[과학] 지구의 자전 증거, 지구의 공전 증거, 지구의 자전과 공전이란?, 지구의 자전축 자전방향

지구의 자전과 공전은 서로 다른 현상이지만, 밀접하게 연관되어 지구의 낮과 밤, 계절 변화, 우리가 경험하는 시간의 흐름을 만들어냅니다. 자전과 공전은 각각 독립적으로 일어나는 운동으로 지구가 자전하면서 동시에 태양 주위를 공전하는데 자전은 하루의 기준(낮과 밤)을, 공전은 1년의 기준(계절 변화)을 만들고 있으며 지구의 자전축 기울기는 공전과 결합하여 계절 변화라는 중요한 현상을 만들어냅니다.

지구의 자전과 공전

 

만약 자전축이 기울어져 있지 않았다면 지구는 공전을 하더라도 계절 변화가 거의 없었을 것입니다. 지구의 자전은 낮과 밤을, 공전은 1년을 주기로 하는 계절 변화를 만들어내는 핵심적인 운동이며, 이 둘은 지구상의 생명체가 살아가는 데 필수적인 환경 조건을 제공합니다. 오늘은 지구의 공전과 자전의 증거에 대해서 알아볼게요.

 

1. 지구의 자전축과 자전방향

지구의 자전축은 공전 궤도면의 수직인 방향에서 약 23.5도 기울어져 있다. 우주 관찰자 관점에서 지구의 자전 방향을 살펴보면 북반구에서는 시계 반대 방향, 남반구에서는 시계 방향으로 자전하는 것처럼 보이지만 지구 관찰자 관점에서 보면 북반구, 남반구 모두 서에서 동으로 자전하고 있다.하루 동안 지구에서 보는 천체의 모습은 동쪽에서 서쪽으로 움직인다. 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하기 때문에 천체의 모습은 지구의 자전 방향과 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보인다.

지구 자전축 자전 방향

2. 지구의 자전

지구의 자전은 지구의 북극과 남극을 이은 가상의 축인 자전축을 중심으로 지구가 하루에 한 바퀴씩 도는 현상을 말한다. 지구의 자전 방향은 서쪽에서 동쪽이며 북극에서 보았을 때 시계 반대 방향 으로 회전한다.

 

지구 자전의 증거

• 푸코의 진자 실험: 푸코 진자는 푸코가 지구의 자전을 증명 하는 실험에서 사용한 진자이다. 푸코는 진자를 움직이면 적도 이외의 장소에서는 지구의 자전에 의하여 진자의 진행 방향이 조금씩 회전하듯 틀어질 것이라고 생각하였다. 푸 코가 1851년 판테온에서 한 공개 실험에서 추의 진자 운동 은 일정하였지만, 진동면 자체가 서서히 시계 방향으로 회 전하였다. 이는 지구가 시계 반대 방향으로 자전하기 때문 이다.
• 인공위성 궤도의 서편 현상: 인공위성 궤도의 서편 현상은 극 궤도 위성의 궤도가 지구에서 바라볼 때 서쪽으로 이동하는 현상이다. 극궤도 위성은 회전할 때마다 지구 자전에 의하 여 서쪽으로 이동하여 관측된다. 이는 지구가 서쪽에서 동 쪽으로 자전하기 때문에 나타나는 현상이다.

3. 지구의 공전

지구의 공전은 태양을 중심으로 지구가 일 년에 한 바퀴씩 도는 현상을 말하며 지구의 공전 방향은 서쪽에서 동쪽이며 북반구를 기준으로 시계 반대 방향으로 회전한다.

 

지구 공전의 증거

지구가 일 년에 태양 주위를 한 바퀴씩 도는 지구의 공전으로 인해 지구의 관측자는 태양이 일년에 한 바퀴씩 지구를 도는 것처럼 보인다. 이러한 태양의 겉보기 운동을 태양의 연주 운동이라고 한다. 하지만 태양의 연주 운동은 공전의 증거가 될 수는 없다. 태양이 지구 주위를 돌아도 이러한 운동을 관찰 할 수 있기 때문이다.

 

지구가 공전하는 증거는 다음과 같다.

 

• 연주 시차: 시차 현상이란 먼 거리의 물체를 보는 관측자의 위치가 변하면 물체가 마치 반대 방향으로 움직이는 것처럼 보이는 현상이다. 지구의 공전 운동으로 인해 지구의 위치가 달라지면 실제 별의 위치가 변하지 않아도 별이 보이는 위치가 달라진다.

연주시차

 

지구가 공전한다면 6월과 12월에 관측한 밤하늘의 별을 비교하였을 때 태양에 가까운 별일수록 그 위치가 크게 달라진다. 지구의 다른 두 위치에서 별에 그은 직선이 이루는 각의 1/2을 연주 시차라고 하고, 이것은 지구가 공전하는 증거이다.

별의 스펙트럼 변화(출처 금성출판사)

• 별의 스펙트럼 변화: 별의 스펙트럼을 관찰하면 6개월을 주기로 별빛 스펙트럼이 적색편이(지구와 별 사이의 거리가 멀어져 파장이 길어지는 경우), 청색편이(지구와 별 사이의 거리가 짧아져 파장이 짧아지는 경우)로 교대로 바뀐다. 즉, 6개월마다 빛의 파장이 길어지거나 짧아지는 것은 지구가 별에 가까워졌다 멀어지는 것이므로 지구가 공전하는 증거가 될 수 있다.