우리가 사는 지구의 특징 자전과 공전

안녕하세요!!
뽀우입니다^^
오늘은 지구가 자전하는 이유를 알아보겠습니다!!

우리가 사는 지구는 매일 한 바퀴씩 서쪽에서 동쪽으로 자전을 합니다. 그 속도는 시속 약 1300km에 달하구요! 엄청 빠르죠?!

이로 인해 지구상에서는 매일 태양이 뜨고 지는 것을 보게 됩니다. 지구가 생겨난 이후 한 번도 거르지 않고 일어나고 있는 우주적 현상입니다.

태양, 달, 별들도 운동을 하고 있지만 지구처럼 빠른 속도로 자전하지는 않습니다. 이와 관련, 과학자들은 46억 년 전 지구가 처음 생겨난 때를 이야기하고 있습니다.

27일 ‘라이브 사이언스’에 따르면 LA 캘리포니아 대학의 천체물리학자 스마다르 나오즈 교수는 초기 지구가 가스와 먼지가 서로 엉겨 붙어 형성된 직경 1km 정도의 미행성이 었다고 설명했습니다.

지구는 왜 서쪽에서 동쪽으로 자전과 공전을 하고 있는 것인지, 과학자을 통해 그 의문이 밝혀지고 있습니다.

서쪽에서 동쪽으로 도는 이유는 공전 때문!!

이 미행성의 중력은 매우 강해 다른 물질들을 흡수하고 원시행성 으로 커졌습니다. 성장한 원시행성의 중력은 훨씬 더 강력해져 주변에 있는 또 다른 물질, 우주 바위들을 계속 흡수했습니다.

나오즈 교수는 “우주 바위들이 지구와 흡수되는 과정에서 지구와 충돌하게 됐다”며 “이로 인해 많은 힘이 가해지고, 그 힘에 의해 가속도가 붙어 지금처럼 빠른 속도로 자전을 하게 됐다”고 설명했습니다.

우주 바위들이 힘을 가할 수 있었던 것은 공전 때문입니다. 지구 생성 당시 지금의 29.76km/sec 공전속도보다 훨씬 더 빠른 속도로 태양계 모든 물질들이 서쪽에서 동쪽으로 공전을 하고 있습니다.

그 과정에서 바위들이 지구에 충돌하거나 흡수되면서 강력한 힘으로 자전속도를 높여놓았다는 것이 나오즈 교수의 분석입니다. 공전 방향대로 서쪽에서 동쪽으로 힘이 가해진 것은 당연한 결과입니다.

설득력 있는 나오즈 교수의 가설이지만 또 다른 의문이 제기됩니다. 태양계가 왜 서쪽에서 동쪽으로 공전을 하게 됐냐는 것!!

이에 대해 가장 널리 받아들여진 설이 18세기부터 이어져 온 ‘칸트-라플라스의 성운설 입니다.

이 이론에 따르면 태양계가 형성된 것은 46억 년 전입니다. 먼지와 가스로 구성된 거대한 분자 구름의 일부분이 중력 붕괴를 일으키면서 질량 대부분이 중앙부에 집중돼 태양이라는 별이 탄생했습니다.

이 과정에서 주변에 흩어져 있던 물질들이 태양 중력에 의해 서쪽에서 동쪽으로 움직이기 시작했습니다. 이는 물질들이 자체적으로 응집하게 만들었습니다. 스케이트를 타고 링크를 돌면서 팔과 어깨를 강하게 움츠리는 것과 유사한 현상이죠.

이렇게 빠른 속도로 태양을 공전하는 과정을 통해 태양계를 돌고 있던 가스, 먼지 구름이 행성, 위성, 소행성 및 다른 태양계 천체들로 진화했습니다. 그리고 수 억 년의 세월이 지나 지금의 얇은 원반 모양의 행성계로 진화했다는 설명입니다.

“지구뿐만 아니라 우주 전체가 돌고 있다”

태양계 형성 당시 공전 속도를 늦출 수 있는 물질이 많지 않았습니다. 회전 모멘트가 되는 각운동량을 제어할 수 없었던 만큼, 한쪽 방향으로 돌기 시작한 공전은 이후에도 계속 그 힘과 속도를 유지해나갔습니다.

그러나 시간이 지나면서 각각의 행성, 위성, 소행성들은 각각의 자체적인 움직임을 보이기 시작했습니다. 수성의 경우 태양을 서쪽에서 동쪽으로 돌고 있으면서 스스로는 지구처럼 서쪽에서 동쪽으로 자전을 하게 된거죠.

지구의 자전축은 공전축에 대해 약 23.5° 기울어져 있는데, 천왕성은 약 97.77°나 기울어져 있습니다. 때문에 팽이처럼 돌아가는 다른 행성들과 달리 천왕성은 자전축과 공전면에 거의 붙어 있어 공이 구르듯 자전합니다.

금성의 자전 방향은 지구 등 다른 행성들과 달리 완전 반대 방향입니다. 북극에서 바라볼 때 시계방향으로 자전을 하고 있습니다. 때문에 금성에서는 해가 서쪽에서 떠서 동쪽으로 지고있습니다. 자전속도도 매우 느려 금성의 하루는 지구 시간으로 무려 243일이나 됩니다.

과학자들은 금성이 지구와 반대 방향으로 자전을 하고 있는데 대해 태양과 중력 상호작용을 강하게 주고받는 것으로 보고 있습니다. 그러나 자전 속도가 극도로 느린데 대해서는 또 다른 원인이 있을 것으로 추정하고 있습니다.

천왕성이 굴러가듯이 자전을 하고 있는데 대해서는 거대한 충돌이 두 번에 걸쳐 일어났을 것으로 추정하고 있고, 연이은 충돌로 인해 자전축이 극도로 기울어졌으며, 이후 정상적인 상태를 회복하지 못하고 있는 것으로 보고 있습니다.

행성마다 다른 이런 다양한 자전 모습에도 불구하고 공통적인 것은 모든 행성이 돌고 있다는 것이죠. 나오즈 교수는 “이런 공전과 자전은 지구는 물론 우주 안에 있는 모든 물질들의 공통적인 모습”이라고 말했습니다.

지구보다 훨씬 작은 소행성들도 돌고 있으며, 거대한 별들도 모두 돌고 있는 중입니다. 은하계도 돌고 있고, 이에 따라 은하계 안에 있는 태양계가 한 바퀴 회전을 하기 위해서는 약 2억3000만년이라는 세월이 걸리죠.

가장 빨리 돌고 있는 천체는 눈에 보이지는 않지만 주기적으로 빠른 전파나 방사선을 방출하고 있는 펄서 라는 천체입니다. 거대한 별들의 잔해인 펄서는 초당 수백 번의 속도로 돌고 있는 중입니다.

과학자들은 초신성폭발로 잔해가 흩어져서도 거성일 때 운동량을 보존하기 위해 그처럼 빠른 속도로 회전을 하고 있다고 보고 있습니다. 블랙홀 역시 매우 빠르게 돌고 있는 중입니다. 지난 2006년 관측에서 ‘GRS 1915+105’ 블랙홀은 초당 920~1150번 회전하고 있는 것으로 나타났습니다.

그러나 시간이 지나면서 그 속도가 느려지고 있습니다. 나오즈 교수는 “태양이 생성할 당시 자전속도는 지구 시간으로 4일에 불과했다”며 “그러나 오늘날 자전 속도가 25일로 늘어났다고합니다. 이는 자기장이 태양풍과 상호 교차하면서 자전 속도를 늦추고 있기 때문”이라고 말했습니다.

지구 역시 도는 속도가 줄어들고 있습니다. 달로부터의 중력 등으로 인해 자전 속도가 줄어들고 있는 중입니다. 지난 2016년 영국 왕립학술원 회보에 따르면 지난 2740년이 지나는 동안 100년마다 0.00178초 줄어든 것으로 분석되고 있습니다.