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[이광식의 천문학+] 지구는 왜 기울어졌을까? - 자전축 기울기에서 계절이 생긴다

작성 2018.06.21 10:02 ㅣ 수정 2018.06.21 10:02
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▲ 지구 자전축. 지구는 자전축을 중심으로 흰색 화살표 방향으로 하루에 한 바퀴씩 자전한다. 이 자전축이 23.5도로 기울어져 있어 사계절이 생긴다.(출처=Wiki)


6월 21일 오늘은 하지다. 행성 지구의 북반구에 태양의 고도가 가장 가장 높아지는 날이다.

일년 동안 남위 23.5도에서 북위 23.5도가지 오르락내리락하는 태양이 오늘 북회귀선인 북위 23.5도까지 올라와 북반구를 달구는 것이다. 이 23.5도는 지구 자전축의 기울기 각도이기도 하다. 지구가 이렇게 기울어져 자전함으로써 일년 내 지구 각 표면의 일조량이 달라지고 우리나라에는 사계절이 생기게 된다. 일조량은 태양의 고도에 따라 달라는 것으로, 지구-태양 간의 거리와는 거의 상관없다.

자전축 기울기는 천체의 자전축과 공전축 사이의 각도를 말한다. 이는 또 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.

그러면 하짓날 우리나라의 경우 태양이 얼마나 높이 올라가는 걸까? 대략 서울이 있는 위도 38도 근처를 기준으로 본다면, 태양의 고도는 38-23.5=14.5가 나오고, 90에서 이 숫자를 빼면 태양 고도가 된다. 바로 76.5도가 된다. 그러니까 수직에서 14.5도 빗겨난 머리 위에서 햇빛이 내리쬐니 뜨겁지 않을 수가 없다. 이 시기 적도에서는 수직에서 23.5도 빗겨나 햇빛이 내리쬐므로, 일조량이 서울보다 더 낮다는 계산이 나온다. 이처럼 하짓날 북반구의 땅표면은 태양으로부터 가장 많은 열을 받음에 따라 하지가 지나면서 몹시 더워지고, 장마가 시작되는 지방도 생긴다.

이 모든 기후의 변화는 지구 자전축이 기울어져 있기 때문에 생기는 것인데, 그렇다면 지구는 왜 이렇게 기우뚱한 자세로 태양 둘레를 도는 것일까?

태양계는 46억 년 전 몇 광년에 이르는 거대한 성운이 회전함으로써 형성되기 시작했다. 성운의 원자 구름이 중력으로 뭉쳐져 중심부에서 태양이라는 별이 태어났고, 주변부의 찌꺼기들은 각기 뭉쳐져 행성과 위성, 소행성들을 만들었다. 그러니 당연히 행성들의 자전축이 회전면에 대해 반듯하게 서 있어야 하는 게 정상인데 왜 이처럼 기울게 되었을까?

참고로 태양계 8개 행성들의 자전축 기울기를 보면, 수성 0.04도, 금성 177도, 지구 23.5도, 화성 25도, 목성 3도, 토성 26.7도, 천왕성 98도, 해왕성 28도다. 8개 행성 중 수성만이 자전축이 직립하고 있을 뿐 나머지는 정도의 차이는 있지만 하나같이 기우뚱하다. 금성은 무려 177도로 뒤집혀졌으며, 천왕성은 98도로 북극이 공전면에 가까이 누워 있다.


행성들의 자전축이 이처럼 제각각으로 기우뚱해진 이유에 대해 과학자들은 바로 태양계 초기 소행성 대폭격기를 거치면서 무수한 소행성들에게 얻어맞은 결과로 보고 있다. 기울기가 심한 정도는 그만큼 더 큰 충격을 받았다는 증거다. 우리가 사는 지구 역시 23.5도가 틀어질 만큼 소행성 충돌을 겪은 것이다.

자전축 기울기는 불변이 아니라 가변적이다. 화성의 자전축은 다른 천체의 중력 섭동의 영향으로 11~49도 사이로 변화하지만, 이에 반해 지구의 자전축이 상대적으로 안정적인 것은 달이 지구 자전축을 안정되게 잡아주고 있기 때문이다. 지구 기후의 변화가 나름 규칙적으로 나타나고 있는 것은 달의 덕분이다. 이런 점만 보더라도 우리는 이처럼 먼 시공간의 저쪽과 긴밀하게 엮여져 있는 존재임을 느낄 수가 있다.  

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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