지구의 세차운동과 이로 인해 나타나는 자연현상(feat. 북극성의 변화 타임랩스)

<세차운동(출처 : 위키피디아)>

세차운동이라는 것은 쓰러지려 하는 팽이에서 나타나는 운동으로, 물체의 회전 축 자체가 회전하는 현상을 말합니다. 이같은 현상은 지구에서도 나타나는 현상으로, 지구의 자전축 역시 26,000년을 주기로 시계방향으로 회전하고 있습니다. 이번에는 지구의 세차운동에 관한 내용을 알아보고자 합니다.

 

 특히 지구과학 교과에서는 지구의 세차운동을 기후변화와 함께 가르치고 있는데, 세차운동에 의해 나타나는 기후변화 뿐 아니라 북극성의 변화까지 함께 알아보고자 합니다.

  1. 세차운동의 개념과 원인

지구 세차운동의 원인으로 첫 번째는 지구가 타원체임에 있습니다. 지구는 적도방향이 부풀어오른 타원체이기 때문에 적도 부근에서 태양이나 달이 미치는 인력이 서로 다릅니다. 이 힘은 중력이 아래방향으로 작용함에 따라 회전축을 쓰러뜨리려 하는 팽이의 세차운동과는 달리 자전축을 세우려 하는 방향으로 작용하게 됩니다. 이 때 지구 자전축을 세우려 하는 방향의 힘에 의해 발생하는 돌림힘은 아래 그림과 같이 지구의 왼쪽에서는 화면안으로 들어가려는 방향이 되고, 지구의 오른쪽에서는 화면 밖으로 나오는 방향이 됩니다. 이런 이유로 지구의 자전축은 시계방향으로 회전하게 됩니다. 돌림힘의 정의, 팽이의 세차운동 등은 본 글의 주제를 한참 벗어나기에, 여기서는 자세히 다루지 않겠습니다.

어찌되었든 이런 이유로 지구는 약 26,000년을 주기로 하는 자전축 자체의 회전이 나타납니다. 아래 그림처럼, 지구 밖에서 북극 쪽으로 바라보면 그 방향은 시계방향이 됩니다. 다만 북반구를 기준으로 지구 안에서 바라보면 당연히 반시계 방향이 되어버립니다. 지금은 태양을 예로 들었으나 달도 이런 상황의 원인이 되며, 주변 행성의 중력도 이런 상황의 원인이 됩니다. 태양과 달에 의한 지구 세차운동을 일월세차, 행성에 의한 지구 세차운동을 행성세차라 하는데, 일월세차가 행성세차보다 압도적으로 큽니다.

<세차운동(출처:https://fyphysica.tumblr.com/post/179495475811/via-giphy)>

  2. 무슨 일이 일어날까

무슨일이 벌어지는지 때문에 이 글을 기상에 집어넣을지 천문에 집어넣을지 고민했지만, 천문 쪽 요소가 많아 우선 천문에 집어넣기는 했습니다. 크게 두 가지 요소에 영향을 줍니다. 첫째로는 기후변화에 영향을 주고, 둘째로 북극성의 변화에 영향을 줍니다. 첫 번째로 북극성의 변화에 대해 먼저 논의하고, 두번째로 기후변화에 대한 내용을 이야기 해 보고자 합니다.

반응형

가. 북극성의 변화

북극성의 변화를 알아보기 앞서 아래 동영상을 꼭 봐주세요. 제가 스텔라리움 프로그램을 100년 단위로 년도를 변화시켜가며 2022년 부터 30000년까지의 밤하늘을 모두 스크린 캡쳐한 뒤 타임랩스 형식으로 만들어 보았습니다. 굉장히 긴 노가다였습니다..ㅠㅠ(꼭 봐주세요. 두번 보세요)

북극성이라는것은 지구 자전축이 가리키는 방향의 별입니다. 때문에 북극성은 일주운동에도 거의 변화가 없습니다. 현재의 북극성은 작은곰자리에 있는 비교적 어두운 별인데, 이 북극성은 앞으로 13,000년 뒤, 그러니까 세차운동 한 주기의 절반이 지난 시점에, 완전히 다른별이 되는데요, 현재 거문고자리의 알파별이자, 여름철 대삼각형의 가장 밝은 별 중 하나인 베가가 됩니다. 세차운동은 지구 밖에서 보면 시계방향으로 발생하지만, 지구 안에서 보면 반시계방향으로 도는것 처럼 보이므로, 앞으로 약 4000년 뒤면, 엘라이로, 13,000년 뒤면 베가로 바뀌게 됩니다.

그런데 재미있는건, 제가 만든 영상을 보면 세차운동에 의한 북극성의 변화 방향이 시계방향인 걸로 보입니다. 이건 당연한 겁니다. 위 영상을 자세히 보시면 천구의 북극이 표시되어 있는데, 천구 북극은 고정된 체로 별들이 시계방향으로 돕니다. 사실 움직이는건 천구의 북극이지만, 천구의 북극을 고정시켰으니 상대적으로 별이 움직이는걸로 보이기에 그런겁니다. 지구안에서 보면 무조건 반시계 방향 회전이니 이 부분은 오해하지 마세요.ㅎㅎㅎ

 

그리고 영상을 자세히 보시면, 세차운동에 의한 별들의 움직임에 약간의 진동이 있습니다. 이건 지구 자전축의 미세한 흔들림인 장동 운동이 원인입니다. 장동 운동은 본 글의 범위에 한참 벗어나니 여기서는 다루지 않겠습니다.

나. 지구의 기후변화

기후에도 영향을 미칩니다. 지구의 공전궤도는 태양을 한 초점으로 한 타원으로, 태양과의 거리가 시시각각 변화합니다. 사실 타원이라고는 하지만, 평균 0.03정도로 공전궤도 이심률이 매우 작아, 거의 타원에 가깝긴 합니다. 그러다보니 지구 계절변화의 원인은 지구와 태양사이의 거리변화에 의한 것 보다. 자전축 기울기의 방향에 의한 효과가 더 큽니다. 기본적으로 자전축이 태양방향으로 기울어진 반구에서 여름인데, 아래의 왼쪽 그림처럼 북반구의 지구 자전축이 태양 반대방향을 향하면, 북반구는 겨울이고, 남반구는 여름이 됩니다. 이제부터 북반구를 기준으로 이야기 할 건데, 북반구에서는 근일점에서 겨울이 되고, 원일점에서 여름이 됩니다.

 

하지만 13,000년 뒤 세차운동의 절반 주기가 지나면, 현재 6~8월의 여름에 해당하는 위치가 겨울이 되고, 현재 12~2월에 해당하는 위치가 여름이 되어버립니다. 이렇게 되면,

• 현재 근일점에서 겨울이던 북반구는 근일점에서 여름이 되어, 지금보다 여름이 더 더워지고
• 현재 원일점에서 여름이던 북반구는 원일점에서 겨울이 되어, 지금보다 겨울이 더 추워집니다.

다시말해 현재보다 계절의 연교차가 훨씬 심해집니다.

다만 이는 공전궤도 이심률 변화, 자전축 기울기 변화, 지구 내적 변화등의 다른 요소가 없을 때 이야기일 뿐이니 참고하시기 바랍니다.

 

** 내용에 오류가 있으면 댓글로 남겨주세요

** 구독과 공감은 큰 힘이 됩니다.