[과학을읽다]지구에서 태양까지 비행기로 20년?

[아시아경제 김종화 기자]지구는 태양을 중심으로 시계반대 방향인 서쪽에서 동쪽으로 1년에 한 바퀴를 돕니다. 이를 지구의 공전(公轉)이라고 합니다.

지구와 함께 태양계 행성이 태양을 중심으로 한 바퀴 도는 시간을 공전주기라고 하지요. 지구의 공전 주기는 365.25일입니다. 1년이 365일로 정해진 것은 지구의 공전 주기가 기준이 되기 때문입니다.

태양과 가장 가까운 행성인 수성의 공전 주기는 87.97일이고, 금성은 224.70일, 화성은 686.96일이지만 가장 먼 해왕성은 공전 주기가 164.79년이나 됩니다. 태양에서 멀어질수록 공전 주기가 길어지는 것입니다.

그렇다면, 사계절의 변화는 어떻게 일어날까요? 많은 사람들이 지구가 태양을 중심으로 공전하는 과정에서 태양과의 거리가 멀면 겨울, 가까우면 여름이라고 '잘못' 알고 있는 경우가 많습니다. 지구가 공전하면서 태양과 가장 가까울 때는 1월 초, 태양과 가장 멀리 떨어져 있을 때는 7월 초입니다. 그러면 1월이 여름, 7월이 겨울이 돼야 하는 것일까요?

계절이 바뀌는 원인은 태양 광선이 어떤 시점에 지구의 일정 지역과 만나는 각도, 즉 태양의 남중고도에 따라 달라집니다. 태양과 지구의 거리에 상관없이 태양 광선을 많이 받느냐, 적게 받느냐에 따라 여름과 겨울이 갈리는 것입니다. 달리 말하면, 태양 광선을 정면으로 받느냐, 빚겨서 받느냐의 차이라고 할 수 있습니다.

사계절의 변화는 태양과 지구의 거리와 상관없이 쏟아지는 태양 광선의 양으로 결정됩니다.[사진=유튜브 화면캡처]

지구의 자전축이 23.5°가량 기울어져 있기 때문에 태양 광선은 북반구와 남반구에 동일한 각도로 비추지 않습니다. 태양 광선이 북반구를 직접적으로 비추는 7월경이 북반구는 여름이 됩니다. 반대로 태양 광선이 직접 비추지 않고 산란된 복사에너지를 받는 남반구는 겨울이 되는 것이지요. 반대로 1월경 태양 광선이 남반구를 직접 비추면 남반구는 여름이지만 북반구는 겨울이 되는 것입니다.

태양의 남중고도는 봄과 가을은 52도, 여름은 75도, 겨울은 28도입니다. 지구의 자전축이 기울어지지 않고 수직이라면 봄·여름·가을·겨울 사계절 모두 태양의 남중고도는 52도입니다.

지구는 이렇게 제자리에서 뱅글뱅글 돌면서도 크게는 태양의 주위를 돕니다. 지구가 제자리에서 도는 자전의 속도는 초속 465m의 눈 깜짝할 새였습니다. 그러면 멀리 태양의 주위를 도는 속도는 어떨까요?

지구에서 태양까지 거리는 약 1억5000만㎞입니다. 지구의 공전궤도를 원이라고 보고, 원의 둘레를 구하는 공식 '2πr'에 대입하면 2x3.14x1억5000만㎞는 9억4200만㎞입니다. 1년 동안 지구가 태양을 도는 거리는 9억4200만㎞라는 것입니다.

이 거리를 시간으로 환산하면, 시속 10만7534㎞라는 속도가 나옵니다. 초속으로는 29.9㎞, 약 30㎞의 상상을 초월하는 엄청난 속도가 도출되지요. 음속이 340m/s, 가장 빠른 총알의 속도가 약 1㎞/s 정도니까 총알보다 30배는 빠른 속도로 지구는 태양을 돌고 있는 것입니다.

지구에서 태양까지는 빛이 초속 30만㎞씩 달려서 8분19초 만에 도달할 수 있는 거리이니 지금 우리가 보고 있는 태양은 항상 8분19초 전의, 과거의 태양이 되는 셈입니다. 소리로는 14년5개월 정도 걸리고, 비행기를 타면 20년을 넘게 날아가야 하며, 걸어서는 4000년을 걸어야만 도착할 수 있는 거리입니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr