지구는 왜 자전하게 되었을까?

SCIENCE WAVE

 

 

15세기 이전에 살고 있다면, 지구의 자전을 알지 못하고 태양이 지구 주위를 돌고 있다고 믿을 것이다. 지구는 24시간마다 1회 자전한다. 지구는 어쩌다 자전하게 되었고, 자전을 멈춘다면, 더 빠르거나 늦게 자전한다면 어떤 현상이 나타날까? 현재의 지구 자전 시간은 기적처럼 적당하다고 생각된다.

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지구는 우주의 패러다이스 – 8

인간이 살기에 지구보다 좋은 행성이 없는데도 사람들은 지구의 고마움을 생각하지 않는다. 생명의 파라다이스인 지구의 은총을 소개하는 시리즈–8이다.

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아침 해가 뜨고 저녁 해가 지면서 밤과 낮이 바뀌는 것은 지구가 자전하기 때문에 일어나는 현상이다. 이런 자전 운동은 46억 년 전부터 진행되어 왔으며, 자전 운동은 태양의 수명이 끝나는 날까지 계속될 것이다.

 

 

 

 

비행기 프로펠러, 팽이, 자전거 바퀴, 물레방아 모두가 회전한다. 이들 회전체는 물리적인 힘과 운동법칙에 따라 돌아간다. 지구도 돌지만 누구도 지구가 도는 것을 의식하지 못하고 어떤 불편함도 느끼지 않는다. 지구의 자전 속도는 위도에 따라 다르다. 적도에서는 시속 1,669.8km로 가장 빠르고, 남북극에서는 0이며, 북위 및 남위 45°에서는 시속 1,180.7km이다. 2020년 기준 위도별 자전 속도를 보자.

 

- 10° : 1,644.4km

- 20° : 1,569.1km

- 30° : 1,446.1km

- 40° : 1,279.1km

- 50° : 1,073.3km

- 60° : 834.9km

- 70° : 571.1km

- 80° : 289.95km

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위도별 자전 속도를 보면, 자신은 의식하지 못하지만 어떤 속도로 자기가 자전하고 있는지 짐작할 것이다. 지구는 탄생 초기부터 이런 속도로 자전했을까? 수억 년 뒤에도 같은 속도일까? 큰 지진이 발생하거나 태풍이 일어나도, 바다 수면이 상승해도, 태양과 달의 중력이 일직선이 되어 작용해도 변하지 않을까?

 

 

카메라의 셔터를 장시간 개방한 상태로 밤하늘을 촬영하면, 지구가 자전하기 때문에 사진과 같은 별들의 일주(日周) 모습이 나타난다.

 

 

 

 

 

돌아가는 팽이를 보면 회전축의 꼭지가 약간 흔들리면서 도는 것을 본다. 지구도 자전축이 팽이처럼 빙그레 흔들리고 있다. 이를 세차운동(歲差運動 precession)이라 하며, 지구의 세차운동 주기는 약 26,000년이다. NASA의 관측에 의하면, 자전축은 1년에 약 17cm 정도 동쪽으로 이동하고 있다고 한다. 현재의 자전축은 작은곰자리의 알파별 근처를 향하고 있지만, 15세기에는 용자리의 알파별 쪽을 향하고 있었다.

 

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자전하게 된 이유

태양이 처음 생겨났을 때, 그 주변에는 많은 가스와 먼지와 바위들이 떠돌면서 태양과 함께 동일한 방향으로 회전하고 있었다. 이 우주 쓰레기들은 중력에 의해 서로 합쳐져 원반(disk) 모습이 되었다가 차츰 동그란 구(球)가 되었다.

 

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그 시기에 생겨난 원시지구는 그때부터 자전과 공전을 했다. 태양과 행성들이 자전하게 된 원인은 무엇일까? 캘리포니아 대학의 천체물리학자 나오즈(Smardar Naoz) 교수의 이론에 의하면, 우주에 흩어져 있던 바위들이 중력에 끌려 원시지구(행성)와 충돌할 때마다 강력한 힘이 가해지면서, 그 힘에 의해 지금처럼 빠른 속도로 자전하게 되었다고 한다.

 

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그러나 이런 설명이 있지만 이해하기 어려운 현상도 있다. 예를 들면 금성은 지구와 반대 방향으로 자전하고, 천왕성은 자전축이 90° 기울어 있는 것이다. 이 두 행성에는 다른 천체가 충돌하여 회전 방향을 바꾸었을까? 천문학 숙제이다.

 

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우주에 존재하는 천체들은 별이든 소행성이든 은하이든 모두 회전하고 있다. 우리 은하도 2억3,000만 년을 주기로 돌고 있다. 그런데 펄서(pulsar)라 불리는 천체는 직경이 수십km이면서 1초에 수백 번 자전한다. 특히 Terzan 5ad라는 펄서는 1초에 716회전하고 있다. 이보다 더 빨리 도는 천체도 있다. GRS 1915+105라는 이름을 가진 블랙홀은 초속 920-1,150회 회전하는 것으로 알려져 있다.

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그러면 아주 느리게 자전하는 천체도 있을까? 천문학자들의 연구에 의하면, 태양이 처음 탄생했을 때는 4일에 1회전 했으나 차츰 느려져 지금은 25일이 걸리고 있다고 한다. 지구 역시 처음에는 빠르게 자전했으나, 달의 중력 때문에 차츰 느려져 지금의 속도가 되었다고 설명하고 있다. 그러면 자전 속도는 앞으로 더 느려질까? 과학자들의 계산에 의하면 지난 1세기 동안에 0.00178초 지연되었다고 한다. 그러므로 지구는 지금과 거의 비슷한 속도로 수십만 년 자전할 것이다.

 

 

지구 자전축의 변화 가능

2023년 6월 서울대학교 지구과학과 서기원 교수 연구팀은 오늘날의 지구인들이 지하수를 너무 퍼올려 사용하게 되자, 지하수는 줄고 퍼낸 물은 바다로 들어가 해수면을 상승시킨 결과 자전축이 변화될 수 있다는 논문을 2023년 6월 15일 발행된 <Geophysical Research Letters>에 발표했다. 서기원 교수는 논문에서 1993년부터 2010년까지 전 지구에서 퍼낸 지하수의 양이 2존 톤을 넘는다고 했다.

 

 

이상적인 지구 자전 속도

지구가 자전을 멈추거나, 더 빨리 돌거나, 더 느리게 회전하게 될 때 지구상에 일어날 구체적인 비극은 독자의 상상 몫이다. 너무 빨리 돌거나 느려지면 밤낮의 기온 변화가 지금과 달라진다. 일조시간이 길어지면 낮에는 너무 더워질 것이고, 밤에는 저온이 될 것이다. 반면에 빨리 회전하면 낮 동안 기온이 오르기도 전에 저녁이 올 것이다. 그렇게 되면 인간과 생명체들의 생존은 매우 불리해질 것이다. 고맙게도 지구는 23시간 56분 4초를 주기로 일정한 속도로 자전하고 있다. - YS

 

 

지구의 현재 나이와 미래의 수명은 ?