지구는 움직이고 있습니다. 하지만 우리는 지구가 공전·자전하고 있다는 사실은 이미 알고 있지만, 그 움직임을 느낄 수 없습니다. 우주에서 지구의 자전을 바라보면 어떤 모습일까요? 궁금하지 않으신가요?
지난 2015년 NASA에서는 우주에서 지구를 바라보면 어떻게 보일 것인가, 그 이미지를 공개한 바 있는데요. 아래 영상을 한 번 감상해보시죠.
지난 2015년 7월 20일, NASA는 국립해양대기청(NOAA)의 DSCOVR 위성의 항공우주국 EPIC 카메라에 포착된 지구의 모습을 공개했습니다. 태양이 비추는 쪽의 이미지를 중심으로 세상에 처음 소개한 건데요. 이 카메라는 현재 지구에서 약 1백만 마일(160,9344km) 떨어진 지점인 라그랑주 점(Lagrange Point) 1의 궤도에서 지구를 1년 간 기록했습니다.
참고로 라그랑주 점(Lagrange Point)은 우주 공간에서 케플러 운동을 하는 두 천체가 있을 때 그 주위에서 중력이 0이 되는 5개의 점을 말하는데요. 지구와 달을 예로 들면 각각 지구와 달로부터의 중력이 균형을 이루는 지점이라고 할 수 있습니다. 예를 들어, 인공위성이 지구와 달 사이에 정지해 있을 수 있는 자리라고 보시면 됩니다. 특히 L1 지점은 물체의 궤도 주기가 지구의 궤도 주기와 정확히 일치합니다.
라그랑주 점(Lagrange Point) 1의 궤도에서 지구를 촬영하고 있는 DSCOVR 위성. 출처: NOAA
EPIC 카메라는 2시간 마다 새로운 사진을 찍는데요. 끊임없이 변화하는 구름과 기후시스템의 움직임, 사막, 숲, 바다의 푸른 빛 등을 포착합니다. EPIC은 과학자들이 지구의 대기, 구름의 높이, 식물의 특성, 지구의 자외선 반사율 등을 통해 지구 대기의 오존과 에어로졸 수치를 감시할 수 있게 도와줍니다.
NASA와 NOAA 그리고 미국 공군의 협력으로 이뤄지는 심우주기상관측위성인 DSCOVR의 일차적 목표는 태양풍의 모니터링 기능을 유지하는 것입니다. 이는 NOAA의 날씨 경보 및 예측의 정확성에 매우 중요하기 때문입니다.
그렇다면, 우리가 살고 있는 이 지구는 얼마나 빠르게 회전하고 있는 걸까요?
지구 자전 속도면 '서울-부산 단 11분만에 주파'
지구의 자전은 일정합니다. 단, 그 속력은 지구의 어떤 위치에서 측정하느냐에 따라 달라질 수 있습니다. NASA에 따르면, 적도 부근에서 지구의 원주는 대략 40,070km이라고 합니다. 하루의 길이를 24시간이라고 가정하고, 원주를 하루 길이로 나눠봅시다.
속도(빠르기) = (나중위치-처음위치) ÷ 걸린 시간
속도 = 40,070km ÷ 24 = 1,670 km/h
즉, 적도에서의 자전 속도는 약 1,670km/h가 됩니다. 이는 KTX 열차의 최고속도인 305km/h보다 약 5.5배 빠른 속도인데요. 서울에서 부산까지 직선거리가 325km라고 할 때 지구의 자전 속도로 이 거리를 이동하게 된다면 325km ÷ 1670km/h= 0.194h가 되는데요.
분 단위로 고치게 되면 약 11분 만에 서울-부산 거리를 주파할 수 있다는 계산이 나옵니다.
하지만, 다른 위도에서 측정한다면 지구는 이것보다 느리게 움직일 겁니다. 위도 45도까지 이동할 경우 이 지점에서의 속도는 코사인 함수를 이용해 속도 계산을 할 수 있습니다.
Cos 45°의 값은 0.707이므로 이곳에서의 회전속력은 0.707×1,670km= 1,180km/h가 될 것입니다. 이 속력은 위도가 높아질수록, 더 느려질 것입니다. 이 속도로 서울-부산을 주파하려면 약 16분이 소요되겠네요. 어쨌든 KTX에 비하면 매우 빠른 속도라고 할 수 있습니다.
초음속제트기 보다 44배 빨라
그렇다면 지구는 태양 주위를 얼마나 빠르게 공전하고 있을까요? 지구가 태양을 공전하는 속도는 약 107,000km/h라고 하는데요. 코넬대학교에 따르면 다음의 공식에 따라 쉽게 계산할 수 있다고 합니다.
먼저 첫 번째로, 지구가 얼마나 멀리까지 이동하는지 알아내야 합니다. 지구는 태양 궤도를 돌기 위해 약 365일이 걸립니다. 궤도는 타원형이긴 하지만, 수학적 계산을 간단하게 하기 위해 원이라고 가정합시다.
따라서 지구의 궤도는 원의 원주라고 할 수 있습니다. 지구와 태양 간의 거리는 국제천문연맹에서 정의한 천문단위에 따르면 149,597,870km입니다. 이는 반경(r)이라고 할 수 있는데요. 원의 원주 구하는 공식은 2×π×r입니다. 따라서 1년 동안 지구는 2×π×149,597,870km= 9억4천만km를 여행한다고 할 수 있습니다.
태양계 천체의 공전궤도. 출처: NASA
속도는 시간에 따른 이동거리 계산이죠. 9억 4천만km/365.25일을 계산하고, 이를 24시간으로 나눠 시간당 km로 계산하게 되면, 지구의 공전 속도는 약 107,226 km/h입니다.
한국항공우주연구원의 자료에 따르면, 마하 2의 속도를 내는 초음속기를 시속으로 계산하면 약 2,400Km/h라고 합니다. 지구의 공전속도는 마하2의 속도를 내는 초음속기보다 무려 44배나 빠르다는 것을 알 수 있습니다.
지구가 돈다~ 출처: NASA
영상을 본 후 실제 지구의 자전과 공전 속도를 알아보니 어떠셨나요? 속도를 막상 구해보니 영상이 오히려 느려보이진 않으셨는지요?
우주적 거리를 지구적 거리로 바꾼 다른 영상도 궁금하다면, 아래 영상을 감상해보세요.
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올 추석에는 ‘진짜 보름달’이 뜨지 않았다더니, 이번에는 달이 지구 주위를 도는 게 아니라니 이건 또 무슨 뚱딴지같은 소리냐고요?
▶[Da clip]보름달, 다 똑같은 건 아니다
사실 이 제목은 거짓말입니다. 달은 지구 주위를 도는 게 맞습니다. 아래 그림처럼 말입니다.
그런데 제목을 왜 그렇게 지었냐고요? 그건 달이 지구를 도는 동안 지구도 태양 둘레를 돌기 때문이죠. 그러니까 지구 관점에서 보면 달이 지구 둘레를 도는 게 맞지만, 태양 관점에서 보면 달은 지구 둘레를 돌지 않습니다.
일단 ‘잡학사전의 본좌’라 할 수 있는 ‘브리태니커 백과사전’에서 이를 어떻게 설명하고 있는지 볼까요?
하늘색 선이 실제로 달이 지구 주위를 움직이는 경로입니다. 태양을 도는 지구에 ‘타고 있는’ 우리가 볼 때는 달이 지구 주위를 도는 것 같지만 실제로는 지구가 태양을 도는 공전궤도 안팎으로 S라인을 그리면서 달이 따라오는 모양새입니다.
애니메이션으로 설명해 드리자면 지구가 까만 점선을 따라 움직일 때 달은 빨간 선 모양으로 움직입니다.
여기서 퀴즈. 그러면 태양을 중심으로 달이 공전하는 궤도를 그리면 아래 그림 중에서 어떤 모양으로 나타날까요?
바로 위 애니메이션이 힌트였습니다.
④가 정답입니다. 좁게 보면 S라인을 그리면서 안팎을 오가는 것 같지만 태양계로 범위를 넓혀 보면 원형에 가까운 모양새를 띄게 됩니다. 또 여러분이 이해하기 편하실 것 같아 S라인을 과장해 그리기도 했습니다. 보름 동안 실제 지구와 달이 태양 둘레를 보는 경로를 그려보면 이렇게 나타납니다.
이제 또 여러분께 거짓말한 걸 사죄할 때가 됐습니다. 달이 지구하고 거의 비슷한 궤도로 태양 주위를 공전한다는 게 거짓말은 아닙니다. 태양이 가만히 멈춰있는 것처럼 설명한 게 거짓말입니다.
태양도 우리 은하계 중심을 기준으로 공전합니다. 자연스레 태양계에 속한 천체들도 태양을 따라 움직이겠죠? 우리는 보통 태양계를 볼 때 태양을 중심으로 위에서 아래로 내려보지만 실제 태양은 아래 그림 같은 각도로 움직입니다.
그러면 태양계는 어떻게 따라 움직일까요? 아래 애니메이션이 정답입니다.
태양이 돌면서 공전하는 게 아닙니다. 태양 공전 궤도(노란선)를 중심으로 카메라를 회전시키는 것처럼 만든 애니메이션입니다. 각 색깔 선은 행성별 이동경로. www.rhysy.net 캡처
멋있죠? 여기서 끝이 아닙니다. 우리 은하는 또 대우주를 중심으로….
요컨대 세상에 괜히 ‘우주적인 기적’이라는 표현이 있는 게 아닙니다. 그런 우주적인 기적이 쌓이고 쌓여 이번 추석을 함께 보낸 그 분(들)과 만나게 된 겁니다.
그러니 혹시 추석에 보름달을 보고 소원을 빌지 못하셨다면 아래 보름달 사진을 보시면서 그 분(들) 안녕을 기원해 보시는 것도 나쁘지 않을 겁니다.
물론 여러분이 이 글을 읽게 되신 것도 어떤 의미에서는 ‘우주적인 인연’이라고 할 수 있을 겁니다. 소중한 인연 맺어주셔서 감사합니다. 모두들 평안하시고, 남은 연휴도 행복하게 보내세요. 앞으로도 잘 부탁드리겠습니다. 감사합니다.
※혹시 이 우주적인 인연을 계속 이어가고 싶으시다면 페이스북 fb.com/bigkini에서 저를 찾아주시면 됩니다.
황규인 기자