지구는 얼마나 빠르게 움직이고 있을까?

 우리가 발을 딛고 있는 지구는 멈춰있는 것처럼 느껴지지만 사실 엄청난 속도로 움직이고 있습니다. 정의하기에 따라 다르게 나타낼 수 있는 속도를 알아보고 다른 물체와 행성들을 비교해서 실제 속도를 간접적으로 알아보도록 하겠습니다.

움직이는 지구

1. 지구의 속도

1) 자전 속도: 지구는 자체적으로 주축 주위를 서쪽으로 돌면서 자전합니다. 이로 인해 적도 부근에서의 자전 속도는 약 1670km/h입니다. 즉, 지구 표면 상의 한 점은 하루에 약 40000km를 이동하게 됩니다.

2) 공전 속도: 지구는 태양을 중심으로  타원형 궤도를 따라 공전합니다. 평균 공전 속도는 약 107,218km/h입니다.

3) 솔라포스(Solar Force): 은하수가 전파하는 에너지와 가스 등이 작용하여 지구가 우주 공간을 관성에 의해 이동하는 현상을 말합니다. 이러한 움직임은 약 370km/h입니다.

*솔라포스- 태양의 에너지 또는 힘을 의미하고 태양 표면에서 방출되며, 태양풍이나 태양볼트 등의 형태로 외부로 전달됩니다. 과학적인 문맥에서 별들이나 천체들 간에 작용하는 중력과 전자기력 등의 힘을 포함합니다.

 

2. 지구의 움직임

1) 자전: 지구는 자체적으로 주축 주위를 회전하면서 하루에 한 번 자전합니다. 이로 인해 하늘이 돌아가는 것처럼 보이며, 낮과 밤이 생기고 별들도 이동하는 것처럼 보입니다.

2) 공전: 지구는 태양 주위를 타원형 궤도를 따라 공전합니다. 이 공전 운동으로 인해 1년이라는 시간 개념이 생기며 계절 변화가 발생합니다.

3) 기울기 변화: 지구의 축은 약간 기울어져 있습니다. 이로 인해 한 해 동안 태양광이 동일한 각도로 비추지 않으며 사계절이 발생합니다.

4) 프리셔션프리셔션 현상: 프리셔션은 달과 해의 조합으로 발생하는 현상으로 월식과 일식을 포함합니다.

5) 지진 및 대륙 이동: 더 크고 장기적인 시각에서 볼 때, 지구는 플레이트 테크토닉스(Plate tectonics)와 관련된 지진 활동 및 대륙 이동으로 인해 변형되고 움직입니다.

* 플레이트 테크토닉스(Plate teconics)- 지구의 지각 변동과 관련된 핵심적인 지질학적 이론. 이이론은 지구 표면을 구성하는 여러 개의 "플레이트"가 상대적으로 움직임을 가지며 상호작용하는 것을 설명합니다.

 

3. 지구의 공전 속도

 지구의 공전 속도는 태양 주위를 움직이는 속도를 의미합니다. 이 속도는 지구와 태양 사이의 거리와 관련이 있으며, 평균적으로 약 107,218km/h입니다.

 지구의 공전은 태양을 중심으로 타원형 궤도를 따라 일어나며, 이 궤도는 태양과의 평균 거리인 149,597,870.7km로 알려져 있습니다. 이 궤도에서 지구는 일 년에 한 바퀴를 돌며 완전한 공전을 완료합니다. 공전 속도는 궤도 주기와 관련이 있으며, 지구가 한 바퀴를 돌기 위해 약 365.25일(윤년을 포함한 평균적인 연간 일수)이 걸립니다. 따라서 하루에 해당하는 평균 공전 거리는 약 940,000,000km입니다.

 

4. 지구가 공전하는 이유

 지구가 공전하는 이유는 중력에 의해 태양 주위를 움직이는 천체로서의 역할을 수행하기 때문입니다. 

1) 중력: 중력은 물체 사이에서 작용하는 인력으로, 두 물체 간의 질량과 거리에 의해 결정됩니다. 태양은 지구보다 훨씬 큰 질량을 가지고 있으며, 이로 인해 지구는 태양으로부터 중역으로 인한 힘을 받습니다.

2) 운동량 보존 법칙: 운동량 보존 법칙은 자연법칙 중 하나로, 폐쇄된 시스템 내에서 전체 운동량의 합은 변하지 않는다는 원리입니다. 따라서 지구가 초기 형성 단계에서 얻은 운동량을 유지하려면 계속해서 일정한 경로를 따라 움직여야 합니다. 

3) 태양 중심 궤도: 지구와 다른 행성들은 태양 주위를 돌면서 궤도를 형성합니다. 이 궤도는 중심점이 태양인 타원형 궤도로 구성되어 있습니다.

4) 각운동량 보존: 지구의 공전 운동은 각운동량 보존 법칙에 의해 설명됩니다. 이 법칙은 회전하는 물체의 운동량이 변하지 않는다는 원리를 나타내고, 각운동량은 질량, 속도 및 회전 반경에 따라 결정됩니다. 

 

5. 로켓 보다 지구가 빠를까?

우리가 빠른 물체를 생각 해 봤을 때, 비행기나 로켓 정도가 떠오르지 않을까? 

1) 비행기: 비행기의 속도는 대게 시속 약 900km/h 정도로, 지구 표면에서 이동하는 속력에 비해 상당히 빠릅니다.

2) 로켓: 로켓의 속도는 다양한 요소에 의해 결정됩니다. 일반적으로 로켓은 대기권을 벗어나 우주로 진입하기 위해 필요한 초광속(escape velocity) 이상의 속력을 달성해야 합니다. 초광속은 지구 중력을 이겨내기 위한 최소한의 속력으로, 약 40,270km/h입니다. 따라서, 로켓이 초광속 이상의 속력을 달성하여 지구 중력에 저항할 수 있다면 로켓은 지구의 공전 속도보다 빠른 속도를 갖게 됩니다.

 지구의 공전속도는 약107,218km/h이며 상대적인 관점에서 보면 비행기가 지구보다 빠르게 움직이지만, 절대적인 관점에서 보면 지구의 공전 속도가 훨씬 크다고 할 수 있습니다.

로켓의 경우, 일반적으로 말해서 단기간 동안 지구 공전 속도보다 빠르게 움직일 순 있지만 그 후에는 자체적인 추진 시스템에 의해 가속되며, 구 후에는 엔진을 종료하고 운동량 보존 법칙에 따라서 움직입니다. 이 경우에 로켓이 일단 발사되면 추가적인 추진력 없이 자연스럽게 운동합니다.

 

6. 지구보다 빠른 태양계 행성은?

1) 수성(Mercury): 수성은 태양과 가장 가까운 행성으로, 공전 속도가 매우 빠릅니다. 수성은 약 47.9km/s의 평균 공전속도를 가지며, 이는 지구의 약 1.6배에 해당합니다. 수성은 태양 주위를 약 88일 동안 공전합니다.

2) 금성(Venus): 금성은 태양에서 두 번째로 가까운 행성이며, 지구보다 공전 속도가 빠릅니다. 약 35km/s의 평균 공전 속도를 가지며, 이는 지구의 약 1.2배에 해당합니다. 금성은 225일 동안 태양 주위를 공전합니다.

3) 그 외 행성들: 수성 금성 다음으로 지구가 빠르며 29.8km/s의 공전 속도를 가지며, 그다음이 화성(Mars) 24.1km/s, 이 후로 순서대로 나열하면 목성(Jupiter) 13.1km/s, 토성(Saturn) 9.7km/s, 천왕성(Uranus) 6.8km/s, 해왕성(Neptune) 5.4km/s의 공전 속도를 가집니다.

 

7. 태양에 가까울수록 빠른 공전 속도를 가질까?

 태양에 가까울 수록 행성은 더 빠른 공전 속도를 갖습니다. 이는 행성들이 태양의 중력에 의해 영향을 받기 때문입니다.

 행성이 태양 주위를 도는 궤도는 일반적으로 타원형입니다. 케플러의 운동 법칙에 따르면, 행성이 타원 궤도를 따라 움직일 때, 점근점(근일점)과 원점(원일점)에서의 속도가 다릅니다. 타원 궤도에서 점근점에 위치한 경우, 행성은 태양으로부터 가까워지며 중력에 의해 가속됩니다. 이로 인해 점근점 부분에서 행성은 더 빠른 속도로 공전합니다. 반대로 원점 부분에서는 행성을 태양으로부터 멀어지며 중력에 의해 감속되어 늦은 속도로 공전합니다.

 따라서, 태양과 가까운 궤도를 갖는 행성들은 보다 빠른 공전 속도를 가지게 됩니다. 예를 들어 수성 (Mercury)와 금성 (Venus)처럼 지구보다 태양과 가까운 위치에 있는 행성들은 평균적으로 상대적으로 높은 공전 속도를 갖습니다.

 

8. 결론

 우리는 지구의 속도를 느끼기가 어렵습니다. 지구의 중력으로 인해 안정적으로 땅에 발을 딛고 있기 때문에 지구 안에서 보게 되는 빠름이란 상당히 지엽적인 사례들로 판단하 되는 인식의 한계를 느끼게 합니다. 빠르게 지나가는 오토바이나 기차, 비행기 등을 보면서 빠르다는 생각을 갖지만, 우리가 생활하는 터전인 이 지구가 실제로 엄청난 속도로 움직이고 있다는 사실을 잘 인지하지 못합니다. 지구의 속도에 대해 알고 다른 물체들과 행성들 비교해 보면서 우리가 체감하는 인식의 틀을 살짝 벗어나서 거대한 공간과 빠름을 생각해 보는 시간이 우리에게 또 다른 인식의 확장을 안겨줄지도 모릅니다.