자전과 공전

자전과 공전

 지구는 북극과 남극을 잇는 선을 축으로 자전하는데 23시간 56분 4.091초를 주기로 한다. 그 방향은 시계 반대 방향이다. 그래서 지구에서 볼 때 천체들이 한 시간에 15도씩 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 일주 운동을 관찰할 수 있다. 그리고 지구는 태양을 365.2564 태양일을 주기로 공전한다. 이 때문에 지구에서 보았을때 태양이 다른 천체들을 배경으로 매일 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상을 볼 수 있다. 지구의 궤도 속도는 평균 초속 30km인데, 이 속도는 지구의 지름을 7분, 달까지는 4시간 만에 이동할 수 있는 속도이다.

지구는 하나의 위성인 달을 거느린다. 지구는 달과 공동질량 중심심을 27.32일을 주기로 회전하고, 이것을 항성월이라고 한다. 한편 지구와 달의 회전이 일어나는 동안 지구 역시 태양 주위를 공전하고 있기 때문에 태양과 달의 상대적인 위치가 되풀이되는데 항성월 보다 긴 29.53일이 걸리며 이 기간을 삭망월이라고 한다.

공전 궤도면에 수직인 방향과 자전축은 서로 일치하지 않고 23.5도의 차이가 난다. 이런 기울기때문에 공전 궤도상의 지구의 위치에 따라 태양 입사각이 달라지고 계절의 변화를 일으킨다. 그리고 달의 궤도면은 지구 공전 궤도면과 5도의 차이가 있다. 따라서 삭망마다 일식과 월식이 반복되지 않는다.

 관성좌표계(지구의 자전, 공전과 관계없이 태양에 고정되어 있는 좌표계)에서 지구는 세차운동을 한다. 세차운동이란 지구의 자전축이 긴 시간을 주기로 원뿔 모양을 그리면서 회전하는 것을 말하는데 그 주기는 25,800년이다. 세차운동은 태양의 중력이 지구의 볼록 타원체에 차등적으로 가해져서 생기는 현상인데, 비슷하게 달에 의해서도 자전축이 흔들리며 그 주기는 18.6년이고 장동이라고 부른다.

 지구와 함께 회전하는 좌표계에서 지구의 자전은 약간의 불안정함을 보이는데, 이것을 극운동이라 하고, 준주기적인 운동이다. 극운동과 함께 지구의 자전 역시 일정하지 않고 따라서 하루의 길이도 달라지게 된다. 때때로 윤초가 삽입되는 것은 이러한 영향을 보상하기 위해서다.

 달과의 인력과 바다의 밀물, 썰물의 상호관계 때문에 자구의 자전속도는 느려지는데 매년 0.000017초가 느려지고 달과의 거리는 매년 4cm씩 멀어지고 있다. 현재 지구 공전 궤도의 근일점은 1월 3일 부근에 있으며 원일점은 7월 4일 부근에 있다. 세차운동과 밀란코비치 주기로 알려진 현상에 의해서 지구의 공전 궤도는 달라진다.

지구 온난화

 지구 온난화는 지구의 평균 기온이 상승하는 현상을 말한다. 산업화 이후 인류의 과도한 화석 연료의 사용으로 발생한 온실 가스가 원인이다. 지구 온난화의 예는 1880년대에 19mm였던 해수면이 지금은 37mm로 높아져서 사라진 섬들이 많다. 최근에 지구 온난화를 막기위해 도심 속의 숲, 전지 기동차 등의 많은 노력을 하고 있다. 

미터법 관련

 1790년 프랑스에서 전 세계적인 단위의 표준을 정할 필요성을 느끼고 미터법을 제정할 당시 거리의 기준을 지구로 삼았다. 그래서 지구의 적도에서 북극점까지의 거리를 정확하게 10,000k, 이거리의 4배인 지구 전체 자오선 길이인 40,000km를 기준으로 하는 미터법이 제정되었다. 전체 자오선 길이가 아니 적도에서 북극점까지 거리인 10,000km를 십진법 상의 표준으로 삼은 까닭은 당시의 기술 수준으로 남반구 지역에 관측소를 설치하는 것이 쉽지 않았기 때문이다. 따라서 1m는 적도에서 극점까지 거리의 1/1000만 분이다. 단 1983년 이후 국제단위계에서 미터는 진공에서 빛이 1/299,792.458초 동안 진행한 거리로 정의되었다.

지구 자기장의 감소와 소멸

 지구에는 자기장이 존재한다. 이 자기장이 우주의 방사선을 막아줘서 지구 상의 모든 생명체의 존재를 가능하게 한다. 그러나 지난 150년 동안 자기장의 세기가 10% 정도 감소했다. 그래서 대규모 지진, 화산활동, 기후변화, 동식물의 대량 멸종 사건에 영향을 미치고 있으며, 자기장의 소멸로 대기를 읽은 화성같이 지구도 미래에 대기를 잃을 수 있다고 과학자들은 주장하고 있다.

제2의 위성 논란

 지구와 궤도 공명을 하는 소행성인 크뤼트네는 1986년에 발견됐고, 지구와 달의 중력을 받아 찌그러진 말굽형 궤도로 지구를 돌고있다. 최대 직경이 5km인 크뤼트네 소행성은 천구 상에서 원위치로 돌아오기까지 360년이 걸린다. 크뤼트네는 달에 비해 궤도운동이 복잡한데, 달은 단순하게 지구를 돌지만 크뤼트네는 지구와 같은 주기로 지구의 궤도를 따라 지구와 함께 태양 주위를 돈다. 물론 지구 고정 좌표계를 보면, 이 천체가 지구의 주위를 도는 것처럼 보이지만, 사실은 태양의 주위를 지구와 같이 도는 것이다. 이런 식으로 궤도 공명을 하는 천체들은 '준달' 또는 '준위성'이라고 한다. 이 준위성도 케플러의 법칙을 따르기 때문에 타원궤도를 돌며 면적 속도가 일정하다.