낮과 밤, 공전 현상, 방향과 주기

지구가 태양을 중심으로 1년에 한 바퀴씩 서쪽에서 동쪽 즉, 시계반대 방향으로 회전하기 때문에 낮과 밤이 있을 수 있는 것입니다. 그러니까 지구의 자전과 공전으로 인해서 낮과 밤, 그리고 사계절을 우리가 경험할 수 있게 되는 거죠. 조금 더 자세한 설명을 나열해 보았으니 살펴보세요.

지구의 공전 현상

 

낮과 밤이 생기는 원리

 

낮과 밤이 생기는 원리는 지구의 자전과 공전에 의해 결정됩니다. 먼저, 지구는 자전축을 중심으로 돌고 있는데 약 24시간의 주기로 돕니다. 운동하는 방향은 지구의 북극에서 바라보았을 때 시계의 반대 방향으로 움직인다. 이때 지구의 한 부분은 태양 쪽으로 향하고 있고 다른 부분은 그 반대쪽으로 향하게 됩니다. 낮과 밤의 변화는 지구가 자전하는 동안의 이 공전 운동에 의해 발생합니다. 태양은 빛과 열을 방출하는 광원으로서, 지구의 자전과 공전에 의해 서서히 변하는 태양의 위치에 따라 낮과 밤이 생기게 됩니다. 지구의 한쪽 면이 태양 쪽을 향하면 그 지역은 밝아지고 낮이 되며, 태양이 사라지면 그 지역은 어둡고 밤이 찾아옵니다. 이 과정에서 지구의 자전축의 기울기와 공전 궤도의 모양이 낮과 밤의 길이와 계절의 변화에 작용하는 요소가 되는 것입니다. 계절이 변화하는 가장 큰 이유는 지구의 자전축이 23.5도 기울어져 있기 때문에 나타나는 현상으로 태양의 에너지를 적게 받는 지역은 겨울이 되는 것이고, 많이 받는 지역은 무더운 여름이 되는 것이죠. 또한 공전 궤도의 모양은 낮과 밤의 길이를 결정하기도 합니다.  낮과 밤은 지구의 자전과 공전에 의해 발생하며, 태양의 위치에 따라 변화하며 지구의 자전축의 기울기와 공전 궤도의 모양은 이러한 변화를 조절하고 계절의 변화를 일으키는 것입니다.

 

 

공전으로 나타나는 현상

옛날 사람들은 지구가 가만히 있고 하늘과 천체가 움직인다고 믿었는데 이것이 바로 천동설입니다, 고대와 중세 시대에는 관성의 개념이 없었기 때문에 이러한 천동설이 굳건하게 받아들여졌다고 하죠. 하지만 지동설, 즉 지구가 공전한다는 학설이 발전하면서 이러한 관념이 변화해나 간 것입니다. 이러한 변화 중에 하나는 광행차입니다. 이것은 지구의 공전과 지구로 도달하는 별빛의 진행이 겹쳐서 방향이 기울어지는 현상으로 실제로 지구의 공전 속도와 별의 속도가 다르기 때문에 발생하는 것입니다. 또 다른 증거는 도플러 효과. 기준이 되는 별을 바라볼 때, 지구가 공전을 한다면 지구가 별에 접근하는 시기와 멀어지는 시기가 번갈아 나타나야 합니다. 그래서 청색편이와 적색편이가 나타나며, 파장은 원래 값보다 조금씩 달라집니다. 또한, 연주시차 역시 증거 중 하나인데 지구에서 별을 관측할 때 지구의 위치에 따라 시선이 미묘하게 변하는 현상을 말합니다. 이것은 19세기 프리드리히 베셀이 최초로 측정한 것입니다. 그러나 천동설에서는 설명할 수 없는 현상도 있었습니다. 그중 하나는 연주운동과 계절의 변화인데 천동설에서는 태양이 황도를 따라 직접 움직이면서 계절의 변화를 준다고 설명되어 있습니다. 또 다른 것은 행성의 역행 현상으로 고대부터 관측된 적이 있는데, 천동설에서는 '이심원(eccentric circle)+주전원(epicycles)'이 있다는 겁니다. 이렇게 천동설과 지동설 사이의 변화는 다양한 증거와 논의를 거쳐 이뤄졌으며 이러한 과정을 통해서 과학의 발전과 천문학의 이론은 앞으로도 계속 발전을 이루게 될 것입니다.

 

 

공전 방향과 주기

지구가 태양을 공전하는 주기는 1년으로 약 365.25641일입니다. 이는 우리가 흔히 알고 있는 365일과 약 4분의 1일 정도 차이가 납니다. 이런 작은 차이는 과거에는 큰 의미가 있었습니다. 이 차이를 처리하기 위해 천문학, 수학, 그리고 역법이 발달하게 되었다고 합니다. 현대의 그레고리력에서는 이 오차를 보정하기 위해 윤년을 도입하고 있지요. 윤년은 2월 29일을 추가함으로써 매 4년마다 발생하며, 이를 통해 총 365.2425일로 근사한 값을 얻을 수 있는 것입니다. 그러나 실제 달력에 반영되는 1년의 길이는 약 365.24219일로 공전주기보다 20분 정도 짧습니다. 이는 지구의 공전 주기가 약간 불규칙하기 때문에 발생하는 현상 때문입니다. 태양계 천체의 공전 방향은 대부분 지구와 같은 방향으로 돕니다. 즉, 대부분의 천체는 지구 주위를 반시계 방향으로 공전하며 이는 지구의 북반구에서 남반구 쪽으로 내려다볼 때 반시계 방향을 순방향(prograde)이라고 합니다. 그리고 시계 방향으로 공전하는 것을 역방향(retrograde)이라고 말합니다. 역방향 공전을 하는 천체의 대표적인 예로는 해왕성의 위성 중 하나인 트리톤이 있습니다. 과거에는 지구의 1년이 현재보다 길었던 시기도 있었다고 해요. 약 7000만 년 전에는 연구 결과에 따르면 지구의 1년이 372일이었다고 알려져 있어요. 이는 태양 주위를 공전하는 지구의 궤도가 조금씩 변화하면서 발생한 것으로 추정됩니다.