지구의 자전

안녕하세요.

제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.

아름다운 별의 궤적 사진입니다. 북극성을 중심으로 시간에 따라 별이 움직이는 모습을 담은 사진이지요. 이렇게 별이 움직이는 것처럼 보이는 이유는 지구가 하루에 한 바퀴씩 스스로 돌기 때문입니다. 이 운동을 '지구의 자전'이라고 하죠. 지구 자전의 방향, 속도, 그리고 자전에 의해 나타나는 현상에 대해 알아보도록 할게요.

*** 지구 자전의 방향과 속도

지구가 자전축을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 도는 운동을 '지구의 자전'이라고 부릅니다. 태양을 중심으로 지구가 일 년에 한 바퀴씩 태양 주위를 도는 운동을 '지구의 공전'이라고 하죠. 지구의 자전축은 그 공전 궤도면의 수직선으로 부터 약 23.5˚ 기울어져 있다고 합니다.

■ 지구의 자전 방향

북극을 위에서 내려다 본다고 생각했을 때 지구는 반시계 방향으로 자전합니다. 

그런데 이 자전 방향을 동서남북 방위로 표현했을 때 조금 헷갈릴 수 있습니다. 쉽게 생각하면 간단한데요, 우리가 하늘을 보았을 때 태양이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것처럼 보이죠. 사실 태양은 가만히 있고, 우리가 하루에 한 바퀴씩 스스로 돌기 때문에 그렇게 보이는건데 말입니다. 실제로는 우리가 반대 방향으로 돌기 때문에 태양이 동 → 서 방향으로 도는 것 처럼 보이는 겁니다. 지구의 자전 방향을 동서남북 방위로 표현하면 '서 → 동'으로 이야기할 수 있답니다.

지구의 자전 방향: 서 → 동

■ 지구의 자전 속도

지구는 하루 24시간 동안 한 바퀴, 즉 360˚ 회전을 하죠. 360˚을 24시간으로 나누면 지구의 자전속도를 구할 수 있습니다. 

지구의 자전 속도: 1시간 당 15˚

*** 천구 이해하기

우리가 하늘을 바라보면 태양, 달을 비롯한 많은 행성, 별들을 볼 수 있죠. 사실 천체들은 지구로부터의 거리가 다양하지만 우리가 하늘을 볼 때는 둥그런 하늘에 함께 붙어있는 것처럼 보입니다. 

이렇게 관측자를 기준으로 둥글게 보이는 가상의 하늘을 천구[celestial sphere, 天球]라고 한답니다. 지구의 자전축과 천구가 만나는 극 부분을 각각 천구의 북극, 남극이라고 합니다. 또 관측자를 기준으로한 지평선도 그릴 수 있겠죠. 물론 동서남북 방위도 모두 관측자 기준으로 정한답니다. 천구의 북극에는 당연히 북극성이 보일거에요. 우리나라에서 본 천구를 그림으로 살펴볼게요.

이 천구에 천체가 붙어있다고 생각하면 천체가 움직이는 방향과 변화를 쉽게 이해할 수 있답니다. 자, 이제 천구를 기준으로 지구 자전에 의해 나타나는 현상을 하나하나 이해해보도록 합시다.

*** 지구 자전에 의해 나타나는 현상

■ 천체의 일주 운동

'일주 운동'이란 '주기가 1일'인 운동입니다. 하루에 한 바퀴씩 돌아 제자리로 온다는 뜻이죠.

실제로 지구는 서 → 동 방향으로 자전하기 때문에 천구에 보이는 모든 천체는 동 → 서 방향으로 일주 운동을 하는 것처럼 보입니다. 모든 천체의 움직임을 초록색 선으로 천구에 표시해보겠습니다.

태양이 동쪽에서 오른쪽 위로 비스듬히 떠서 서쪽 오르쪽 아래로 비스듬히 지는 것처럼 보이는 이유를 알 수 있겠지요? ^^

그럼 각 방위별로 천체의 움직임이 어떻게 보이는지 알아볼게요.

▶ 북쪽 하늘

북쪽 하늘을 보면 천체가 북극성을 중심으로 반시계 방향으로 회전하는 것처럼 보일 것입니다.

북극성을 중심으로 움직이는 별의 각도를 측정하면 움직인 시간도 알 수 있겠죠. 만약 어느 별이 북극성을 중심으로 45˚ 움직였다면 3시간이 흘렀다는 것을 의미합니다. (일주 운동 속도가 1시간에 15˚ 이기 때문이죠 ^^)

 

▶ 동쪽 하늘

동쪽 하늘을 보면 모든 천체가 오른쪽 위로 비스듬히 오르는 것처럼 보입니다.

▶ 남쪽 하늘

남쪽 하늘을 보면 동쪽에서 서쪽으로 비교적 평평하게 움직이는 천체를 관찰할 수 있겠네요.

▶ 서쪽 하늘

서쪽 하늘을 보면 천체들이 오른쪽 아래로 비스듬히 지평선 아래로 지는 것을 관찰할 수 있습니다.

■ 인공위성 궤도 변화

지구 주위로 일정한 궤도를 그리며 도는 인공위성도 지구 자전 때문에 움직이는 것처럼 보인답니다. 지구가 서 → 동으로 자전하기 때문에 인공위성의 궤도가 동 → 서로 이동한 것처럼 보이죠.

■ 낮 / 밤의 변화

지구 자전에 의해서 낮과 밤이 하루에 한 번씩 변하는 것도 이해하시겠지요? ^^

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지구가 자전축을 중심으로 서 → 동 방향으로 1시간에 15˚ 씩 자전하기 때문에 나타나는 현상에 대해서 알아보았습니다. 다음 시간에는 지구가 태양 주위를 1년에 한 바퀴씩 공전하기 때문에 나타나는 현상에 대해 알아볼텐데요, 자전과 공전에 따른 현상을 잘 구분해야 합니다. 지구 자전에 의한 현상을 간단하게 정리하고 마무리할게요 ^^

★ 지구 자전에 의해 나타나는 현상

- 천체의 일주 운동

- 인공위성 궤도 변화

- 낮 / 밤의 변화

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