우주 공간 속의 지구

 

 

우주 공간 속의 지구

 

지구는 1년 내내 태양을 도는 머나먼 여행을 하면서 우주 공간을 달린다.

이 여행 동안 어떤 때는 태양에 접근하고 또 같은 기간의 얼마 동안은

태양으로부터 멀어진다.

한 겨울, 날씨가 춥고 낮이 짧고 밤이 긴 때에

지구는 찬란하고 뜨거운 태양에 가장 가깝게 있다.

여름이 되고 찌는 듯한 낮이 긴가 하면

밤이 짧을 때 지구는 또 태양에서 가장 멀리 있다.

(잘못된 것 같을지 모르지만 잘못된 것은 아니다.

지구가 태양으로부터 멀리 있을 때 사실 날씨가 덥고 가까이 있을 때 날씨가 춥다.)

 

태양 주위의 궤도 안에서

 

이상의 모든 것은 중요한 사실이다.

우선 지구가 왜 태양으로부터 멀어졌다가 가까워졌다가 하는가를 알아 둘 필요가 있다.

지구는 태양 주위의 궤도 안에 있다.

이 궤도는 약간 찌들은 원과 비슷하다.

원형의 모습이라기보다는 타원형이라고 할 수 있다.

그러니깐 태양 주위의 지구 궤도는 타원이다.

태양에서 지구까지의 거리는 1억 5천만 킬로미터이다.

여름 동안에 지구는 약 4백만 킬로미터 태양에서 멀어지고

겨울에는 그만큼 가까워진다.

그러나 4백만 정도는 1억 5천만에 비하면 대단한 거리는 아니다.

반지름이 15센티미터인 원을 그려놓고 양쪽에 4밀리미터를 늘여보라.

그러한 모양이 바로 지구 궤도 대강의 모양이다.

 

만일 4백만 킬로미터 정도의 변화뿐이었다면 계절의 변화는 거의 없었을 것이다.

겨울 여름이 따로 없고 네 계절 대신에 단 하나의 계절만이 있었을 것이다.

그것이 오히려 좋지 않았을까?

그러나 그렇지 않다.

왜냐하면 지구의 어느 부분이 어느 곳은 항상 덥고 어느 곳은 항상 추울 것이기 때문이다.

겨울이 가면 봄이 되고 봄에 이어 여름이 되는 것은 중요한 것이고 또 좋은 것이다.

태양 주위를 도는 기나긴 여행 중 지구는 1년의 어느 하루에 이르러

태양에서 가장 먼 곳에, 또 어느 하루는 가장 가까운 곳에 있게 된다.

가장 먼 곳에 있게 되는 점을 원일점이라고 하고 가장 가까운 점은 근일점이라 한다.

 

지구는 7월 2일에 원일점이 있게 되고 1월 2일에는 근일점이 있게 된다.

7월에는 그렇지 않을 상 싶은데 매우 덥다.

그것은 북반구가 7월에, 그리고 여름 내내 태양을 향해 기울어져 있기 때문이다.

그럼 반대편인 남반구에는 어떤 일이 발생하는가?

6월 21일부터 9월 23일까지,

그러니까 여름 기간 동안 북반구가 해를 향하고 있어서 태양 빛을 잘 받고

또 무더위를 타고 있기 때문에, 같은 시간에 남반구는 반대편으로 숙어 있다.

따라서 빛을 덜 받게 되고 또 열을 덜 받게 되는 것이다.

우리가 여름을 타고 있을 때 지구의 저 편에 사는

이들이 추위를 당하고 있는 이유는 바로 이것 때문이다.

그렇지만 우리가 살고 있는 곳이 춥고 밤이 긴 때면 그 곳은 덥고 밤도 짧은 것이다.

이렇게, 우리에게 봄이 오면 그들에게는 가을이 오는 것이다.

 

지구는 경사진 지축을 중심으로 돈다

 

그런데 북반부가 여름 동안에 태양을 향해 경사를 이룬 채 서 있을 수 있고

또 겨울에는 어떻게 그 반대가 될 수 있는 것일까?

그것은 지구가 자체의 축을 중심으로 자전을 하기 때문이며

또 그 축은 똑바른 것이 아니라 궤도 평면에 비해 23.5도 경사를 이루고 있기 때문이다.

 

1년의 몇 개월 동안은 북반부가 태양으로부터 더 많은 열과 빛을 받게 하고

또 다른 몇 개월 동안은 대신 남반구가 더 많은 빛과 열을 받게끔 해 주는 것은

바로 이 지축의 경사이다.

지축의 경사도는 변화하지 않으며 항상 같은 경사를 이루고 있다.

그렇지만 태양 주위의 궤도를 돌다 보면 지구는-말하자면-왼쪽에는 여름,

바른쪽에는 겨울이란 계절의 차이를 갖게 된다.

 

그래서 우리가 여름을 맞을 때는 북반구가 태양을 향해 경사를 이루고 있고

남반구는 그 반대 현상을 이루고 있는 것이다.

이때에 북극은 항상 빛을 받고 오랫동안 여름이 계속된다.

북극에서는 태양이 넘어가지 않고 항상 낮이거나 항상 한밤중이다.

그래서 사람들은 이 곳을 한밤중의 태양의 나라라고 한다.

 

극지방에서 태양은 뜨고 지는 것이 아니라 수평선을 따라 자리를 옮긴다.

즉 극지방을 맴도는 것이다.

계절이 두 번 바뀌면 지구는 태양의 다른 쪽에 가 있게 되는데

이때는 남극이 계속 빛을 받게 된다. 오랜 낮이 계속되는 것이다.

그리고 이때는 남반구에 여름이 온 때이다.

 

손에 연필을 쥐고 기울게 하라.

책상 위에 고무를 놓고 고무를 중심으로 손을 돌리라.

연필은 지구이고 고무는 태양을 나타낸다.

한 번은 연필 한 쪽이, 한 번은 다른 끝이 태양을 향해 돌도록 하라.

불 켜진 전등과 사과를 이용하면 실험은 더 확실하고 명료해 질 것이다.

 

지구는 태양으로부터 자기 거리를 서서히 변경시키기 때문에 1년 중

낮이 가장 길고 밤이 가장 짧은 달인 6월 21일이 생기게 된다.

이 날을 하지(夏至)라 한다.

또 그 반대 날인 어둠이 가장 길고 밝음이 가장 짧은 날도 있다.

이날은 12월 21일이고 동지(冬至)라 한다.

또한 빛과 어둠의 길이가 똑같은 날도 있다.

춘분(春分)이라 하는 3월 21일과 추분(秋分)이라 하는 9월 23이 바로 그것이다.

 

지구의 두 가지 속도

 

지구가 태양을 중심으로 도는 여로는 매우 길어 9억 6천 5백만 킬로미터나 된다.

다 아는 바와 같이 지구는 1년 동안에 그 머나먼 여행을 한 번 끝낸다.

이 여행의 기간은 정확히 말해서 365일 5시 48분 46초이다.

지구가 태양의 주위를 매초 29 또는 30킬로미터의 속력으로 돌고 있는지

어떤지를 알기 위해서는 달린 거리를 달리는 데 소요된 시간으로 나누면 된다.

지구는 주요한 두 가지 운동을 하고 있다.

하나는 자체의 축을 의지하고 도는 자전이고

또 하나는 태양 주위의 자기 궤도를 따라 도는 공전이다.

지구는 적도에서 매시 1천 6백 킬로미터의 속도로

그리고 40。의 위도에서는 1,200킬로미터의 속도로 자전한다.

 

뉴욕의 마천루는 매초 350미터의 속도로 공간을 달리고 있다.

그래서 마천루들은 그 이상 높아서는 안 된다.

만일 지구가 자전을 하지 않으면 낮과 밤은 번갈아 오지 않을 것이다.

지구는 어느 쪽은 항상 낮이고 반대편은 항상 밤일 것이다.

그 대신 계절은 3개월마다 바뀔 것인데 그것은 지구가 궤도를 돌기 때문만이 아니라

도는 동안에 궤도 평면에 비해 23.5도로 경사가 져 있기 때문이다.

이것은 이미 앞에서 언급한 것이다.

 

만일 지축의 경사도가 지금과 다르다면 어떤 일이 벌어질까?

 

만일 지축의 경사도가 23.5도가 아니라

예를 들어 10도밖에 안 되었다면 무슨 일이 생길까?

북녘 지방은 더운 여름을 기다려 보았자 헛일일 것이며

남녘 지방은 날씨가 서늘해지고 타는 듯한 날이

그만 지나가기를 바라기만 할 뿐 헛일일 것이다.

결국 인간이 살기에 적당한 곳은 이 지구상의 일부에만 국한되고

대부분은 사람 못 살 곳이 될 것이다.

 

그럼 예를 들어 지축이 40도 정도로 경사졌다면 어떻게 될까?

한국에서는 1년 중 5개월이 영하 30도까지 내려가는 혹독한 추위가 계속될 것이고

다른 5개월은 45。이상의 더위로 견디기 어려운 때가 될 것이다.

겨울의 5개월 동안에 유럽의 대부분에는 북극의 얼음이 덮일 것이다.

북극의 얼음 덩어리가 스칸디나비아와 러시아 전역을 덮을 것이고

독일도 반은 얼음에 묻힐 것이다.

극지방의 기나긴 밤이 북녘 대부분의 나라에 퍼질 것이다.

 

봄은 매우 짧고 곧 이어 타는 듯한 여름이 올 것이다.

태양의 불타는 광선이 아직도 그대로인 거대한 얼음 덩어리들을 녹이면

무서운 홍수의 재난이 닥칠 것이다.

지구라는 유성에서 인간은 이제 살기가 어렵게 될 것이다.

뉴욕, 런던, 서울, 파리, 베를린 같은 대도시는 모두 없어지고 말 것이다.

인간 역사는 완전히 뒤바뀌고 마는 것이다.

 

그러므로 지축의 현재 경사도는

지구의 거의 전역에 인류의 발전이 있기 위해서는 절대 필요한 조건이다.

과학으로서는 지축이 왜 필요한 만큼만 기울고

더도 적도 아니한지 전혀 설명할 도리가 없다.

단 한 가지 가능한 설명은 무신론자나 물질주의자들에게는,

역겨운 것이겠지만, 미리 모든 것을 안배한 지혜인 창조자가 계셔서

지구의 형성되던 시초에 모든 것을 섭리로써 배정했다고 밖에 할 수 없다.

모든 것을 미리 안배하여 수십 억 년 후에

지구가 인간이 살기에 적당한 곳이 한 이가 있다고 할 수밖에 없다.

 

풀잎의 새싹이 돋아나는 것을 주의해 보라.

땅 속에 감추인 작은 씨앗이 움이 돋자마자 새싹은 빛을 향해 위로 오르려 한다.

그 다음에는 틀림없이 높은 곳을 향해 자랄 뿐이다.

땅 속을 헤치고 새싹은 힘겹게 기어오른다.

씨앗 속에 감춰진 힘을 소모시키면서 싹은 길을 만들고

빛을 향해 높은 곳만을 향해 자라난다.

작은 풀잎의 새싹 하나하나가 신비스럽게도 빛의 길을 찾아가는데

지구인들 태양을 향해 기울어짐으로써 이 길을 찾지 말란 법이 있을까?

빛나는 태양, 태양을 향해 기운 초록의 지구

그리고 태양의 빛과 열 속에서 지상 생활을 하는 식물과 동물과 인간의 거대한 가족,

이러한 것들을 모두 안배한 분이 틀림없이 계신 것이다.

 

중력의 신비한 힘

 

지구는 양극이 약간 편편한 구형 모양이다.

적도에서의 직경은 1만 2천 756킬로미터이고 극과 극 사이는 1만 2천 713킬로미터이다.

그러니깐 43킬로미터의 차이가 있는 셈이다.

그런데 이 구형은 마치 하나의 평면과도 같다.

북극에 있는 사람은 남극에 있는 사람과 다름없이

머리를 위로하고 발을 아래로 하고 있다.

지구의 반대편에 있는 사람도 우리와 똑같이 그들의 머리 위에는 하늘이 있는 것이다.

이 모든 것을 어떻게 설명할 것인가?

어떻게 하여 둥그런 지구가 마치 평면과 같은 역할을 하는 것일까?

 

이것은 중력의 결과로서 지구로부터 뻗쳐나가 그 촉수를

우주 공간에 미치게 하고 있는 힘의 덕택인 것이다.

이것은 특이한 힘이며 신비한 힘인 것이다.

70킬로미터의 우주 비행사가 6,300킬로미터 상공으로 올라가면

그 사람의 무게는 4분의 1인 17.5킬로밖에 되지 않는다.

왜 꼭 6,300킬로미터에서 4분의 1이 되는 것일까?

 

왜냐하면 지구의 반경, 그러니깐 우리가 있는 곳에서 지구의 중심까지의 거리가

약 6,300킬로미터 더 정확히는 적도에서 6,378킬로미터이기 때문이다.

지구로부터 멀어질수록 조금씩 조금씩 무게가 줄어든다.

중력이 약해지기 때문인데 중력은 거리의 자승으로 줄어든다.

중력은 지구의 중심으로 집중되고 있는 것 같은 현상이 일어나고 있다.

 

지상 6,300킬로미터의 높이면 지구 중심에서는 2배의 거리,

즉 지구 반경의 2배이다.

2의 자승은 4이니까 지상에서 70킬로미터인 물체는

6,300킬로미터의 높이에서는 70/4의 무게가 된다.

100배가 되는 높이인 63만 킬로미터의 높이는 달보다도 멀고

지구 반경의 100하고도 1배가 된다.

이 높이에서 우주 비행사는 101*101= 10,201배나 적은 무게를 갖게 된다.

즉 약 7그램의 무게가 된다.

 

중요한 것은 이렇게 먼 곳에서도 지구의 중력이 느껴진다는 것이다.

(지구 주위의 궤도상에서 우주 비행사는 우주 비행선의 속도 때문에

무게를 느끼지 못한다. 우주선이 그 곳에서 정지하게 된다면 돌처럼 땅에 떨어지면서,

시뻘건 불이 되어 산산조각이 날 것이다.)

지구가 몹시 빠른 속도로 회전을 해도 인간이 지상에서 살 수 있는 것은

중력의 덕택이다.

원심력으로 인해 공간 속으로 팽개쳐지지 않게 하는 것은 바로 이 중력이다.

 

극에서는 더 무겁고 적도에서는 덜 무겁다.

 

지상에 존재하는 것들의 무게는 모두 두 가지 다른 힘의 결과로 생기는 것이다.

하나는 지구라는 유성의 중심으로 끌어당기려 하는 중력과

다른 하나는 모든 것을 우주 공간 속에 멀리 던져 버리려 하는 원심력이다.

중력은 어느 곳을 막론하고 모두 같지만

원심력은 이미 말한 바와 같이 장소에 따라 변화가 많다.

 

극지방에서 무게를 달아 금괴를 적도 지방에 가져와 달아보면

무게가 덜 나가는 것을 알 수 있다.

극에서 289킬로 나가는 물건은 적도에서는 288킬로밖에 나가지 않는다.

이것은 극지방에서 지구의 회전 속도가 0인데 반해

적도에서는 시속 1,600킬로미터이기 때문이다.

원심력이 더욱 강해졌기 때문에 무게는 덜 나가는 것이다.

 

이미 말한 바와 같이 중력은 지구의 중심에서 퍼져 나오는 것 같다.

납 추는 이 중심이 어디 있는지를 가르쳐 준다.

우리는 이 납 추가 가르치는 방향에 수평으로 건물을 짓는다.

우리의 지구가 구형이면서도 평면과 같은 역할을 하는 것은 바로 이것 때문이다.

 

그러나 신기하게도 실상 지구의 중심을 파보아도

그 곳에 중력이란 게 있는 것은 아니다.

만일 지구 중심을 관통해서 지구 내면을 횡단하는 굴을 파고

그 막힌 데 없는 통로에 돌을 던질 수 있다면

그 돌은 지구 저편에까지 가는 것이 아니라 중심에 가서 정지하고 만다.

 

아무도 손아귀에 중력을 잡아본 사람은 없다.

중력이란 것이 실상 어떤 것인지 아는 사람은 아무도 없다.

너무나 신비스런 힘이며, 어느 곳에나 있지만 마치 없는 듯한 싶은 것이 중력이다.

누군가가 지축의 경사도를 미리 맞추어 놓았어야 하듯

이 똑같은 누군가가 지구가 몹시 빠르게 회전을 하는 데도 불구하고

그 위에서 살게 해 주는 힘인 이 중력을 만들었음에 틀림이 없다.

계곡에서 흐르는 시냇물에서부터 하늘의 헤아릴 수 없이 많은 별들까지

자기에게 순종시키고 있는 힘이 바로 이 중력이다.

이 힘이 정체에 대하여는 아무도 알아내지 못하고 있다.

 

지구는 또 자력이라 하는 제 2의 힘을 모든 것 주위에 퍼뜨리고 있다.

지구는 마치 거대한 한 개의 자석과 같은,

또 북과 남이라는 자력의 극을 두 개 갖고 있는 것 같은 역할을 한다.

이 두 극은 양극 지방 근처에 있다.

나침반은 자기를 띄운 철침을 가운데 있는 버팀대 위에 매어 만든다.

그리고 이 바늘은 마음대로 움직일 수 있게 되어 있다.

바늘의 북쪽 끝은 항상 지구의 북극을 향해 돌아서기 때문에

바다를 항해하는 데에 매우 큰 유익을 가져다준다.

지구의 자기는 아마 틀림없이 외부에 대한 지구 내부의 높은 온도에 기인하는 것 같다.

온도차가 전류를 형성하고 이 전류는 다시 지구의 자기권을 형성하는 것이다.

 

세 가지 부수 운동

 

두 가지 주요 운동 외에 지구는 다른 세 가지 부수 운동을 하고 있다.

그 중 하나는 매우 느린 것으로서 그 운동을 마치는 데는 2만 6천 년이나 걸린다.

이것은 전진 운동이라 하는 것으로 지축의 특수한 자리 변화에 관련되는 것이다.