태양의 움직임

태양계

태양의 움직임

 

・태양은 왜 동쪽에서 서쪽으로 움직이는가?
 
태양이 동쪽에서 서쪽으로 움직이는 이유에는 지구의 움직임이 관련되어 있습니다. 우리가 지구상에서 관찰할 때, 태양이 움직이는 것처럼 보이지만 실제로 움직이고 있는 것은 태양이 아닌 지구 자체입니다. 북극 상공에서 지구를 내려다보면 지구는 시계 바늘과 반대 방향으로 자전하고 있습니다. 이것을 '자전'이라고 합니다. 우리가 일상에서 지구의 회전 속도를 느끼지 못하는 것은 지구가 자전하면서도 일정한 속도로 회전하기 때문입니다. 지구의 자전 속도는 24시간에 1회전, 즉 하루에 1회전입니다. 더불어 자전과 별도로 지구는 태양 주위를 돌며 이를 '공전'이라고 합니다. 지구가 태양 주위를 한 바퀴 도는 주기는 약 365일이며, 정확하게는 약 1/4일 긴 365.2422일로, 이는 365일 5시간 48분 46초입니다. 지구 중에서 태양의 방향을 향한 부분은 항상 바뀌고 있어 낮과 밤이 계속 변합니다. 또한 지구는 시계 반대 방향으로 돌기 때문에 동쪽에서 서쪽으로 밝아지는 것이 관찰됩니다. 이것이 동쪽에서 서쪽을 향해 태양이 움직이는 이유이며, 이를 '일주 운동'이라고 부릅니다. 만약 지구본이 가까이 있다면 지구본을 회전시키면서 더 자세히 이해할 수 있습니다.

・연주운동
 
일주운동에 대한 연주운동이라는 개념이 있습니다. 이는 지구가 태양 주위를 공전함으로써 1년 동안 발생하는 천체의 겉보기 움직임을 의미합니다. 보통은 지구의 공전 운동에 의해 1년 동안 항성이 천구를 서쪽에서 동쪽으로 한 바퀴 도는 것처럼 관측되는 현상을 연주운동이라고 부릅니다.

・태양의 움직임은 계절에 따라 변한다?
 
지구가 자전할 때 축은 태양에 대해 수직이 아니라 사실 조금 기울어져 있습니다(23.4도 정도의 기울기가 있습니다). 그렇기 때문에 북극 쪽이 태양의 방향을 향하는 시기와 남극 쪽이 태양의 방향을 향하는 시기가 번갈아 찾아오게 됩니다. 북극 쪽이 태양의 방향을 향하고 있을 때 북반구에서는 지구가 자전하여 태양빛이 닿는 시간은 길어집니다. 이것은 즉, 밤보다 낮이 더 길다는 것을 보여줍니다. 게다가 지표에서는 태양이 높은 위치로 보이게 됩니다(이것을 "남중고교도가 높다"라고 합니다). 이때 단위 면적당 태양광이 많아집니다. 이것이 뜨거운 계절이고 여름입니다. 한편 남극 측이 태양의 방향을 향하고 있을 때 북반구에서는 지구가 자전하여 태양빛이 닿는 시간은 짧아집니다. 즉, 낮보다 밤이 더 길다는 것입니다. 게다가 지표에서는 태양이 낮은 위치로 보이게 됩니다(남중고교도가 낮음). 단위 면적당 태양광이 적어져서 추운 계절, 즉 겨울인 것입니다. 덧붙여 남반구에서는 북반구와 정반대의 현상이 일어납니다. 북극 쪽이 태양의 방향을 향할 때 남반구에서는 밤이 길어지고 남중고교도가 낮아집니다. 즉, 일본이 더운 시기에 호주는 추워지는 것입니다. 그래서 호주의 크리스마스는 더운 여름이 되고 산타클로스는 반팔이나 얇은 옷으로 순록과 썰매가 아닌 서핑보드를 타고 찾아옵니다.

・달의 움직임
 
달의 움직임은 태양과 마찬가지로 동쪽에서 서쪽이 맞습니다. 달은 채워지기 때문에 보름달 이후의 달은 깨진 부분에서 떠납니다. 그리고 보름달 이전 달은 깨진 부분을 남기고 가라앉습니다. 달은 지구가 24시간에 걸쳐 서쪽에서 동쪽으로 자전하는 동안 지구의 자전 방향으로 약 13도 공전하고 있습니다. 그렇기 때문에 달의 출현이 매일 약 50분씩 느려지고 출현하는 방향이 서쪽에서 동쪽으로 점점 이동하는 것입니다. 이로 인해 달은 서쪽에서 동쪽으로 움직이면 혼란스러울 수 있으므로 함께 기억하는 것이 좋습니다. 또한 달은 약 한 달 안에 지구 주위를 반시계 방향으로 한 바퀴 돌게 됩니다.

・푸코의 진자가 움직여 보이는 이유
 
자전에 대해서 설명했을 때 '지구가 회전하고 있다고 인식하는 경우는 없다'고 말씀드렸지만, 사실 진자를 사용하여 자전을 관측할 수 있습니다. 이것이 '푸코의 진자'입니다. 1851년 프랑스 과학자 장 베르나르 레온 푸코(1819-1868)는 당시 황제 나폴레옹 3세로부터 파리 판테온 사원을 빌려 길이 67m에 이르는 거대한 진자를 사용한 공개 실험을 실시했습니다. 이 실험을 통해 인류 역사에서 처음으로 지구의 자전이 증명된 것입니다. 푸코는 길이 67m 로프에 질량 38kg 무게의 철구를 연결해 거대한 진자를 만들었습니다. 진자는 시계 방향으로 천천히 회전하지만 진자에 작용하는 힘은 지구의 중력과 실의 장력뿐이므로 진자 자신의 힘으로는 회전할 수 없을 것입니다. 하지만 지구의 자전에 의해 바닥이 회전하기 때문에 지구와 함께 회전하는 관찰자에게는 진자가 시계 방향으로 천천히 회전하는 것처럼 보인다는 것입니다.

・푸코의 진자 실험
 
푸코의 진자에서 일어난 현상은 실험을 통해서도 확인할 수 있습니다. 《준비할 것》 1. 회전하는 원형 받침대 2. 진자(회전하는 받침대의 중심에 설치할 수 있는 것) 3. 카메라 《실험 순서》 1. 진자를 받침대 중앙에 설치하십시오. 받침대 끝에서 중앙을 향해 카메라를 설치하십시오. 2. 회전하는 받침대에 붙어있는 진자를 흔들어서 받침대를 회전시켜 보십시오. 받침대가 회전하더라도 진자가 흔들릴 수 있는 방향은 변하지 않습니다. 실험장치 바로 위에 설치한 카메라로 확인했을 때, 받침대가 회전해도 진자가 흔들리는 방향이 그대로임을 확인할 수 있습니다. 3. 그 다음으로 이 진자 운동을 받침대 바로 위에서 아래로 관찰해보세요. 여기서 진자의 움직임을 관찰하면, 진자가 흔들 수 있는 방향이 변하는 것처럼 보입니다. 이 움직임은 푸코의 진자 움직임과 매우 유사합니다. 진자는 회전하고 있는 것처럼 보일 수 있지만, 회전 받침대에 장착된 카메라에서 본 진자는 실제로 회전하지 않았습니다. 마찬가지로 푸코의 진자도 언뜻 보면 회전하고 있는 것처럼 보입니다만, 실제로 회전하고 있는 것은 우리를 태운 지구 쪽이라는 것을 잘 알 수 있습니다.