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천문학

지구

by 코코토피아 2022. 8. 21.

지구는 태양에서부터 세 번째 행성이며 지금까지 발견된 지구형 행성 가운데 가장 크다. 지구는 조금 두꺼운 대기층으로 둘러싸여 있고, 45억 6700만 년 전에 형성됐으며 용암 활동이 활발했던 지구와 행성 테이아의 격렬한 충돌로 생성되었을 달을 위성으로 둔다. 지구의 중력은 우주의 다른 물체, 태양과 지구의 유일한 자연 위성인 달과 상호작용하며 지구와 달 사이의 중력 작용으로 조석 현상이 발생한다.

 

지구는 약 45억년 전 형성됐으며, 태양계가 형성되던 시점과 때를 같이한다. 원시 태양계 원반 태양의 가까운 부분에서는 갓 방출되기 시작한 태양 복사에너지에 의해 휘발성 성분이 없어지면서 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 철, 니켈 등의 금속성분이 남게 된다. 이것들은 원시 태양 주위를 공전하며 합쳐서 그 크기를 키우게 되는데 어느 정도 몸집과 중력을 가진 것들을 태양계가 생겨날 때 존재했던 것으로 생각되는 작은 천체 미행성이라고 한다. 미행성들은 보다 작은 소행성이나 성간물질을 유인해 성장했다. 미행성의 크기가 커지게 되면 성장 속도는 가속된다. 크기가 작은 소행성들이 충돌하게 되면 충돌의 충격으로 조각들이 흩어지게 되지만 크기가 큰 것들이 충돌하게 되면 중력이 강하기 때문에 탈출하는 조각들을 회수할 수 있기 때문이다. 이때 생긴 미행성들 중 현재까지 남아있는 것은 다섯 개다.  원시 지구는 바깥 부분이 거의 완전히 녹은 상태를 경함 하면서 성장한다. 원시 지구의 열원은 크게 3가지로 설명할 수 있다. 그중에서 첫 번째는 소행성의 충돌이다. 소행성의 충돌은 운동에너지를 열에너지로 바꿔 원시 지구를 뜨겁게 가열했다. 다른 하나는 중력 에너지다. 원시 지구가 충돌로 인한 가열 때문에 조금씩 녹기 시작하자 그때까지 뒤섞여있던 철과 규소가 중력에 의해 서로 분리되기 시작한 것이다. 무거운 철이 중력 에너지가 낮은 지구 중심으로 쏠려 내려가 굉장한 중력 에너지를 열에너지로 방출한다. 열원의 세 번째는 원시 태양계에 충만하던 방사성 동위원소의 붕괴열이다. 중력 분화가 끝나고, 낙하할 소행성들도 거의 정리가 되자 지구는 식기 시작해 최초의 지각이 형성된다. 

 

지구 대기의 역사는 암석과 마그마로부터 방출된 기체들이 지구 주위에 중력으로 묶이면서 시작되었다. 이렇게 형성된 대기를 원시 대기라고 하며 원시대기를 이루는 물질은 지구를 형성한 소행성과 혜성 따위에 포함돼있던 휘발성 물질로부터 비롯됐다. 지구가 식어가며 마그마 바다가 식어 고체의 바닥이 다시 형성되고 혜성에 들어가 있던 미량의 물은 많은 양의 혜성이 떨어지면서 축적되기 시작했다. 마그마가 식어 고체의 바닥이 형성된 후 원시 대기의 수증기 성분이 응결해 비가 내리기 시작했다. 이 비는 원시 바다를 형성했고 이때 땅과 대기에 있던 염분들이 비에 의해서 바다로 녹아들어 바다가 짜게 됐고 소금을 얻을 수 있게 됐다.

 

지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속으로 이뤄져있다. 지구를 포함한 이들 다섯 천체 중 지구는 가장 무거우며 크기 또한 크다. 지구의 밀도 역시 가장 높고 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체이다. 지구의 내부구조는 대체로 층상구조를 이루고 있으며 지구의 최외각 부분은 주로 유체로 구성돼 있는데 구성 물질에 따라 대기권, 수권으로 구분한다. 생명체 영역인 생물권은 그 양이 매우 작고, 대부분의 경우 지구의 물리적 층으로는 인정하지 않고 있다. 전통적인 방법으로 구분한 지구의 층상 구조는 가장 바깥 부분부터 지각, 맨틀, 핵 순이고 핵은 다시 외핵과 내핵으로 나뉜다. 이건 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것이다. 

 

지구는 23시간 56분 4.091초 주기로 자전하고 그 축은 북극과 남극을 잇는 선이다. 그 방향은 지구의 북극에서 봤을 때 시계 반대방향이며 그 결과 지구에서 천체들이 한 시간에 15도씩 동에서 서로 이동하는 것처럼 보이는 일주운동을 관찰할 수 있다. 지구는 태양을 365.2564 태양일 주기로 공전하고 있으며 이 떄문에 지구에서 봤을 때 태양이 다른 천체들을 배경으로 하여 하루에 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상을 볼 수 있다. 지구의 궤도 속도는 평균 초속 30킬로미터 정도인데, 이 속도는 지구의 지름은 7분 만에 달까지의 거리는 4시간 만에 통과할 수 있는 속도이다. 지구는 하나의 위성인 달을 거느리고 있다. 달과 지구는 공동 질량중심을 27.32일의 주기로 회전하고 있으며 이를 항성월이라고 한다. 한편으로는 지구와 달의 회전이 일어나는 동안 지구 역시 태양 주위를 공전하고 있기 때문에 태양과 달의 상대적 위치가 되풀이되는 데엔 항성월보다 조금 더 긴 29.53일이 걸리며 이 기간을 삭망월이라고 칭한다.

 

달과의 서로 당기는 힘인 인력과 바다의 밀물과 썰물의 상호관계 때문에 지구의 자전 속도는 느려지는데 매년 0.000017초 정도가 느려지고 달과 거리는 매년 4cm씩 멀어지고 있다고 한다. 관성좌표계에서 지구는 세차운동을 하는데 세차운동이란 지구의 자전축이 긴 시간을 주기로 원뿔 모양을 그리며 회전하는 것을 일컫는데 그 주기는 25800년이다. 세차운동은 태양의 중력이 블록 타원체에 차등적으로 가해져 생기는 현상이다. 비슷하게 달에 의해서도 자전축이 흔들리며 그 주기는 18.6년이고 장동이라고 부른다. 현재 지구의 공전 궤도의 근일점은 1월 3일 부근에 있으며 원일점은 7월 4일 부근에 있고 세차운동과 밀란코비치 주기로 알려진 현상에 의해 지구의 공전 궤도는 달라진다.

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