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자전
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自轉 / Rotation
자전이란, 천체가 한 축을 중심으로 스스로 한 바퀴 회전하는 것을 말한다. 태양계에 있는 모든 천체들은 자전과 공전을 한다. 태양계뿐만 아니라 다른 항성들이나 떠돌이 행성, 블랙홀 또한 마찬가지다. 심지어 오르트 구름의 창안자 얀 오르트에 의해 은하도 자전과 공전을 하는 것으로 밝혀졌다.
자전하는 이유에 대한 유력한 가설은 항성과 행성이 형성되었을 때의 흔적이라는 것이다. 이들 천체는 가스 구름이 서로 뭉치면서 형성된 결과물인데 이 가스 구름은 소용돌이 치는 형태로 빙글빙글 돌면서 뭉친다. 마침내 모든 물질들이 뭉치면 하나의 천체가 되는 데 이 천체가 형성되는 과정에서의 빙글빙글 도는 운동을 관성의 법칙에 의해 가지기 때문에 계속 끝없이 돌게 되는 것이다. 초기 가스 구름의 회전이 매우 느리다 하더라도 가스가 뭉쳐 천체가 되는 과정에서 각 운동량 보존 법칙에 의해 회전 속도는 매우 빨라진다. 이를 자전이라고 부른다.[2][3]
지구의 자전이란 지구가 (북반구에서 남반구를 내려다 보았을때) 자전축을 중심으로 하루에 한번씩 서쪽에서 동쪽으로(시계반대방향으로) 도는 운동을 말한다. 지구가 자전하는 속도는 어마어마하게 빠르다. 적도 부근에서는 약 시속 1,674km/h이다.[4] 환산하면 약 초속 465m/s, 즉 1초에 465m를 간다. 이는 한 1시간에 15.04°씩 회전하는 것과 같다
흔히 생각하는 것과 다르게, 지구 자전 주기는 하루 24시간 에 약 4분 정도 못 미치는 23시간 56분 4.091초(약 23.9345시간)이다. 왜냐면 자전 한 바퀴와 하루를 혼용해서 쓰긴 하지만 엄밀히 말하자면 둘의 기준이 다르기 때문이다.[5] 자전은 우주공간의 3차원 좌표에서 지구라는 구체가 1회전 하는데 걸리는 시간이지만, 하루는 지표면의 한 지점에서 보기에 태양이 어제와 같은 위치에 오는데 걸리는 시간인데(엄밀히 말하면 균시차 등도 고려해야 하나 생략), 지구는 자전과 동시에 공전도 하기에 자전 1회전 후에 공전이 진행된 만큼 약간 더 자전해야만 지표면을 기준으로 태양이 다시 같은 자리에 온다. 그림 참고.[6]
또한 지구의 자전주기는 100,000년마다 대략 1초 늘어나며, 결과적으로 지구의 시간도 1초씩 짧아진다. 하지만 점점 느려지며 하루는 100년에 0.002초씩 길어진다는 연구결과가 있다. 하지만 2011년 도호쿠 대지진으로 인해 자전 속력이 아주 조금 빨라졌다.
약 70억년 뒤 쯤이면 지구의 자전이 멈춘다는 계산이 있지만, 이건 지구가 존속한다는 전제하에 해본 의미없는 계산이니 그냥 무시하자. 지구 자전이 멈출 수 있는 시간보다 한참 전에 지구는 증발해서 없어지며, 그 증발되기 수억~수십억년 전에 이미 그 어떤 생물도 살 수 없는 행성이 되어서 다 죽든지, 다 떠나든지 둘 중 하나가 되어있을 것이다.[7] 다시 말해 지구는 없어지기 전까지 계속 자전한다. 현재 태양의 크기는 지구와 태양 표면 사이의 평균 거리의 약 1% 정도 되지만, 태양 크기는 커지고[8] 거리는 줄어들기에 나중에는 2% 이상이 된다.
푸코 진자의 진동면이 중위도 지역에서 시간에 따라 변화한다.
종종 픽션에서 초월적인 존재가 자전을 멈추니 마니 하는데, 자전이 멈추는 순간 인류 문명은 말 그대로 초토화된다.
만일 순간적으로 자전이 멈춘다면? 지표면 위의 모든 것은 관성으로 인해 시속 1,680 km의 속도로 내팽겨쳐지며(적도 기준) 개박살 날 것이다. 자동차 충돌 사고가 일어나면 튕겨나가는 것과 비슷한 원리다. 버스가 시속 100km 속도로 달리다가 갑자기 급정거를 해버리면 서있는 사람들은 물론 앉아있는 사람도 앞으로 튕겨져나가는거랑 똑같은 원리.
그렇다면 관성 문제가 발생하지 않는 한에서 자전이 멈춘다면? NGC에서 2012년 방영한 인류멸망이라는 프로에서 이것을 다뤘다. 멈추는 과정에서의 생기는 문제로 먼저 지구의 구성층이 멈추는 중에 충돌을 일으키면서 지진이 많아진다. 그리고 원심력이 사라지면서 적도 근처에 있던 대량의 바닷물이[9] 북극과 남극쪽으로 이동하면서 세계지도가 완전히 바뀐다. 북극에는 엄청난 깊이의 바다만이 생기고 적도에는 큰 대륙이 생기는데 대부분의 지역이 매우 높은 고도로 공기가 희박해진다.[10] 덕분에 인류가 생존할 수 있는 구역이 점점 줄어 그 중간 위도에만 한정되게 된다.
자전이 완전히 멈춘 다음에는 문명의 붕괴를 넘어서 생존에 급급한 상황이 된다. 밤과 낮의 변화를 오로지 공전에 의존해야하기 때문에 밤과 낮이 6개월마다 바뀜으로써 겨울에는 엄청나게 춥고 여름에는 엄청 더운 혹독한 날씨가 된다. 또 다른 심각한 문제로 대기의 이동이 거의 멈추게 된다.(무역풍 같은 것들은 지구의 자전에 의해 생긴다.) 이 결과 내륙지방에는 비가 안와서 가뭄으로 인간의 생존이 불가능해진다. 그나마 생존이 가능한 해안은 엄청난 폭우가 옴으로써 더 혹독한 날씨가 된다. 많은 사람이 사망할 것으로 예상되고 생존자들도 좁은 해안가에서 혹한의 날씨를 견디면서 생존에만 급급한 상황이 된다.
이후 달의 기조력이 지구의 자전을 늦추는 것이 아니라 반대로 가속시키게 되고, 달은 더 이상 지구한테서 멀어지지 않으며, 달의 중력이 지구를 잡아당기게 되어 시간이 지나면 지구는 다시 자전하기 시작할 것이다. 하지만 이렇게 원상복귀(?)가 되기까지는 수없이 많은 세월을 기다려야 할 것이다. 요약하자면 이렇다.
아래는 전 NASA 직원이자 웹툰 작가인 랜들 먼로가 집필한 "위험한 과학책"의 "자전이 갑자기 멈춘다면?"이란 질문의 답변 부분이다. 참고로 이 책엔 별별 골때리는 질문에 랜들 먼로가 설명을 해 주는 구성을 하고 있는데 질문 중 몇 개를 꼽자면, "진짜 광속구를 던지면?" 라든가 "사용 후 핵연료 저장 수조에서 수영을 하면?" 따위가 있다.
달도 마찬가지로 지구 주위를 공전하면서 자전을 한다. 자전주기는 공전주기와 일치하며 약 30일 정도에 지구를 한 바퀴 돈다. 따라서 지구에서는 항상 같은 앞면만 보게 된다. 조석 고정 참조.
블랙홀 중 커 블랙홀[11] , 커-뉴먼 블랙홀[12] 이 자전하는 특성을 띤다.
매우 빠르게, 그것도 넘사벽의 속도로 자전한다. 위 영상에서 나오는 소리는 자전시 나오는 전파인 펄사(Pulsar)를 녹음한 것이다.
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참고하십시오.
1. 개요[편집]
自轉 / Rotation
자전이란, 천체가 한 축을 중심으로 스스로 한 바퀴 회전하는 것을 말한다. 태양계에 있는 모든 천체들은 자전과 공전을 한다. 태양계뿐만 아니라 다른 항성들이나 떠돌이 행성, 블랙홀 또한 마찬가지다. 심지어 오르트 구름의 창안자 얀 오르트에 의해 은하도 자전과 공전을 하는 것으로 밝혀졌다.
자전하는 이유에 대한 유력한 가설은 항성과 행성이 형성되었을 때의 흔적이라는 것이다. 이들 천체는 가스 구름이 서로 뭉치면서 형성된 결과물인데 이 가스 구름은 소용돌이 치는 형태로 빙글빙글 돌면서 뭉친다. 마침내 모든 물질들이 뭉치면 하나의 천체가 되는 데 이 천체가 형성되는 과정에서의 빙글빙글 도는 운동을 관성의 법칙에 의해 가지기 때문에 계속 끝없이 돌게 되는 것이다. 초기 가스 구름의 회전이 매우 느리다 하더라도 가스가 뭉쳐 천체가 되는 과정에서 각 운동량 보존 법칙에 의해 회전 속도는 매우 빨라진다. 이를 자전이라고 부른다.[2][3]
2. 지구의 자전[편집]
지구의 자전이란 지구가 (북반구에서 남반구를 내려다 보았을때) 자전축을 중심으로 하루에 한번씩 서쪽에서 동쪽으로(시계반대방향으로) 도는 운동을 말한다. 지구가 자전하는 속도는 어마어마하게 빠르다. 적도 부근에서는 약 시속 1,674km/h이다.[4] 환산하면 약 초속 465m/s, 즉 1초에 465m를 간다. 이는 한 1시간에 15.04°씩 회전하는 것과 같다
흔히 생각하는 것과 다르게, 지구 자전 주기는 하루 24시간 에 약 4분 정도 못 미치는 23시간 56분 4.091초(약 23.9345시간)이다. 왜냐면 자전 한 바퀴와 하루를 혼용해서 쓰긴 하지만 엄밀히 말하자면 둘의 기준이 다르기 때문이다.[5] 자전은 우주공간의 3차원 좌표에서 지구라는 구체가 1회전 하는데 걸리는 시간이지만, 하루는 지표면의 한 지점에서 보기에 태양이 어제와 같은 위치에 오는데 걸리는 시간인데(엄밀히 말하면 균시차 등도 고려해야 하나 생략), 지구는 자전과 동시에 공전도 하기에 자전 1회전 후에 공전이 진행된 만큼 약간 더 자전해야만 지표면을 기준으로 태양이 다시 같은 자리에 온다. 그림 참고.[6]
또한 지구의 자전주기는 100,000년마다 대략 1초 늘어나며, 결과적으로 지구의 시간도 1초씩 짧아진다. 하지만 점점 느려지며 하루는 100년에 0.002초씩 길어진다는 연구결과가 있다. 하지만 2011년 도호쿠 대지진으로 인해 자전 속력이 아주 조금 빨라졌다.
약 70억년 뒤 쯤이면 지구의 자전이 멈춘다는 계산이 있지만, 이건 지구가 존속한다는 전제하에 해본 의미없는 계산이니 그냥 무시하자. 지구 자전이 멈출 수 있는 시간보다 한참 전에 지구는 증발해서 없어지며, 그 증발되기 수억~수십억년 전에 이미 그 어떤 생물도 살 수 없는 행성이 되어서 다 죽든지, 다 떠나든지 둘 중 하나가 되어있을 것이다.[7] 다시 말해 지구는 없어지기 전까지 계속 자전한다. 현재 태양의 크기는 지구와 태양 표면 사이의 평균 거리의 약 1% 정도 되지만, 태양 크기는 커지고[8] 거리는 줄어들기에 나중에는 2% 이상이 된다.
2.1. 지구 자전의 증거[편집]
푸코 진자의 진동면이 중위도 지역에서 시간에 따라 변화한다.
2.2. 자전에 의해서 일어나는 현상[편집]
- 밤과 낮
- 전향력
2.3. 지구 자전이 멈추면?[편집]
종종 픽션에서 초월적인 존재가 자전을 멈추니 마니 하는데, 자전이 멈추는 순간 인류 문명은 말 그대로 초토화된다.
만일 순간적으로 자전이 멈춘다면? 지표면 위의 모든 것은 관성으로 인해 시속 1,680 km의 속도로 내팽겨쳐지며(적도 기준) 개박살 날 것이다. 자동차 충돌 사고가 일어나면 튕겨나가는 것과 비슷한 원리다. 버스가 시속 100km 속도로 달리다가 갑자기 급정거를 해버리면 서있는 사람들은 물론 앉아있는 사람도 앞으로 튕겨져나가는거랑 똑같은 원리.
그렇다면 관성 문제가 발생하지 않는 한에서 자전이 멈춘다면? NGC에서 2012년 방영한 인류멸망이라는 프로에서 이것을 다뤘다. 멈추는 과정에서의 생기는 문제로 먼저 지구의 구성층이 멈추는 중에 충돌을 일으키면서 지진이 많아진다. 그리고 원심력이 사라지면서 적도 근처에 있던 대량의 바닷물이[9] 북극과 남극쪽으로 이동하면서 세계지도가 완전히 바뀐다. 북극에는 엄청난 깊이의 바다만이 생기고 적도에는 큰 대륙이 생기는데 대부분의 지역이 매우 높은 고도로 공기가 희박해진다.[10] 덕분에 인류가 생존할 수 있는 구역이 점점 줄어 그 중간 위도에만 한정되게 된다.
자전이 완전히 멈춘 다음에는 문명의 붕괴를 넘어서 생존에 급급한 상황이 된다. 밤과 낮의 변화를 오로지 공전에 의존해야하기 때문에 밤과 낮이 6개월마다 바뀜으로써 겨울에는 엄청나게 춥고 여름에는 엄청 더운 혹독한 날씨가 된다. 또 다른 심각한 문제로 대기의 이동이 거의 멈추게 된다.(무역풍 같은 것들은 지구의 자전에 의해 생긴다.) 이 결과 내륙지방에는 비가 안와서 가뭄으로 인간의 생존이 불가능해진다. 그나마 생존이 가능한 해안은 엄청난 폭우가 옴으로써 더 혹독한 날씨가 된다. 많은 사람이 사망할 것으로 예상되고 생존자들도 좁은 해안가에서 혹한의 날씨를 견디면서 생존에만 급급한 상황이 된다.
이후 달의 기조력이 지구의 자전을 늦추는 것이 아니라 반대로 가속시키게 되고, 달은 더 이상 지구한테서 멀어지지 않으며, 달의 중력이 지구를 잡아당기게 되어 시간이 지나면 지구는 다시 자전하기 시작할 것이다. 하지만 이렇게 원상복귀(?)가 되기까지는 수없이 많은 세월을 기다려야 할 것이다. 요약하자면 이렇다.
아래는 전 NASA 직원이자 웹툰 작가인 랜들 먼로가 집필한 "위험한 과학책"의 "자전이 갑자기 멈춘다면?"이란 질문의 답변 부분이다. 참고로 이 책엔 별별 골때리는 질문에 랜들 먼로가 설명을 해 주는 구성을 하고 있는데 질문 중 몇 개를 꼽자면, "진짜 광속구를 던지면?" 라든가 "사용 후 핵연료 저장 수조에서 수영을 하면?" 따위가 있다.
3. 달의 자전[편집]
달도 마찬가지로 지구 주위를 공전하면서 자전을 한다. 자전주기는 공전주기와 일치하며 약 30일 정도에 지구를 한 바퀴 돈다. 따라서 지구에서는 항상 같은 앞면만 보게 된다. 조석 고정 참조.
4. 블랙홀의 자전[편집]
블랙홀 중 커 블랙홀[11] , 커-뉴먼 블랙홀[12] 이 자전하는 특성을 띤다.
5. 중성자별의 자전[편집]
매우 빠르게, 그것도 넘사벽의 속도로 자전한다. 위 영상에서 나오는 소리는 자전시 나오는 전파인 펄사(Pulsar)를 녹음한 것이다.
6. 관련 문서[편집]
[1] 모두의 과학 채널에서 제작한 지구의 자전과 공전 관련 영상[2] 공전도 마찬가지로 태양계의 경우 성운과 가스들이 거대한 소용돌이(원반을 생각하면 쉽다) 모양으로 돌다가 중심 물질들이 태양을 구성한 뒤 남은 물질들은 관성과 태양의 중력으로 계속 태양을 중심으로 주위를 돌게 되고, 그중에 일부가 뭉치고 뭉치다가 각 행성을 형성.[3] 물론 이 내용이 직접적으로 증명되지는 않았기에 오늘날에도 천문학자들은 엄밀한 증거를 찾기 위해 노력하고 있다.[4] 지구의 둘레는 약 40,075km인데 이걸 지구 자전주기인 23시간 56분 4.091초로 나누면 약 시속 1,674.36km/h이다. [5] 둘의 천문학적 정의와 용어도 다르다. 자전 주기는 항성일이라고 부르고, 하루 24시간은 태양일이라고 부른다. 각각의 항목 참조.[6] 즉, 지구 자전은 태양과 관계없이 지구 자전축을 중심으로 회전하는 지구만이 기준이고, 하루 1일은 지구 표면 위의 인간이 관찰하는 태양이 기준이다. 개념 자체가 하루 24시간은 인류가 보기에 뜨고 지는 해를 기준으로 만든 시간 단위이다.[7] 그 이전에 대략 50~60억년뒤에 태양이 폭발하며, 그보다 훨씬 더 이전에 지구는 증발한다. 그런데 그보다 또 더 이전인 10억년쯤 뒤에 이미 인간을 포함한 상당수의 생물이 지구에서 살기 어려울 정도가 된다는 설이 최근에는 신빙성있게 받아들여진다. 이는 사실 지구 자체와 무관한 부분이 더 큰데, 핵융합을 미친 듯이 하고 있는 태양이 계속 커지고 있어서 태양 표면과 지구가 지나치게 가까워지기 때문이다.(참고로 지구 질량 중심과 태양 질량 중심은 오히려 갈수록 멀어지는데, 그 멀어지는 속도보다 태양의 크기가 커지는 속도가 비교도 안 되게 훨씬 빠르니까 태양 표면이 계속 지구로 다가오는 것이다. 먼저 수성 금성부터 날려버리고 지구도 날려버린다) 즉, 어느 시점부터 지금보다 훨씬 가까이서 날아오는 뜨거운 태양 복사에너지로 인한 온열질환으로 모든 생물이 세포 유지도 못하게 다 쪄 죽고 그런 뒤에야 지구가 없어지는 것. 이에 대해서는 어느 시점부터 생물의 진화 및 적응력과 뜨거운데서 생존을 꾀하는 인류 기술력이 합쳐진 문제가 되므로 태양이 지구를 삼키는 시간이나 태양이 폭발하는 시간처럼 한가지 거시적 계산으로 답을 내기 매우 어려워, 2억년이나 5억년설도 있을만큼 상당히 부정확하다. 인류가 지구에서 살 수 있는 시간은 겨우(?) 10억년조차도 남지 않았다. 지구 입장에서 70억년 같은건 신경쓸 필요도 없다.[8] 현재는 100년에 몇미터 내외로 태양과 지구거리가 가까워진다고 관측되나, 이게 천만년 후 단위로 가면 실제로는 가속되기에 수천km보다 더 가까워질거라고 추측된다. [9] 사실 지구는 적도부근이 약간 부푼 타원형이다. 지구가 자전하면서 원심력에 의해 바닷물이 적도쪽으로 몰리는 것.[10] 지구는 완벽한 구형이 아니라 적도의 지름이 남북 지름보다 20 km 정도 더 크다. 자전하는 원심력 덕분에 물, 대기, 지표면이 지금의 구성을 유지하고 있는 것인데 갑자기 자전이 멈춰버리면 물과 공기는 극지방으로 이동해버리고 상대적으로 단단한 지각은 그대로 유지되면서 적도부분은 바다가 완전히 말라버린 초고산지대가 되어버린다.[11] 자전만 하는 것[12] 자전에 덧붙여서 전기까지 품고 있는 것