지구가 우주 속을 이동하는 운동 속도

SCIENCE WAVE

 

 

지구는 우주의 패러다이스 – 4

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오늘의 지구는 이상기후 때문에 온갖 재난을 당한다. 인간이 살기에 지구보다 좋은 행성이 없는데도 사람들은 그 고마움을 생각하지 않는다. 생명의 파라다이스인 지구의 은총을 소개하는 시리즈–4이다.

 

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멈추지 않는 지구의 4가지 운동

 

지구상에 사는 사람은 자신이 끊임없이 이동하고 있다는 사실을 인식하지 못한다. 그러나 지구는 적어도 4가지 이동 운동을 하고 있다.

 

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1. 지구는 남북극을 축으로 24시간에 1회 자전한다. 지구는 얼마나 빠른 속도로 자전하고 있을까?

2. 지구는 약 365일 동안에 태양의 둘레를 1회 공전한다. 지구의 공전 속도는 어느 정도일까?

3. 태양은 2,000-4,000억 개의 항성으로 이루어진 우리 은하 속을 쉬지 않고 이동한다. 태양계는 얼마나 빠른 속도로 어디를 향해 이동할까?

4. 우리 은하 역시 약 1,700억 개의 은하들로 구성되어 있는 우주(은하계) 속을 어딘가로 이동하고 있다. 우리 은하는 전체 은하계 속에서 얼마나 빨리 이동하고 있을까?

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옛사람들은 수만 년 동안 지구가 우주의 중심에 정지한 상태로 있고, 지구 주변을 태양과 달과 다른 별들이 돌고 있다는 ‘지구중심설’을 믿고 있었다. 그러나 16세기에 이탈리아의 천문학자 코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus 1473-1532)가 “지구와 행성들이 태양의 둘레를 돌고 있다.”는 ‘지동설’을 발표하면서 지구와 태양의 운동을 바르게 알게 되었으며, 태양계가 우주의 중심에 있지 않다는 것을 알게 되었다.

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16세기의 과학자들이 지구가 태양 주위를 돈다는 생각을 하게 된 중요한 이유의 하나는 수성, 금성, 화성, 목성, 토성과 같은 행성들의 운동을 정밀하게 관찰했을 때, 이들은 다른 별들의 움직임과 달리 하늘에서 역행(逆行)도 했기 때문이다.

 

 

태양과 행성들의 크기를 비교적으로 나타낸다. 목성과 토성의 달별 일부도 함께 보여준다.

 

지구의 자전운동과 자전 속도

지구는 일정한 속도로 자전하고 있다. 자전하는 속도는 지상에서의 위치 즉 위도에 따라 달라진다. 자전 속도는 적도상에서 가장 빠르고 남극이나 북극으로 갈수록 느려진다. 즉 적도상에서는 시속 1,670km로 이동하고, 북위(남위) 45°에서는 시속 1,180km, 남북극점에서는 하루에 1바퀴를 돌 뿐이다.

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지구의 공전 운동과 속도

지구가 태양 둘레를 1회전하는 공전 속도는 평균 시속 107,000km(초속 30km)이다. 이런 빠르기로 달리는 열차를 탄다면 3분 만에 런던에서 뉴욕까지 갈 수 있다. 태양의 둘레를 도는 행성들은 태양에 가까울수록 이동(공전) 속도가 빠르고 멀리 떨어진 행성일수록 느리다. 예를 들어 태양에 가장 접근해 있는 수성은 지구의 공전 속도보다 1.6배 빠른 초속 47.4km로 운동하고, 가장 먼 해왕성은 초속 5.5km로 움직인다.

 

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지구와 태양 사이의 평균 거리는 약 149,600,000km이고, 1년 동안 지구가 운동하는 총거리는 약 9억 4,000만km이다. 다행하게도 지구가 태양 둘레를 도는 궤도는 거의 원에 가깝다. 만일 이심률(離心率, 타원의 정도)이 큰 타원 궤도로 공전한다면 많은 문제가 발생할 것이다. 즉 궤도가 태양에 가까울 때는 너무 뜨거울 것이고, 멀 때는 생존하기 어렵도록 추울 것이다.

 

태양이 우리 은하 속을 이동하는 속도

 

우리 은하의 직경은 약 100,000광년(중심 폭은 15,000광년)인데, 태양은 은하의 중심으로부터 25,000광년 떨어진 곳에 있으며, 시속 720,000km(초속 200km) 속도로 이동하고 있다. 광대한 우리 은하 속을 1회전하는 데는 약 2억 3,000만 년이 걸린다고 한다.

 

 

우리 은하를 위에서 본 모습으로 그린 것이다. 옆에서 본다면 안드로메다 은하처럼 불룩한 타원형 원반으로 보일 것이다. 우리 은하 속에 있는 별의 수는 2,000-4,000억 개로 추정되고 있다. 우리 은하의 중심부에는 특별히 많은 별들이 모여 있다.

 

 

지구에서 우리 은하의 중심부를 바라보면 별들이 더 밀집되어 보인다. 은하수는 바로 우리 은하의 중심부를 보는 모습이다.

 

은하들 중에 우리 은하와 가장 가까운 안드로메다 은하는 우리 은하와 규모와 모양이 매우 비슷한 쌍둥이 은하이다.

 

 

우리 은하의 이동 속도

우리 은하가 은하계 속을 이동하는 방향은 안드로메다 은하 쪽이라고 한다. 초속 112km로 이동하는 우리 은하는 약 40억 년 후 안드로메다와 만나게 될 것이라고 한다. 그래서 SF에서는 두 은하가 충돌하는 상상도 한다.

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지구가 이토록 빨리 자전하고 있는데도 지구에 사는 인류는 그것을 느끼지 않고, 지구 바깥으로 날려가지도 않는다. 그 이유는 지구의 중력이 지구의 자전에서 발생하는 원심력보다 훨씬 크기 때문이다. 과학자들의 측정에 의하면 지구의 원심력 크기는 적도상에서 중력의 0.3%에 불과하다. 중력이 월등히 강한 것이다. 물론 남북극에서는 원심력이 더 약해질 것이다.

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지구가 자전을 멈춘다면?

SF에서는 엉뚱한 생각도 한다. “수십억 년 후 지구가 자전하지 못하게 되면 어떨까?” 과학자들은 이론적으로 그런 두려운 일은 발생하지 않는다고 한다. 그러나 지구가 갑기 자전을 멈춘다고 하면, 자전하던 대기층이 초고속의 기류가 되어 지상의 빌딩, 사람, 나무, 표면의 흙과 바위까지 지구 바깥으로 날려보낼 것이다.

 

 

그리고 지구가 자전을 멈춘 상태로 365일에 1회전씩 공전을 계속한다면 어떤 현상이 나타날까? 그러면 마치 달이 한쪽 면만 지구를 향한 상태로 돌아가는 것처럼, 지구도 한쪽 면만 태양을 보면서 공전하게 된다. 태양을 향한 쪽은 초고온이 될 것이고, 그늘진 반대쪽은 초저온의 세상이 될 것이다.

 

 

지구가 자전함에 따라 형성되는 자기장에 의해 지구 주변에 밴앨런대가 형성된다. 밴앨런대는 태양풍 속의 우주 입자들을 끌어당겨 대기층으로 침투하는 것을 차단해준다. ​

 

 

그뿐만 아니다. 지구가 자전을 멈추면 우주방사선을 차단해주는 자기장이 생겨나지 않게 된다. 자기장이 없는 지구에서는 오로라 현상이 나타나지 않게 되는 것은 물론, 태양으로부터 오는 강력한 우주 방사선을 막아주는 밴앨런대(Van Allen radiation belt)도 사라진다. 강력한 태양풍을 그대로 맞는다면 살아남을 생명체가 없을 것이다. 지구는 생명체에게 참으로 다행한 패러다이스이다. - YS

 

 

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