적인 타입으로 나누고 있는데, 각각을 풀기 위한 대수적이고 기하학적인 방법을 제시하고 있다. 여섯 가지 타입의 2차식은 다음과 같다:
콰리즈미 업적 및 저서
(현대수학에서는 제곱이 x2, 근은 x, 숫자는 일상적으로 사용되는 숫자를 의미한다.)
이슬람 수학자들은 인도 수학자들과는 다르게 음수에 대해서는 전혀 논하지 않았다. 그러므로 bx + c = 0 과 같이 음수인 근이 존재하는 식은 다루어지지 않았다. 또한, 계수도 양수인 식만 취급했다. 알자브르 부분은 어떤 식에서 한 쪽의 항을 다른 쪽으로 옮기는, 즉 현대 수학에서는 이항이라고 불리는 개념에 대해 설명하고 있다. 이는 음수인 값을 제거하기 위해 응용되었다. 알무카발라 부분은 양쪽에 있는 같은 양수인 값의 뺄셈을 의미한다. 즉, x2 + 5 = 40x + 4x2 과 같은 식을 5 = 40x + 3x2으로 바꾸는 것을 의미한다. 이는 각각의 값(제곱, 근, 숫자)을 앞서 언급한 계수와 근이 양수로만 제한된 여섯 가지 타입의 기본적인 이차방정식에 나타나도록 했다. 나머지 부분은 앞의 부분에서 언급한 원리들을 응용한 연습 예제들이 나와 있다. 그 다음으로 넓이와 부피를 측정하는 문제가 나오고, 마지막에는 복잡한 이슬람 상속에 대한 내용을 포함한 계산 문제가 제시되어있다. 하지만 이 부분에서는 이차방정식을 푸는 방법이 필요하지 않다.
콰리즈미 업적 및 저서
알콰리즈미의 두 번째 업적은 산술에 관한 것인데, 현재는 라틴어 번역본만이 남아있고 아랍어 원본 자료는 존재하지 않는다. 이 번역본은 대부분이 12세기에 아델라드에 의해 번역된 것으로 보인다. 이 라틴어 원고는 제목이 없으나 이탈리아의 수학 역사학자 발다사레 본콤파니에 의해 인도 수학에 의한 계산법이라는 제목이 붙었다. 알콰리즈미의 산술에 대한 연구는 아라비아 숫자를 서방에 알리는데 필요한 것이었다. 알고리즘이라는 단어도 알콰리즈미가 집대성한 연산 기술의 이름으로부터 유래한 것인데, 알콰리즈미의 라틴어 이름을 딴 것이기도 하다.그의 지식적인 면에서는 산술이란 아주 중요한 시간이기도 하며 발전을 위해 힘을 썼다.
콰리즈미 업적 및 저서
신드와 힌드에 기반한 천문표는 달력과 천문학적 계산에 대한 내용이 포함된 37개의 단원으로 이루어져있고, 달력, 천문학, 그리고 점성학적 자료와 관련된 116개의 표가 포함되어 있다. 제목에서도 알 수 있듯이 이것은 신드힌드라고 알려진 인도 천문학 방법을 기반으로 한 첫 번째 아랍어 천문표로서, 매 시간마다 태양, 달, 그리고 다섯 행성들의 움직임을 기록한 표를 포함하고 있다. 그리고 이는 이슬람 천문학의 전환점이 되었는데, 이슬람의 천문학자인 히테르토는 이와 같은 책을 번역하고 이미 밝혀진 지식을 배움으로써 그 분야에 대해 접근했다. 아랍어 원본은 사라졌지만 스페인 천문학자인 아델라드가 번역한 것으로 추측되는 라틴어 번역한 번역본이 남아있는데, 남아있는 4개의 라틴어 원고는 각각 프랑스 샤르트르의 비블리오테케 퍼블리케와 파리의 비블리오테케 마자리네, 스페인 마드리드의 비블리오테카 나시오날, 영국 옥스퍼드의 보들리언 도서관에 소장되어 있다.
알콰리즈미의 신드와 힌드에 기반한 천문표에는 사인과 코사인, 삼각 함수 표가 있다. 또한 그는 구면 삼각법에도 기여하였다.
콰리즈미 업적 및 저서
알콰리즈미의 세 번째 업적은 프톨레마이오스의 지리학을 수정하고 완성한 것으로, 그의 업적은 2402개 도시의 좌표 및 다른 지리적 특징을 포함하고 있는 지구의 표면이라는 책을 통해 드러난다. 이 책은 하나의 복사본만이 스트라스부르 대학교의 도서관에 소장되어 있고, 라틴어 번역본은 마드리드에 있는 비블리오테카 나시오날 데 에스파냐에 소장되어 있다. 이 책은 각 지역의 날씨에 따라 나뉜 위도-경도 리스트로 시작하는데, 이 위도-경도 리스트는 이 문서 내에서 판독하기 어려운 많은 경도와 위도를 추정할 수 있도록 해준다. 아랍어 복사본과 라틴어 번역본은 둘 다 세계 지도를 포함하고 있지는 않지만, 허버트 다우니트라는 학자는 그 좌표 리스트를 통해 잃어버린 지도를 복원할 수 있었다. 그는 원본에서 해안점의 위도와 경도를 읽거나, 판독하기 어려운 부분을 전체적인 맥락에 따라 추측하였다. 그는 그 점들을 그래프 종이로 옮겨서 그 점들을 선으로 이어서 대략적인 해안선 형태를 얻었다. 그리고 같은 방법으로 강과 마을들도 표시했다. 알콰리즈미는 프톨레마이오스가 지중해의 길이를 전체적으로 더 크게 가늠한 것을 고쳤다. 프톨레마이오스는 경도를 63도 정도 어긋나게 예측했는데, 알콰리즈미는 그 오차를 약 50도로 줄였다. 그는 또한 프톨레마이오스가 대서양과 인도양을 대륙으로 둘러싸인 바다로 그렸던 것을 열린 대양으로 그렸다. 그래서 그는 동쪽의 알렉산드리아로부터 약 10~13도, 서쪽의 바그다드와 약 70도 정도 떨어진 지중해의 동쪽 해안에 구세계의 본초 자오선을 정했는데, 후기의 중세 이슬람 지리학자들 대부분이 알콰리즈미의 본초 자오선을 사용하였다.
콰리즈미 그가 끼친 영향
알 콰리즈미는 당대 수학 분야의 아라비아 최고 학자이었으며, 그의 업적은 후대의 학문에까지 막대한 영향을 미쳤다. 그를 통해 이차방정식에 대한 해법이 처음으로 체계적으로 연구되었다. 과거 고대 그리스와 인도 및 중국에 존재하던 수학적 사상을 바탕으로, 산술과 대수학, 그 외에도 천문과 역법 등에 대한 책을 집필하였다. 그가 집필한 <인도 수학에 의한 계산법>는 당시의 인도 기수법을 아라비아와 유럽에 전파하는 매개체가 되었다. 830년경에 쓴 <알자브르 왈 무카발라>는 알콰리즈미의 대수학과 그 영향을 잘 보여주고 있다. 다양한 종류의 이차방정식에 대해서 일반화된 해법을 제시하고 있는 이 책은 대수학 역사에 중요한 자료로 후대에 평가되고 있다. al-jabr는 오늘날의 이항의 개념을, al-muquabala는 동류항 정리를 뜻한다.
콰리즈미 그가 끼친 영향
기하학적 증명의 사용 등, 이슬람 문화권에서 기하학을 중요시한 것을 알 수 있다. 그 이유는 기하학적인 지식을 바탕으로 천문과 측량 기술 등에 응용이 가능하고, 그 밖의 물리학 등의 연구에 바탕이 되었기 때문이다. 그의 기하학을 분석하면 두 가지의 분야로 구분된다. 구성적인 분야에서는 그리스의 기하학에서 영향을 받아 도형의 성질을 원리적으로 연구하였다. 이와는 다르게 산술적 분야로는 이슬람의 독자적인 기하학이었다. 산술과 대수를 기하학에 응용하고, 기하학을 사용하여 대수 문제의 해를 구하는 것은 알 콰리즈미로 대표되는 이슬람 기하학의 모습을 보여준다. 이처럼 판별식을 활용하여 이차방정식의 해를 구하고, 그 해법을 기하학적으로 증명한 것은 이후의 중세 수학사에 큰 영향을 미쳤다.
알 콰리즈미의 이론에는 음수의 개념이 없었다. 즉 음의 근은 존재하지 않았다. 반면에 이미 중국에서는 음수의 개념을 가지고 있었으며, 인도 또한 바스카라에 의해서 음의 근 개념을 가지고 있었다. 16세기 카르다노에 의해서 음의 근 존재에 대한 의심에 제기되기 전까지는, 양의 근만이 근으로 인정되었다. 이후에 카르다노와 그의 제자 페라리에 의해서 각각 삼차방정식의 해법과 사차방정식의 해법이 발표되었다. 이후 많은 수학자들이 5차 이상의 고차 방정식 근의 공식 발견을 위해 노력하였지만, 해법이 발견되지 않았다. 결국 아벨과 갈루아에 의해서 5차 이상의 방정식의 대수적 풀이가 불가능하다는 정리가 증명되었다. 알 콰리즈미에서 출발한 대수학의 개념이 갈루아 이론의 바탕이 되었고, 현대 수학에까지 지대한 영향을 미치고 있다.
해왕성
해왕성(海王星, 라틴어: Neptunus)은 태양계의 8개 행성 중 여덟 번째 행성이다. 해왕(海王)은 ‘바다의 왕’이라는 한자어로, 포세이돈(그리스 신화명) 또는 넵투누스(로마 신화명)를 번역한 것이다. 해왕성은 8개 행성 중에서 직경으로는 4번째로 크고, 질량으로는 3번째로 크다. 해왕성의 질량은 지구의 17배로, 질량이 지구의 약 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁다. 해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 1,300만 km(30.1 AU)이며, 지구와 태양 사이 거리의 대략 30배에 해당한다. 천문 기호는 포세이돈의 트라이던트(삼지창)을 형상화한 이다.
해왕성
해왕성의 구성 성분은 천왕성과 꽤 비슷하며, 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성들과는 구분되는 성분상의 차이가 존재한다. 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 대량 포함하지만 해왕성의 대기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며, 물, 암모니아, 메테인 등이 얼어붙은 얼음질이 높은 비율을 차지한다. 천문학자들은 이런 차이점을 강조하기 위해 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성으로 따로 분류하기도 한다. 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 마찬가지로 얼음과 암석으로 이루어져 있는 것으로 추정된다. 행성의 가장 바깥층에는 메테인이 미량 존재하여 행성이 밝고 맑은 파란색깔을 띤다.
표면상에 아무 특징도 없는 천왕성과 달리 해왕성의 대기에서는 역동적이며 관측 가능한 기상 현상이 측정되고 있다. 1989년, 보이저 2호의 해왕성 접근 통과 때 해왕성의 남반구에서 목성의 대적점에 필적하는 대암반이 발견된 것이 그 예들 중 하나이다. 이런 기상 현상들은 시속 2,100km 속도의, 태양계에서 가장 강력한 바람으로 유지된다. 태양에서 엄청나게 멀리 떨어져 있기 때문에 해왕성의 바깥쪽 대기는 태양계에서 가장 추운 장소들 중 하나이며, 구름층의 꼭대기는 거의 −218 °C(55 K)에 달한다. 반면 행성 중심부의 온도는 대략 5000 °C(5400 K)이다. 해왕성에는 파편으로 이루어진 희미한 고리 구조가 있는데, 1960년대에 고리의 존재에 대해 논란이 있었으나 1989년에 보이저 2호의 탐사를 통해 존재가 확인되었다.
해왕성 해왕성 연구의 역사
갈릴레오 갈릴레이의 관측 그림에 따르면 그는 1612년 12월 28일과 1613년 1월 27일에 해왕성을 본 적이 있다. 하지만 갈릴레오는 목성 옆에 있던 해왕성을 붙박이별로 착각했으므로, 해왕성을 행성으로서 발견한 사람은 아니다. 1612년 12월의 첫 관측 당시 해왕성은 막 역행 운동으로 돌아선 때였기 때문에 겉보기상으로는 움직이지 않았다. 해왕성이 역행 주기를 시작했을 때엔 움직임이 너무 미약해서 갈릴레오의 부실한 망원경으로는 감지하기에 무리였을 것이다. 한편 멜버른 대학교의 천문학자 데이비드 제이미슨은 2009년 7월에, 갈릴레오가 자신이 발견한 별이 다른 붙박이별들과 달리 움직였다는 것을 알아차렸다는 새로운 증거가 발견되었다고 주장했다.
해왕성 해왕성 연구의 역사
1821년에 알레시 부봐르가 해왕성의 이웃 행성, 천왕성의 궤도에 대한 천문표를 출판했다. 그런데 이후의 관측에서 천문표와 어긋나는 결과가 상당량 발견되었으며, 부봐르는 미지의 물체가 중력적 상호 작용을 통해 천왕성의 궤도에 섭동을 일으킨다는 가설을 세웠다. 1843년에는 존 쿠치 애덤스가 천왕성의 운동에 영향을 미치는, 가상의 여덟 번째 행성의 궤도를 계산했다. 애덤스는 자신의 계산 결과를 왕실천문관 조지 에어리 경에게 보냈는데, 에어리는 애덤스에게 해명을 더 요구했다. 애덤스는 답신의 초고를 쓰기 시작했지만 보내지는 않았으며, 이후 천왕성 문제를 적극적으로 다루지 않았다.
애덤스와는 별도로 1845년과 1846년에는 위르뱅 르베리에가 독자적으로 계산을 수행했지만, 역시 동료들에게서 큰 반응을 얻지 못했다. 그러나 6월이 되어 르베리에가 행성의 황경에 대한 계산을 출판했고, 그것을 본 에어리는 애덤스의 계산과 유사점을 발견했다. 에어리는 행성을 찾아보자고 케임브리지 천문대장 제임스 챌리스를 설득했다. 하지만 챌리스가 8월과 9월 내내 하늘을 훑고 다녔는데도 별 소득이 없었다.
해왕성 해왕성 연구의 역사
그 사이 르베리에는 서한으로 베를린 천문대의 천문학자 요한 고트프리트 갈레를 재촉했다. 당시 베를린 천문대 연구생이었던 하인리히 다레스트는 르베리에가 예측한 지점 근처를 그린 최근의 성도와 현재 하늘을 비교해서 붙박이별과 구별되는 행성의 시운동적 특징을 찾을 수 있다고 갈레에게 건의했다. 르베리에의 편지가 도착한 1846년 9월 23일 바로 그날 저녁, 해왕성은 르베리에가 예측한 지점에서 1° 어긋난 지점, 애덤스가 예측한 지점에서 12° 어긋난 지점에서 발견되었다. 이후 챌리스는 자기가 8월에 행성을 두 번이나 봤지만 무심결에 지나쳐 버렸었다는 사실을 뒤늦게 깨달았지만 자기 발견을 증명하는 데 실패했다.
해왕성 해왕성 연구의 역사
행성이 발견되자, 누가 먼저 발견했느냐, 누구에게 공로를 돌리느냐를 두고 프랑스와 영국 사이에 민족주의적 경쟁이 일어났다. 결국 르베리에와 애덤스 둘 다에게 공로가 있다는 국제적 총의가 형성되었다. 하지만 1998년에 미국의 천문학자 올린 에겐이 훔쳐 칠레로 도망갔던, 〈해왕성 문서〉("Neptune papers"; 왕립 그리니치 천문대의 역사적 문서)가 재발견되면서 역사가들이 이 문제를 다시 다루게 된다. 문서를 검토한 뒤, 일부 역사가들은 애덤스는 르베리에와 동등하게 대접받을 자격이 없다고 주장했다. 데니스 롤린스는 1966년부터 애덤스가 공동발견의 권리를 주장할 자격이 있는지에 대해 질문을 던져 왔다. 1992년, 저널 《디오》(Dio)에서 롤린스는 영국이 공로를 "훔쳐갔다"고 간주했다. "애덤스가 계산을 좀 하긴 했지만, 그는 해왕성이 정확히 어디 있는지의 문제에는 확신이 없었다." 〈행성 도난 사건: 영국인들이 해왕성을 훔쳤다!〉논문을 쓴 유니버시티 칼리지 런던의 니콜라스 콜러스트롬의 말이다.
해왕성 해왕성 연구의 역사
해왕성이 발견되고 얼마 되지 않았을 때는 해왕성을 그냥 "천왕성 바깥 행성"이나 "르베리에의 행성"이라고 불렀다. 처음으로 이름을 제안한 사람은 갈레였는데, 그는 ‘야누스’('Janus')라는 이름을 제안했다. 한편, 잉글랜드에서는 챌리스가 ‘오케아노스’(Oceanus)라는 이름을 제출했다.
르베리에는 재빨리 자기 발견물을 자기가 명명할 권리를 내세우며 ‘넵튠’(Neptune)이라는 이름이 프랑스 경도국에서 인증받은 이름이라고 거짓 주장을 했다. 그런데 10월이 되자 그는 행성을 자기 이름을 따서 ‘르베리에’(Le Verrier)라고 명명하려고 했으며, 천문대장 프랑수아 아라고의 지지까지 확보한 상태였다. 그러나 이 시도는 프랑스 외부에서 강한 반발에 부딪혔다. 프랑스의 책력들은 급히 천왕성을 그 발견자 허셜 경의 이름을 따 ‘허셜’(Herschel)이라고 표기하기 시작했으며, 새로 발견된 행성도 덩달아 ‘르베리에’라고 표기했다. 1846년 12월 29일에 스트루베가 상트 페테르부르크 과학 아카데미에서 ‘넵튠’을 지지한다고 밝혔고, 곧 ‘넵튠’이라는 이름이 국제적으로 인정받게 되었다. 로마 신화에서 넵투누스는 바다의 신으로, 그리스 신화의 포세이돈에 대응되는 신이다.
오늘날 대부분의 언어들은 이 행성을 ‘넵튠’이라고 부르고 있으며, 그리스 로마 신화와 직접적 관련이 없는 나라들도 ‘넵튠’이 변형된 이름을 사용한다. 예외는 한자 문화권으로, 일본어, 중국어, 한국어, 베트남어는 바다의 신인 넵투누스의 역할을 의역하여 바다의 왕이라는 뜻에서 ‘해왕성’(海王星)이라고 부른다.
1840년대에 발견되고부터 1930년대까지 해왕성은 태양계 최외곽 행성이었다. 1930년에 명왕성이 발견됨으로써 해왕성은, 1979년부터 1999년까지 명왕성이 해왕성 궤도 안으로 들어오는 20년 주기를 제외하고는 뒤에서 두 번째 행성이 되었다. 그러나, 1992년에 카이퍼 대가 발견되자 많은 천문학자들은 명왕성이 행성인지 카이퍼 대의 큰 천체에 불과한지에 대해 논쟁을 벌이기 시작했다. 2006년, 국제천문연맹은 마침내 "행성"이라는 말의 의미를 최초로 정의했으며, 명왕성은 "왜행성"으로 재분류되었다. 고로 해왕성은 다시 태양계 최외곽 행성이 되었다.
해왕성 조성과 구조
해왕성의 질량은 1.0243×10^26 kg으로, 지구와 거대 기체 행성 사이의 중간 정도이다. 질량이 지구의 17배이지만 목성의 1/19에 불과하다.
해왕성의 적도 반지름은 24,764km로 지구의 거의 4배이다. 해왕성과 천왕성은 질량이 지구와 목성 중간 정도인데다 물, 암모니아 등의 휘발성 물질이 내부 구성 물질 중 차지하는 비중이 높기 때문에, 목성이나 토성과 같은 거대 가스 행성과 구별하여 거대 얼음 행성으로 부르기도 한다. 이런 이유에서 외계 행성 탐사에 있어 목성과 비슷한 질량 또는 그 이상을 '목성족(族)'으로 부르는 것처럼 질량이 해왕성과 비슷한 천체들을 '해왕성족'으로 부르고 있다.
해왕성의 내부 구조는 천왕성과 유사하다. 전체 질량의 5 ~ 10%, 표층에서 핵까지 부피의 10 ~ 20%를 대기가 차지하며, 대기압은 약 10 GPa이다. 대기의 하층부에서는 메테인, 암모니아, 물이 응축되는 것이 발견되었다.
해왕성 조성과 구조
이 어둡고 뜨거운 영역은 점차로 온도 2,000 K ~ 5,000 K의 초열 상태의 액체 맨틀로 응축된다. 해왕성의 맨틀은 질량이 10 ~ 15 지구질량이며 물과 암모니아, 메테인이 풍부하다. 이 혼합물은 고온고압의 유체지만 통상적인 행성과학에서 "얼음"이라고 불린다. 전기 전도성이 높은 이 유체는 암모니아수의 바다(water-ammonia ocean)라고 불리기도 한다. 해왕성 내부 7,000 km 깊이는 메테인이 분해된 뒤 탄소가 다이아몬드 결정이 되어 핵으로 가라앉는 환경일 가능성도 있다.
해왕성의 핵은 철분, 니켈, 규산염으로 이루어져 있으며, 내부 모형에서는 지구 질량의 1.2배를 차지한다. 해왕성 중심에서는 기압이 지구 표면 대기압의 백만 배인 7 Mbar (700 GPa), 온도는 5,400 K에 달한다.
해왕성 조성과 구조
높은 고도에서 해왕성 대기는 80%가 수소, 19%가 헬륨이다. 극미량의 메테인도 존재하는데, 스펙트럼 상에서 붉은색과 적외선의 영역인 600 nm 파장에서 메테인의 흡수선이 나타난다. 천왕성과 마찬가지로 해왕성도 대기중의 메테인이 붉은 빛을 흡수, 푸른 빛을 띠게 만든다. 하지만 해왕성의 깔끔한 담청색은 천왕성의 탁한 청록색과는 차이가 있다. 해왕성의 대기 중에 존재하는 메테인 성분은 천왕성과 비슷하지만, 메테인에 더해 어떤 미지의 성분이 해왕성의 색깔을 만들어낸다고 추측된다.
해왕성의 대기는 고도가 높아짐에 따라 온도가 낮아지는 아래쪽의 대류권과 고도가 높아짐에 따라 온도가 높아지는 성층권, 두 부분으로 다시 나뉜다. 둘 사이의 경계인 권계면에서는 기압이 대략 0.1 바 (10 kPa)인 곳에서 나타난다. 성층권은 기압이 10−5 ~ 10−4 마이크로바 (1 ~ 10 Pa) 이하인 곳에서 열권과 나뉜다. 열권은 점차 외기권으로 넘어간다.
해왕성 조성과 구조
해왕성의 대류권은 고도에 따라 다양한 구성 성분을 나타내는 구름들로 둘러싸여 있는 듯 하다. 상층부의 구름들은 메탄이 응축하기에 적당한 온도를 나타내는 1 바 이하의 압력에서 형성되며, 1 바 ~ 5 바(100 ~ 500 kPa) 정도 압력에서는 암모니아와 황화 수소의 구름이 형성되는 것으로 추측된다. 5 바 이상의 압력에서는 암모니아, 황화 암모늄, 황화 수소, 물로 이루어진 구름이 만들어진다. 더 깊은 곳에 존재하는 수빙질의 구름은 온도가 0 °C에 도달하는 약 50 바(5.0 MPa)의 압력에서 형성되는 것으로 보인다. 한편, 밑바닥에서는 암모니아와 황화 수소의 구름이 발견될 가능성이 존재한다.
해왕성의 고고도 구름이 아래쪽의 불투명한 구름 마루에 그림자를 드리우는 것이 관측된 바도 있다. 또한 일정한 위도에 존재하는 고고도 구름띠도 존재한다. 이 원형의 구름띠들은 너비가 약 50–150 km이며 구름 마루 위 약 50–110 km 상공에 위치하고 있다.
해왕성 조성과 구조
해왕성의 스펙트럼은 그 하부 성층권이 메테인의 자외선 광분해의 결과물, 즉 에테인·아세틸렌 등의 응축물 때문에 흐린 상태라는 것을 암시하고 있다. 또한 성층권에는 극소량의 일산화 탄소와 시안화 수소가 포함되어 있는 것 같다. 해왕성의 성층권은 고농도의 탄화수소 때문에 해왕성의 성층권보다 기온이 높다.
해왕성의 열권은 약 750 K이라는 이례적인 고온을 나타내는데, 그 이유는 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 해왕성은 태양의 열을 받기에는 너무 멀기 때문에 이 열은 자외선 복사 에너지때문에 만들어지는 것으로 보인다. 해왕성 대기가 가열되는 메커니즘의 가설 중 하나로 자기권 내의 이온들이 상호작용한다는 것이 있다. 다른 가설로는 해왕성 내부에서 발생하는 충격파가 대기권에서 열을 방산한다는 것이 있다. 열권은 극소량의 이산화 탄소와 물을 포함하고 있는데, 이것들은 운석과 먼지 등의 외부 물질 때문에 해왕성 내에 쌓이게 된 것으로 보인다.
해왕성 조성과 구조
해왕성은 그 자기권도 천왕성과 비슷하다. 해왕성의 자기장은 자전축에 47° 기울어져 있으며, 반지름의 0.55배 지점에서부터 행성의 물리적 중심에서 약 13500 km 떨어진 곳까지 갈라져 나온다. 보이저 2호가 해왕성에 도착하기 전에는 천왕성의 기울어진 자기권이 옆으로 비스듬한 천왕성 고유의 자전 모양 때문이라는 가설도 세워졌었다. 그러나 두 행성의 자기장을 비교한 결과, 현재 과학자들은 자기장의 극단적인 방향이 행성 내부의 유동을 나타낸다고 생각하고 있다. 이 장은 전기 전도성 액체(암모니아, 메테인, 물의 화합물로 추측)로 이루어진 얇은 구형 층 속에서 대류하는 유체의 움직임, 즉 다이너모 때문에 만들어지는 듯하다.
해왕성의 자기 적도에서 자기장의 쌍극자 성분은 약 14 마이크로테슬라(0.14G)이다. 해왕성의 쌍극자 자기 모멘트는 약 2.2 × 1017 T·m3 (14 μT·RN3, 여기서 RN은 해왕성의 반지름)이다. 해왕성의 자기장은 쌍극자 모멘트의 강도를 넘는 강한 사중극자 모멘트를 포함하여 비 쌍극자 구성요소의 상대적으로 큰 기여를 포함하는 복잡한 기하학을 가지고 있다. 반면 지구, 목성, 토성은 사중극자 모멘트가 상대적으로 작으며 극축에서 장이 덜 기울어져 있다. 해왕성의 큰 사중극자 모멘트는 행성의 중심으로부터의 오프셋과 필드의 발전기의 기하학적 제약의 결과일 수 있다.
해왕성의 뱃머리 충격파는 해왕성의 반경 34.9배 지점에서 발생한다. 자기권이 태양풍을 상쇄하는 자기권계면은 행성의 반경 23 ~ 26.5배 지점에 있다. 자기권의 말단은 해왕성의 반지름의 최소 72배 지점까지 펼쳐져 있으며, 더 멀리까지 퍼져 있을 가능성이 높다.
해왕성 기후
해왕성과 천왕성의 차이 중 하나는 기상 활동이다. 보이저 2호가 1986년 천왕성을 스쳐 지나갔을 때 천왕성은 시각적으로 매우 고요해 보였다. 반대로 1989년 보이저 2호가 해왕성 지나가면서 행성의 영상을 담았는데, 천왕성과는 달리 기상 현상이 발생하는 증거들을 포착할 수 있었다.
해왕성 기후
해왕성의 날씨 중 특이한 점이라면 엄청나게 빠른 태풍을 들 수 있다. 해왕성의 바람은 초속 600미터에 육박하는 속도로 몰아치는데, 이는 음속의 두 배에 가까운 빠르기이다. 그러나 해왕성의 대기 흐름은 보편적으로는 조금 더 느린데, 해왕성 대기에 항상 떠 있는 구름의 움직임을 분석한 결과 바람은 동쪽 방향으로 초속 20미터 수준에서 서쪽 방향으로 초속 325미터 정도까지 다양했다. 구름 상층부에는 적도 근처의 경우 초속 400미터, 양극 지대의 경우 초속 250미터의 바람이 넓은 영역에 걸쳐 불고 있다. 해왕성 대부분의 바람은 행성이 자전하는 방향과 반대로 움직인다. 바람이 움직이는 보편적 방향은 고위도 지역에서는 자전과 같은 방향이나, 저위도 지역에서는 역방향이다. 이처럼 바람 부는 방향이 반대로 나타나는 이유로 ‘피부 효과’를 들고 있으며, 대기 깊은 곳에서의 대기 과정 때문은 아닌 것으로 보인다. 해왕성 남위 70도의 고속 제트는 초속 300미터 속도로 움직인다.
대기 중 메테인이 풍부하기 때문에 해왕성 적도의 에테인과 아세틸렌 함량은 극지방보다 10~100배 더 높다. 이는 적도에서 대기가 상승하고 반대로 극지역에서 하강하는 것의 결과로 해석된다.
해왕성 기후
2007년 해왕성의 남극 상층 대기가 다른 지역보다 섭씨 10도 더 따뜻한 것으로 밝혀졌다(구체적 온도는 섭씨 영하 200도 정도이다). 이와 같은 온도 차이 때문에 메테인 기체(해왕성 대기 상층부에 얼어 있다)가 남극으로부터 우주로 탈출하게 된다. 이러한 상대적 ‘열점’은 해왕성의 자전축이 기울어져 있기 때문인데, 해왕성의 1년 중 마지막 4/4분기(지구 시간으로 약 40년이다)에 태양을 향해 남극이 기울어져 있기 때문이다. 같은 이유로 남반부 대신 북반부가 태양을 향해 기울어지면서 메테인 방출 현상은 북반부로 그 자리를 옮기게 된다.
계절의 변화 때문에 해왕성 남반구의 구름 띠들은 그 규모 및 반사율이 늘어나는 모습이 관측되어 왔다. 이 추세는 1980년부터 시작되었으며 2020년까지는 계속 관측될 것으로 보인다. 해왕성은 태양으로부터 매우 멀리 떨어져 있기 때문에 계절 하나의 길이가 40년은 된다.
해왕성 기후
1989년, 미국 항공우주국의 보이저 2호 우주선이 해왕성에서 지름 13000×6600 km의 고기압성 폭풍 구조인 대흑점(The Great Dark Spot)을 발견했다. 이 폭풍은 목성의 대적점과 닮았다. 그러나 5년 뒤인 1994년 11월 2일에 허블 우주 망원경이 해왕성을 관측했을 때는 대흑점이 보이지 않았다. 대신 대흑점과 비슷한 새 폭풍이 해왕성 북반구에서 발견되었다.
대흑점에서 훨씬 남쪽으로 내려간 곳에는 흰색 구름 뭉치로 이루어진 다른 폭풍, 스쿠터(Scooter)가 있다. 스쿠터라는 이름은 보이저 2호가 이것을 발견했을 당시 대흑점보다 빠르게 움직였기 때문에 붙은 것이다. 소흑점(The Small Dark Spot)은 남반구의 저기압성 폭풍으로, 1989년 조우 당시 두 번째로 강력했던 폭풍이다. 소흑점은 처음에는 시커먼 색깔이었지만, 보이저가 해왕성에 접근함에 따라 중심 부분이 밝게 변했고, 대부분의 고해상도 사진에서 이 점을 확인할 수 있다.
해왕성 기후
해왕성의 대류권 내에서 흑점 폭풍들은 밝은 구름들보다 낮은 고도에서 일어나는 것으로 보이며, 그 때문에 구름 상층부에 난 구멍처럼 보이는 것 같다. 몇 달 동안 형태가 유지되는 안정된 구조라는 점에서, 소용돌이 구조로 이루어진 것으로 추측된다. 흑점들이 대류권 계면층 근처에서 생성되는 밝은 잔류성 메테인 구름과 합쳐질 때도 있는데, 이렇게 만들어진 동반 구름의 존속은 전에는 흑점이었던 것이 검은색을 띠지 않는 사이클론의 형태로 변해 남아 있을 수 있다는 것을 시사한다. 흑점들은 적도 쪽으로 너무 가까이 이동했거나 그 외의 다른 미지의 메커니즘에 의해 흩어져 없어지는 것 같다.
천왕성과 비교했을 때, 해왕성이 보다 활동적인 기상 현상을 나타내는 것은 해왕성의 내부열이 더 높은 것에 일부 원인이 있는 것으로 보인다. 해왕성과 태양 사이의 거리는 천왕성과 태양 사이의 거리보다 50% 더 멀고, 해왕성은 천왕성이 받는 태양광의 40%밖에 받지 못하지만, 두 행성의 표면 온도는 대략 같다. 해왕성의 대류권의 상층부는 −221.4 °C (51.7 K)의 저온이고, 기압이 1 bar (100 kPa) 정도 되는 깊이에서는 온도가 −201.15 °C (72.0 K)이다. 하지만 가스층 깊이 들어갈수록 온도는 일정하게 증가한다. 천왕성과 마찬가지로 이 열의 원인은 알려지지 않았으나, 해왕성의 것이 더 크다. 천왕성이 태양에서 받는 에너지의 1.1배만 방출하는데 비해, 해왕성은 태양에게서 받는 에너지의 2.61배를 방출한다. 해왕성은 태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 행성이지만 태양계에서 가장 강력한 바람을 유지할 수 있는 내부 에너지를 가지고 있다. 이 현상을 설명하기 위한 여러 가지 합리적인 해석들이 제안되었는데, 그 중에는 행성의 핵에서 일어나는 방사능 붕괴로 인한 붕괴열이라는 설부터, 고압에서 메테인이 수소, 다이아몬드, 탄화수소로 전환되고 수소와 다이아몬드가 각각 떠오르고 가라앉으며 중력 위치 에너지를 내놓는다는 설, 하층 대기에서 일어난 대류가 중량파를 만들어 대류권 계면을 교란하기 때문이라는 설 등이 있다.
해왕성 공전과 자전
해왕성과 태양의 평균 거리는 45억 5천만 킬로미터로 30.1천문단위이다. 해왕성이 태양을 1회 도는 데 걸리는 시간은 164.79년이다. 해왕성은 2011년 7월 12일이면 1846년 처음 발견되었던 그 자리로 되돌아오게 된다. 그러나 이 때의 지구 하늘에서 해왕성 위치는 1846년의 그 자리는 아닌데, 그 이유는 당시의 지구 위치와 2011년 7월 12일의 지구 위치는 다르기 때문이다.
해왕성의 궤도경사각은 지구에 대해 1.77도 기울어져 있다. 해왕성의 궤도 이심률은 0.011로, 태양에서 가장 가까울 때와 멀어질 때의 거리 차이는 1억 1백만 킬로미터로 거의 원에 가깝다.
해왕성의 자전축 기울기는 28.32도로 지구의 23도, 화성의 25도와 비슷하다. 그 결과 지구, 화성처럼 해왕성은 1회 공전주기에 걸쳐 계절의 변화가 나타난다. 그러나 해왕성의 공전 주기는 매우 길기 때문에 계절은 지구 시간으로 40년씩 지속된다. 해왕성의 자전 주기는 약 16.11 시간이다. 자전축 기울기가 지구와 비슷하기 때문에 해왕성의 낮 길이는 해왕성의 1 공전 주기에 걸쳐 극심한 변화를 보이지는 않는다.
해왕성 공전과 자전
해왕성의 표면은 딱딱한 고체가 아니기 때문에 자전 속도는 해왕성의 위도에 따라 다르다. 적도 일대의 자전 주기는 18시간 정도로 이는 행성의 자기장 자전 주기 16.1시간보다 느리다. 반대로 양극 지대의 자전 주기는 12시간 정도로 매우 빠르다. 해왕성은 가스 행성들 중 적도와 극의 자전 속도 차이가 가장 많이 난다. 위도 방향으로 강력한 바람이 부는 원인이 된다.
해왕성 궤도 너머 카이퍼 대는 해왕성에 의해 심한 충격을 받는다. 카이퍼 대는 작은 얼음 천체들로 이루어진 원반형의 영역으로, 소행성대와 비슷하지만 태양으로부터 거리 30AU ~ 55AU에 걸쳐 있는, 훨씬 멀고 넓은 영역이다. 목성의 중력이 소행성대를 지배하면서 그 구조를 형성하는 것과 같이 해왕성의 중력은 카이퍼 대를 지배한다. 태양계의 나이만큼 오랜 시간 동안 카이퍼 대의 특정 지역들이 해왕성의 중력 때문에 불안정해졌고, 카이퍼 대 구조 안에 틈을 만들어냈다. 40AU ~ 42AU 거리 영역이 그 예이다.
해왕성 공전과 자전
그런데 이 빈 공간에 궤도가 존재하는 천체들은 태양계의 나이만큼 오랜 시간동안 살아남을 수 있다. 해왕성의 공전 주기와 그 천체의 공전 주기가 1:2나 3:4와 같은 특정한 비를 이루면 궤도 공명이 일어나는 것이다. 즉, 해왕성이 태양을 두 바퀴 공전할 때 문제의 천체가 태양을 한 바퀴 공전한다면, 해왕성이 원래의 자리로 돌아올 때까지 천체는 자기 궤도의 절반만 지나가게 된다. 이런 천체들이 200개 이상 발견된 카이퍼 대는 가장 많은 공명 천체들이 발견된 곳이며, 이곳의 공명 천체들은 2:3으로 공명, 즉 해왕성이 3번 공전할 동안 2번 공전하며, 명왕성족도 이에 포함된다. 때문에 명왕성이 해왕성의 궤도를 주기적으로 가로지르지만, 둘이 충돌하는 일은 절대 일어나지 않는다. 한편, 3:4, 3:5, 4:7, 2:5 공명 천체는 다소 수가 적은 편이다.
해왕성은 많은 수의 트로이군 천체들을 지배하고 있는데, 이것들은 태양과 해왕성의 L4라그랑주점에 분포한다. 해왕성 트로이족들은 해왕성과 1:1로 공명하며, 궤도상에서 희한할 정도로 안정되어 있다. 또한, 이들은 해왕성에게 붙잡힌 것이 아니라 해왕성과 함께 만들어진 것으로 보인다. 그런 한편, 해왕성의 L5라그랑주점과 관계성이 있는 천체가 확인된 바로는 2008 LC18이 최초이자 현재까지 유일하다.