지구 2

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사람의 시간 체계는 원래 지구의 자전을 기준으로 했으며 우리는 지구의 공전과 자전축의 기울기가 어떤 식으로 계절을 만들어내는지 알고 있다. 지구는 지금까지 대략 46억 년 동안 태양 주위를 돌았다. 오늘날, 과학자들은 정밀한 원자시계를 사용하여 시간을 측정한다. 하지만 먼 옛날부터 현대에 이를 때까지 사용했던 시간 체계는 지구의 자전을 기준으로 했다. 지구는 자전축을 중심으로 24시간에 한 번 회전한다. 자전 방향은 서쪽에서 동쪽이다. 하루의 길이는 24시간으로 태양이 일주운동을 하는 데 걸리는 평균 시간이다. 이 길이를 평균 태양시라고 부르며 당신 시계에 나타난 표준 시간과 같다. 따라서 하루는 평균 태양시로 24시간이다. 그리고 1년은 대략 365일인데 지구가 태양 주위를 완전히 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간과 같다. 지구가 태양 주위를 돌기 때문에 태양이 뜨는 시간은 지구의 자전과 지구의 궤도 운동에 달려있다. 지구는 별을 기준으로 23시간 56분 4초마다 한 번 회전한다. 이를 항성일이라고 한다. 24시간과 23시간 56분 4초 사이에 발생하는 차가 3분 56초, 하루 길이의 365분의 1과 같다는 사실에 주목하라. 우연의 일치가 아니다. 지구가 하루에 공전궤도의 365분의 1만큼 태양을 공전하기 때문이다. 지구가 태양을 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 365와 4분의 1일이다. 하지만 일반적인 달력은 365일만 인쇄되어 있다. 따라서 우리는 4년마다 2월 29일을 만들어 하루를 더 해줘야 한다. 2월 29일이 있는 해를 윤년이라고 하고 하루를 더함으로써 달력을 지구의 움직임에 맞춘다. 지구의 자전 속도와 우리가 정한 하루의 길이 사이에도 동기화가 필요하다. 이따금 지구가 평소보다 느리게 자전하는데, 이로 인해 엘니뇨 같은 기상 현상이 일어난다. 이런 차이가 서서히 누적되면 지구의 자전을 기준으로 하는 표준시와 원자시 사이에 간격이 생긴다. 이럴 경우 국제기관은 윤초를 선언하고 협정 세계시에 1초를 더한다. 아주 미세한 조정이지만, 윤초가 선언되면 전 세계의 기술자들은 심장이 쪼그라들어서 GPS나 항공 교통관제와 같이 시간에 민감한 체계에서 문제가 발생하지 않기를 빈다. 이런 이유로 몇몇 나라들은 윤초를 폐지하고 원자시계를 유일한 시간의 기준으로 삼자고 주장한다. 만약 윤초를 폐지하면 우리의 시간 체계는 지구의 움직임과 맞지 않게 되고 결국 낮이나 오후에 해가 뜨는 날이 올 것이다. 2016년 12월 31일에 윤초가 추가되었다. 윤초를 폐지하자고 주장하는 나라 사람들은 이번 윤촉 인류 역사상 마지막 윤초라고 생각하지만, 그건 두고 보면 알 것이다. 학생들에게 계절이 생기는 이유를 설명하는 것은 천문학교수의 과업 중 가장 좌절감을 느끼는 일이다 관측자와 태양 사이의 거리는 계절의 변화와는 전혀 상관이 없다고 아무리 정성 들여 가르쳐도 많은 학생들이 이해하지 못한다. 하버드 대학교 졸업 시험과는 명문대 학생들이 이해하지 못한다. 하버드 대학교 졸업 시험 결과는 명문대 학생들도 여름은 지구와 태양 사이의 거리가 가장 가까운 기간이며, 지구와 태양 사이의 거리가 가장 멀어질 때 겨울이 온다고 생각한다는 사실을 보여준다. 학생들은 북반구에 여름이 올 때 남반구는 겨울이라는 사실을 잊어버린다. 호주에서 여름에 서핑을 할 때, 미국인들은 겨울 코트를 입고 있다. 하지만 호주와 미국은 같은 행성에 있다. 지구는 태양에서 가장 멀어짐과 동시에 가장 가까워질 수 없다. 지구는 마술사가 아니라 행성이다. 계절이 발생하는 진짜 이유는 지구의 자전축이 기울었기 때문이다. 자전축은 북극과 남극을 관통하는 가상의 선인데 공전궤도에 대하여 수직에서 23과 2분의 1도만큼 기울어 있다. 자전축은 북쪽 하늘, 북극성 근처를 가리킨다. 오늘날의 북극성은 작은 곰자리 알파성이다. 만약 당신이 길을 잃었을 때 북쪽으로 가고 싶다면 북극성이 있는 방향으로 걸으면 된다. 지구의 자전축은 위로는 북극을, 아래로는 남극을 지난다. 지구가 공전궤도의 한 지점에서 태양을 비스듬히 가리킬 때 북반구의 정오에는 태양이 하늘 높게 뜰 것이다. 6개월 뒤에는 자전축이 태양 반대편을 향하게 된다. 자전축은 항상 여전히 같은 방향을 향하지만, 지구는 태양의 반대편으로 움직였다. 북반구의 여름은 북극 자전축이 태양 쪽을 가리킬 때 발생한다. 여름에 정오의 태양은 다른 계절의 같은 시간보다 높게 뜬다. 따라서 북반구를 더 직접적으로 비추며 많은 열을 내뿜는다. 이때 남극 자전축은 태양의 반대편을 가리키며, 남반구에서 정오의 태양은 다른 계절보다 낮게 뜨고 직접 들어오는 햇빛의 양이 줄어든다. 이런 경우 호주에는 겨울이 온다. 여름에는 태양이 높게 뜨기 때문에 일광욕을 더 오래 즐길 수 있다. 태양이 최고점으로 올라가는 데 더 오래 걸리며 수평선 너머로 지기까지 걸리는 시간도 길다. 지구가 태양을 공전함에 따라 우리 눈에는 태양이 황도라고 부르는 둥근 궤도를 따라 하늘에서 움직이는 것처럼 보인다. 황도는 적도에 대하여 지구의 자전축의 기울기인 23과 2분의 1도만큼 기울어져 있다. 방사능 측정은 지구나 태양계 내 다른 오래된 물질의 연대를 측정하는 정확한 방법이다. 우리늄처럼 불안정한 일부 원소를 방사성 동위원소라고 부른다. 방사성 동위원소는 시간이 지나면 같은 원소의 동위원소나 아예 다른 원소로 바뀌는데, 변화에 걸리는 시간을 방사성 동위원소의 반감기라고 한다. 만약 반감기가 100만 년이라면, 원래 있던 방사성 동위원소의 절반이 다른 물질로 바뀌는데 100만 년이 걸리며 바뀌지 않은 나머지 절반은 그대로 방사성을 가지고 있다.