지축
지축(地軸, axis of the earth, pole)은 지구의 자전축을 가리킨다. 북극과 남극을 연결하는 축으로, 공전 궤도면에 대하여 66.5도가량 기울어져 있다.
개요[편집]
지축은 지구 자전 운동의 축을 말한다. 지축의 양 끝단은 북극과 남극의 중심이 된다. 태양과 지구의 공전축과 비교했을 때, 지축은 약 23°기울어져 있다. 이러한 이유로 일조량의 차이가 발생하며 겨울, 여름과 같은 계절 현상이 발생한다. 초거대지진은 거대한 지형 변형을 일으켜 극운동에 영향을 주고 지축도 흔들리게 한다고 알려져 있다. 1957년에서 1967년 사이에 관측된 챈들러 요동(주기 약 14개월의 극운동)에서 1960년의 관측 결과는 칠레에서 발생한 초거대지진의 영향으로 지축의 주기운동에 불연속성이 관측되었다.
지구에 탄성구의 변형이 일어나면 챈들러 요동에 큰 변화가 발생할 것으로 예측되지만 1960년 칠레 지진의 규모라고 하더라도 이 변형으로는 챈들러 요동에 큰 영향을 주기에는 부족하다고 여겨졌다. 하지만 1964년 알래스카 지진에서 진원에서 약 5,000km 떨어진 하와이에서 약 10-8 정도의 영구변형이 관측되어 이런 미세한 지각 변동도 전 지구에 걸쳐 적분하면 챈들러 요동에 영향을 줄 가능성이 있음을 발견했다. 초대형 지진으로 지축이 어긋나 지진 전후로 지구의 자전 주기가 변화하는 경우도 있다. 2004년 인도양 지진해일, 2010년 칠레 지진, 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진에서는 모두 마이크로초 단위로 자전 주기가 더 빨라졌다는 연구도 있다.[1]
특징[편집]
지축은 지구의 회전축을 말하며 지리학적으로 남극과 북극을 관통하는 축을 말한다. 천구에서는 관측자를 지나, 이 축에 평행한 축을 가리키며, 이것과 천구가 교차되는 점을 천의 북극과 남극이라 한다. 지리학적으로 남극과 북극을 관통하는 축을 말한다. 지축은 팽이의 회전축과 같이 외력(外力)에 의하여 동요가 생긴다. 천구(天球)에서는 관측자를 지나, 이 축에 평행한 축을 가리키며, 이것과 천구가 교차되는 점을 천(天)의 북극과 남극이라 한다. 엄밀하게는 지구의 자전축과 일치하지 않지만, 천구의 경우 보통 자전축을 지축으로 본다. 지구의 운동에는 세차(歲差)와 장동(章動)이라는 두 가지 비틀거림이 있다. 은하계 전체에서 본 세차는 주기 2만 6000년, 태양계에서 본 세차는 주기 2만 1000년으로 지축의 흔들리는 각은 평균 23.5°이다. 두 줄기의 차이는 지구공전면의 주기적 변동의 영향이다.
한편 1년간의 기후·해류 등의 변화에 의하여 회전관성모멘트의 분포가 변하기 때문에, 세차운동에 더하여 작은 장동이 일어난다. 지축이 자전축과 일치하지 못하고 약간의 차이를 보이는 것은 이 때문이다. 이에 따라 지구 위의 동일점에서 겉보기의 위도가 변화한다. 그 밖의 장동으로는 지구가 어떤 외력의 충격에 의하여 14개월 주기(챈들러주기)로 요동이 생기는 일이 있다. 장동은 어느 것이나 일종의 강제진동이며, 외력의 크기에 따라 동요의 크기도 변한다. 동요의 각도는 모두 작고 1만분의 1 정도이다.[2]
자전축[편집]
자전축(自轉軸, Rotation Axis)은 천체가 자전할 때 중심이 되는 축을 말한다. 지구는 이 자전축을 중심으로 약 24시간에 한 바퀴씩 도는데, 북극점에서 보면 시계 반대 방향, 남극점에서 보면 시계 방향으로 돈다. 또한 궤도면에 대해 (반올림해) 대략 66.5도 정도 기울어져 있어 일년 단위로 온도나 계절이 바뀐다. 그리고 태양계 행성들 중 천왕성은 특이하게도 자전축이 궤도상 97.77도로 기울어져 있어 한 쪽 극이 거의 태양을 향한 상태에서 돈다. 심지어 금성은 아예 177.4도나 기울어져서 해가 서쪽에서 뜬다.
자전[편집]
자전(自轉, Rotation)은 천체(天體)가 스스로 고정된 축을 중심으로 회전함을 의미한다. 또는 그런 운동을 말한다. 즉, 천체가 자기 자신을 중심으로 회전하는 운동이다. 따라서 천체(天體)가 스스로 고정된 자신의 중심축을 중심으로 회전하는 또는 그런 운동을 가리킨다. 대부분의 천체는 자전하고 있다. 태양이나 다른 항성들은 자전하고 있으며 블랙홀도 자전하고 있음이 확인된 것이 있다. 또한 펄사는 고속으로 회전하는 중성자별로 생각된다. 태양계에 있는 모든 천체들은 자전과 공전을 한다. 태양계뿐만 아니라 다른 항성들이나 떠돌이 행성, 블랙홀 또한 마찬가지다. 심지어 오르트 구름의 창안자 얀 오르트에 의해 은하도 자전과 공전을 하는 것으로 밝혀졌다.
천체의 자전 중심이 되는 축을 자전축이라고 하며, 자전축을 따라 1회전하는 데 걸리는 시간을 자전 주기라고 한다. 이때 자전 주기는 자전 주체가 360도 회전하는 시간이며, 어느 다른 천체를 향해서 같은 방향을 가리킬 때까지의 시간은 아니다. 자전하는 이유에 대한 유력한 가설은 항성과 행성이 형성되었을 때의 흔적이라는 것이다. 이들 천체는 가스 구름이 서로 뭉치면서 형성된 결과물인데 이 가스 구름은 소용돌이 치는 형태로 빙글빙글 돌면서 뭉친다. 마침내 모든 물질들이 뭉치면 하나의 천체가 되는 데 이 천체가 형성되는 과정에서의 빙글빙글 도는 운동을 관성의 법칙에 의해 가지기 때문에 계속 끝없이 돌게 되는 것이다. 초기 가스 구름의 회전이 매우 느리다 하더라도 가스가 뭉쳐 천체가 되는 과정에서 각 운동량 보존 법칙에 의해 회전 속도는 매우 빨라진다. 이를 자전이라고 부른다.[3][4]
지구의 자전
지구의 자전이란 지구가 (북반구에서 남반구를 내려다 보았을 때) 자전축을 중심으로 하루에 한 번씩 서쪽에서 동쪽으로(시계 반대 방향으로) 도는 운동을 말한다. 지구가 자전하는 속도는 어마어마하게 빠르다. 적도 부근에서는 약 시속 1,674km/h이다. 환산하면 약 초속 465m/s, 즉 1초에 465m를 간다. 이는 한 1시간에 15.04°씩 회전하는 것과 같다. 흔히 생각하는 것과 다르게, 지구 자전 주기는 하루 24시간에 약 4분 정도 못 미치는 23시간 56분 4.091초(약 23.9345시간)이다. 왜냐면 자전 한 바퀴와 하루를 혼용해서 쓰긴 하지만 엄밀히 말하자면 둘의 기준이 다르기 때문이다. 자전은 우주 공간의 3차원 좌표에서 지구라는 구체가 1회전 하는데 걸리는 시간이지만, 하루는 지표면의 한 지점에서 보기에 태양이 어제와 같은 위치에 오는 데 걸리는 시간인데(엄밀히 말하면 균시차 등도 고려해야 하나 생략), 지구는 자전과 동시에 공전도 하기에 자전 1회전 후에 공전이 진행된 만큼 약간 더 자전해야만 지표면을 기준으로 태양이 다시 같은 자리에 온다. 또한, 지구의 자전 주기는 100,000년마다 대략 1초 늘어나며, 결과적으로 지구의 시간도 1초씩 짧아진다. 하지만 점점 느려지며 하루는 100년에 0.002초씩 길어진다는 연구결과가 있다. 하지만 2011년 도호쿠 대지진으로 인해 자전 속력이 아주 조금 빨라졌다. 약 70억 년 뒤쯤이면 지구의 자전이 멈춘다는 계산이 있지만, 이건 지구가 존속한다는 전제하에 해본 의미 없는 계산이니 그냥 무시하자. 지구 자전이 멈출 수 있는 시간보다 한참 전에 지구는 증발해서 없어지며, 그 증발하기 수억~수십억 년 전에 이미 그 어떤 생물도 살 수 없는 행성이 되어서 다 죽든지, 다 떠나든지 둘 중 하나가 되어있을 것이다. 다시 말해 지구는 없어지기 전까지 계속 자전한다. 현재 태양의 크기는 지구와 태양 표면 사이의 평균 거리의 약 1% 정도 되지만, 태양 크기는 커지고 거리는 줄어들기에 나중에는 2% 이상이 된다.[3]
자전축 기울기
자전축 기울기는 천체의 자전축과 공전축의 법선 사이의 각도를 말한다. 천체의 적도면과 궤도면 사이의 각도와 같으며, 적도 기울기라고도 한다. 자전축과 공전축의 방향은 오른손 법칙을 이용하여 정할 수 있다. 천체의 북극 방향에서 바라보았을 때, 반시계 방향으로 자전하며, 마찬가지로 궤도면의 수직 방향에서 바라보면 천체는 반시계 방향으로 공전한다.
공전 방향과 반대로 자전하는 금성의 자전축 기울기는 177.3°의 큰 값을 가진다. 천왕성의 자전축 기울기는 97°로 북극이 공전면에 가까이 누워있다. 지구의 자전축 기울기는 약 23.44°이다. 태양계에서 지구의 공전면은 황도면이며, 지구의 자전축 기울기는 황도 경사각이라고 부른다.
자전축 상의 북극을 진북(True North)이라고 부른다. 지도에서 가리키는 북쪽은 도북, 나침반이 가리키는 북쪽은 자북이라고 한다. 도북은 구 형태의 지구 표면을 정확히 나타낼 수 없는 평면 지도의 한계로 진북과 다르게 나타날 수 있으며, 자북은 지자기의 극점인데 진북극과 자북극은 1000km 정도가 차이 난다. 따라서 전문가용 지형도에는 여백 한쪽에 진북, 도북, 자북이 전부 나타나있다.
지구상에서 적도 경사각에 의해 발생하는 현상은 아래와 같이 확인할 수 있다.
- 계절의 변화
- 백야의 발생
- 회귀선 지역의 라하이나 눈(Lahaina Noon)
여담
- 자전축은 항상 고정되어 있지는 않으며 일정 범위 내에서 변화한다. 약 41,000년을 주기로 22.1˚~ 24.5˚내에서 기울기가 변한다.
- 2023년 6월 서울대학교에서 자전축이 변하는 원인으로 지하수의 고갈도 작용함을 발표했다. 인간이 지하수를 사용하면서 해수면 상승에 영향을 미쳤고 이에 지구의 물질량 분포가 바뀌며 자전축이 이동했다는 것. 이게 와전되어서 '자전축이 뒤바뀐다! 이걸 서울대에서 처음 밝혀냈다!'라는 식으로 호들갑을 떨 수도 있는데 앞서 언급했듯이 자전축이 바뀌는 건 오래전부터 알려진 내용이다. 서울대가 발견하고 학계에서 주목하는 부분은 이 자전축이 바뀌는 새로운 원인을 증명한 부분이다.[5]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
