지구의 자전과 공전

지구의 자전과 공전

우리가 사는 지구는 가만히 있는 것 같이 느껴지지만 계속 하루에 한번씩 회전하고 있다. 이것을 바로 지구의 자전이라고 불린다. 그렇다면 이러한 지구의 자전이 무엇이고 어떠한 영향들이 있는지 하나씩 자세히 살펴보도록 하자. 단단한 땅에 서 있었다는 것을 생각하면 이 땅이 움직인다고 생각하는 게 미쳤다고 생각할 수도 있다. 하지만 이것은 실제 사실이고 시속 1600킬로미터가 넘어가는 정도의 속도이다. 하지만 우리는 이를 모른 상태로 살아가고 있는 것이다. 지구의 자전이 한번 이루어 지는 데 걸리는 시간은 하루에 한바퀴이며 24시간에 한바퀴씩 회전하게 된다. 우리 모두 알다시피 태양이 하늘의 같은 지점으로 돌아 오는 데 정확히 하루가 걸리며, 이는 분명하다. 그러나 실제로 지구의 별이 배경 별에 비해 한 번 회전하려면 24시간이 걸리지 않는다. 실제로는 하루에 약 4분씩 적은 23시간 56분 정도가 걸린다. 이렇게 차이가 나는 이유는 지구가 태양 주위를 공전하고 있기 때문이다. 다시 말해 지구는 축을 중심으로 회전하지만 태양 주위를 도는 선이므로 하늘에서 태양의 위치는 매일 4분씩 따라 잡게 된다. 이 때문에 지구가 한 축에서 한 번 회전하는 데 걸리는 시간은 24시간이 안되는 것이다. 태양이 하늘의 같은 지점으로 돌아 오는 데 걸리는 시간을 태양의 날이라고 하며 24시간이다. 그러나 이것은 최대 16분의 계절 편차를 생성한다. 이것은 태양 주위의 지구의 타원형 궤도와 축 기울기 등 두 가지 요인에 의해 발생한다. 지구와 태양은 완벽 원으로 동심원처럼 움직이지 않는다. 이것은 케플러의 제 1법칙 으로 알려져 있으며 태양에 대한 행성의 궤도는 태양의 질량 중심이 한 초점에 있는 타원이라고 알려져 있다. 그렇기에 지구로부터 태양까지의 거리는 항상 일정한 것이 아니다. 케플러 법칙은 또 하나의 이론을 말해준다. 그것은 지구가 같은 각도만큼의 거리를 움직이는 시간이 같다는 것이다. 그렇기에 지구의 궤도 속도가 태양에 가장 가까이 있을 때 짧은 시간에 많은 거리를 움직여야 하므로 증가한다는 것을 의미한다. 태양과 지구의 북극 위의 지점에서 볼 때 지구는 태양에 대해 시계 반대 방향으로 궤도를 돌고 있다. 태양을 중심으로 지구의 공전은 365일이 살짝 넘어간다. 그렇기 때문에 이러한 차이를 보완하고자 4년에 한번 2월 29일이 돌아오는 결과를 가져오게 되는 것이다. 또한 지구는 연중 특정 시간에 태양과 주기적으로 더 가까워지거나 멀어진다. 지구의 축 또한 황도쪽으로 약 23도 기울어져 있다. 정확한 태양 일은 6월이나 12월보다 3월과 9월이 짧다. 온대 북부 위도에서 태양은 여름 동지 동안 정동 북쪽으로 올라가고 동서로 북쪽을 향해 겨울에 역전한다. 태양은 남쪽 온대 지역의 여름에 동쪽에서 남쪽으로 떠오른 후 서쪽에서 남쪽으로 진다. 과학자들은 실제 회전속도가 시속 1600킬로미터 넘는다는 것을 증명했고, 적도에 서 있는 것만으로도 이미 소리 속도를 초과하는 속도로 움직이고 있음을 의미한다. 달이 지구의 회전에 미치는 영향으로 인해 행성은 시간이 지남에 따라 약간 느려진다. 원자 시계에 따르면 윤초로 조정되는 속도가 천천히 증가하고 있다. 지구의 회전도 서쪽에서 동쪽으로 진행하기 때문에 태양이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 온다. 지구의 회전에 대한 또 다른 흥미로운 점은 회전이 어떻게 시작되었는지 이다. 기본적으로 행성의 회전은 46억 년 전에 우리 행성을 만들기 위해 함께 모인 모든 입자의 각운동량 때문이다. 그 전에는 지구, 태양 및 나머지 태양계가 수소, 헬륨 및 기타 무거운 원소로 이루어진 거대한 분자 구름의 일부였다. 구름이 무너지면서 모든 입자의 운동량은 구름 회전을 설정했다. 지구의 현재 회전주기는 이러한 초기 회전과 물체와의 충돌과 같은 다양한 요인들의 결과이다. 빠른 회전은 지구를 구부러진 공처럼 보이도록 평평하게 만든다. 지구의 특별한 모양은 적도를 따라 움직이는 점이 실제로 극보다 지구 중심에서 더 먼 것을 의미한다. 고대 천문학자들은 지구가 우주에서 고정 된 몸이며 태양, 달, 행성 및 별이 모두 지구 주위를 회전한다고 믿었다. 그러나 고대에 의견에 대해 의문을 제기한 사람들이 있었다. 논쟁의 한 지점은 지구가 제자리에 고정되었을 뿐만 아니라 회전하지 않았다는 사실이었다. 아리스타추스는 지구가 태양을 중심으로 회전하고 있으며 우주는 이전에 생각했던 것보다 몇 배나 더 크다고 주장했다. 그리고 셀레우코스 제국에 살았던 헬레니즘 천문학자가 있었다. 셀류쿠스는 아리스타추스의 헬리오센트릭시스템의 지지자였으며 행성의 위치와 지구 회전을 정확하게 계산하였다. 지구의 회전 속도와 궤도 속도는 동일하게 유지되므로 우리는 가속 또는 감속을 느끼지 않는다. 속도가 변할 때만 움직임을 느낄 수 있다. 매끄러운 표면에서 일정한 속도로 움직이는 차 안에 있다면 많은 움직임을 느끼지 못하는 것과 같다. 지구의 회전은 여러 가지 방법으로 입증 될 수 있다. 하나는 푸코 실험이다. 이것은 프랑스인이 처음으로 발견했다. 그는 파리의 판테온의 돔에서 와이어로 무거운 철제 공을 매달아 진자를 만들었다. 그는 진자 아래에 모래를 넣고 공의 바닥에 핀을 놓았다. 그래서 움직일 때마다 좌우로 자국이 남았다. 이러한 움직임에 따라 자국이 남기 시작했고 이를 통해 24시간 동안 실험한 결과 모래의 표시가 오른쪽으로 이동하는 것을 발견했다. 경로의 방향은 진자의 움직임에 대한 지구의 움직임을 보여준다. 이를 통해서 지구가 회전한다는 것을 발견하게 된다. 이렇듯 지구는 자전과 공전을 통해 계속 회전하고 있다. 자전을 통해 낮과 밤을 만들고 공전을 통해 계절을 만들며 1년을 만들게 된다. 이렇듯 지구의 하나하나의 움직임이 우리에게 엄청난 영향과 일상의 모습을 보여주고 있다. 이런 것들을 생각한다면 우리는 지구, 우주에서 아주 작은 존재일 뿐이며 이 거대한 세상에서 작은 생물체인 것을 깨닫게 된다. 앞으로 이러한 거대한 우주와 지구에 대해 더 많은 비밀들을 파헤쳐가고자 한다.