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사무실로 누구냐고 하면 있던 내용은 참달의 중력은 지구에 조석 마찰을 일으켜 지구 자전 속도에 영향을 준다. 사진은 1996년 목성 탐사선 갈릴레오호가 촬영한 지구와 달. 미국항공우주국 제공
유례없는 폭염, 폭우가 반복되고 있는 올해 여름 지구는 평소보다 더 빨리 돌고 있다. 자전 속도가 높아진 것과 동시에 지구가 하지~추분 구간을 통과하는 시간이 짧아질 전망이다. 그러나 그 차이가 워낙 미세하기 때문에 이를 피부로 느끼지는 못한다. 우리가 흔히 말하는 하루 24시간(8만6400초)은 태양이 하늘에서 경도 기준으로 같은 위치에 다시 올 때까지 걸리는 시간을 말한다. 천문학에서는 이를 태양일(Solar Day)이라고 부른다. 그러나 실제로 지구가 자전축을 기준으로 한 바릴게임 무료충전게임 퀴 완전히 도는 데 걸리는 자전 주기는 23시간56분4초로 4분이 더 짧다. 이를 항성일(Sidereal Day)이라고 한다. 태양일이 항성일보다 더 긴 것은 지구가 공전하기 때문이다. 자전하는 동안 지구는 공전 궤도에서 약 1도 정도 더 이동한다. 따라서 태양이 다시 같은 위치에 오려면 약 1도 더 회전해야 한다. 이 1도 회전에 걸리는인터넷백경 시간이 바로 4분이다. 우리가 사용하는 시간 체계는 태양일을 기준으로 삼는다. 하지만 지구의 하루가 늘 24시간이었던 건 아니다. 과거엔 하루가 더 짧았다. 10억년 전까지만 해도 지구의 하루는 19시간에 불과했다. 공룡시대의 끝자락인 7천만년 전엔 하루가 23시간30분이었을 것으로 추정한다. 지구의 자전 속도가 이렇게상승추세 느려지는 원인은 어디에 있을까? 지구와 달 사이에 작용하는 중력이 바닷물을 끌어당겨 조석 마찰을 일으키면서 자전 에너지를 빼앗아가기 때문이다. 회전하는 물체에 브레이크가 걸리는 것과 같다.
1970년 이후 하루의 길이 변화. 2020년 이후 하루의 길이가 평균보다 짧은 날오션릴게임 이 많아졌다. 미 해군천문대 제공
지구의 하루, 100년마다 2밀리초씩 길어지는데… 과학자들은 조석 마찰에 따라 지구의 하루 길이는 100년에 0.0015~0.002초(1.5~2밀리초)씩 길어지고 있는 것으로 추정한다. 달은 이 과정에서 지구로부터 각운동량을 얻어 매년 약 3.8c앤트플러스 m씩 지구에서 멀어지고 있다. 이는 다시 지구의 자전 속도, 즉 하루의 길이를 더욱 느리게 만드는 쪽으로 작용한다. 물리학에서는 이를 각운동량으로 설명한다. 달과 지구는 중력으로 묶여 있어 총 각운동량(자전속도)이 일정하게 유지되는 하나의 시스템을 이루고 있기 때문에, 달이 멀어지면서 달의 각운동량이 커지면 그만큼 지구의 각운동량은 줄어든다. 두 명의 피겨 스케이팅 선수가 손을 잡고 함께 회전할 때 일어나는 현상과 같은 이치다. 그러나 이렇게 장기적으로 영향을 미치는 힘만 지구 자전에 영향을 주는 건 아니다. 그때그때 달라지는 지구 내부 물질의 움직임, 지구 표면을 덮고 있는 대기와 바닷물 흐름의 변화, 지구 공전궤도에서 5도 기울어져 있는 달 공전궤도에서의 달 위치 등도 조금씩 영향을 미친다. 이에 따른 변화는 매일 또는 수년, 수십년에 걸쳐 일어날 수 있다. 미 해군천문대(usno) 자료에 따르면 10년 주기의 긴 변동은 지구 내부의 움직임과, 2년 미만 주기의 짧은 변동은 대기의 변화와 더 관련이 있다. 세계 시간, 날짜 관련 정보를 제공하는 웹사이트 타임앤데이트(timeanddate.com)에 소개된 측정 결과에 따르면 지난 7월10일 이런 일이 일어났다. 이날 지구는 표준 24시간보다 1.38밀리초 짧아졌다. 이는 원자시계로 지구 자전 속도를 밀리초 단위까지 정밀하게 측정하기 시작한 이래 가장 짧은 하루 가운데 하나다. 2020년까지 원자시계가 측정한 가장 짧은 하루는 평균치 대비 -1.05밀리초였다. 그러다 지난해 7월5일 -1.66밀리초로 최대치를 기록했다. 지난 10일은 이에 근접하는 기록이다. 이번 여름에 지구 자전 속도를 높이고 있는 주된 요인은 달의 궤도로 꼽힌다. 달의 위치가 지구 적도에서 북쪽이나 남쪽으로 멀어질 때 지구는 좀 더 빨리 돈다. 달이 적도에 가까이 있을 땐 지구의 조수(밀물썰물)에 대한 달의 중력 영향이 더 강해져 자전 속도가 약간 느려지고, 적도에서 멀리 있을 땐 그 영향이 약해져 자전 속도가 약간 더 빨라진다. 7월10일은 달이 지구 적도에서 가장 멀리 떨어진 위치에 있는 날이었다. 22일에도 같은 이유로 하루 길이가 1.34밀리초 짧아졌다. 과학자들은 8월 초엔 여러날에 걸쳐 1밀리초 이상 짧아질 것으로 예상한다.
1955년 영국 국립물리학연구소가 제작한 세계 최초의 원자 시계. The Board of Trustees of the Science Muse 제공
2020년 이후 지구 자전 속도 빨라져 지구의 하루 길이가 늘어나는 장기 추세와는 달리 2020년 이후 지구의 자전 속도는 평균보다 빠른 상태를 이어가고 있다. 지난 21일도 24시간보다 0.86밀리초 짧았다. 이는 적도 기준으로 지구가 40.2cm 자전하는 데 걸리는 시간에 해당한다. 과학자들은 그러나 아직 원인을 알아내지는 못했다. 모스크바국립대 레오니드 조토프 교수는 타임앤데이트에 “최근의 자전 가속 원인은 아직 설명할 수 없다”며 ”대부분의 과학자들은 지구 내부의 어떤 요인에 기인하는 것으로 생각한다”고 말했다. 이런 현상이 지속될 경우 협정세계시(UTC)를 지구의 자전 속도와 맞추기 위해 사상 처음으로 1초를 빼는 ‘음의 윤초’를 도입해야 할 수도 있다. 샌디에이고캘리포니아대의 던컨 애그뉴 교수(지구물리학)는 2024년 국제학술지 네이처에 “2029년에 그럴 가능성이 있다”는 연구 결과를 발표했다. 그러나 2022년 국제도량형총회에서 컴퓨터 시스템의 오작동과 혼란 등을 우려해 2035년까지 윤초를 폐지하기로 결정한 바 있어 ‘음의 윤초’가 실제 실행될지는 미지수다. 전 세계 시간을 기록하는 기관인 국제지구자전좌표국(IERS)은 1972년 윤초 제도를 도입한 이래 그동안 27번 윤초를 추가했으나 모두 양의 윤초였다. 마지막으로 윤초를 추가한 것은 2016년 12월31일이었다.
온실가스 고배출 시나리오(RCP 8.5)와 저배출 시나리오(RCP 2.6)에서 기후 변화가 자전 속도를 얼마나 늦출지를 보여주는 그래프. 고배출 시나리오에선 기후 변화가 이번 세기 말에 달의 조석 마찰력보다 더 큰 영향을 끼칠 것으로 예측됐다. 미 국립과학원회보(PNAS)
인간에 의한 기후 변화가 자전 속도에 미치는 영향 최근엔 인간 활동에 의한 기후 변화가 앞으로 자전 속도에 영향을 줄 주된 요인으로 주목받고 있다. 스위스 취리히연방공대가 중심이 된 국제연구진은 지구 온난화가 자전 속도를 늦추는 쪽으로 작용하고 있다는 연구 결과를 2024년 미국립과학원회보(PNAS)에 발표했다. 지구 기온 상승으로 얼음이 녹아 바다로 흘러가는 물의 양이 더 많아지면, 물이 극지에서 적도 쪽으로 퍼져나간다. 이로 인해 적도쪽 물이 더 불어나 지구의 적도 부분이 좀 더 불룩해지면 지구 자전 속도를 늦추는 힘으로 작용한다는 것이다. 피겨 스케이팅 선수가 빠르게 회전할 땐 팔을 안으로 모으고, 느리게 회전할 땐 팔을 뻗는 것과 같다. 연구진에 따르면 기후 변화의 영향은 2000년 이후 더 커져 지난 20년간 ‘100년에 1.33밀리초’만큼 자전 속도를 늦췄다. 연구진은 “온실가스 고배출 시나리오(RCP 8.5)를 기준으로 계산할 경우, 2080년에서 2100년 사이에 기후 변화로 인한 하루 길이의 증가폭은 ‘100년에 2.62밀리초’로 커져 달의 조석 마찰력보다 더 중요한 요인이 될 수 있다”고 밝혔다. 기후 변화는 2029년으로 예상되는 ‘음의 윤초’ 시기를 더 늦출 수도 있다.
하루 앞당겨진 원일점, 여름 구간 단축 효과 올해 여름도 평소보다 짧아진다. 타원 공전궤도를 도는 지구는 케플러의 제2법칙(또는 각운동량 보존 법칙)에 따라 근일점(태양에서 가장 가까운 지점)에 있을 때 가장 빠르게 움직이고, 원일점(태양에서 가장 먼 지점)에서 가장 느리게 움직인다. 원일점(7월 초)을 지날 때는 북반구의 여름, 근일점(1월 초)을 통과할 때는 남반구의 여름이다. 이에 따라 북반구는 남반구보다 여름이 약 4일 더 길다. 그러나 원일점과 근일점을 지나는 시점은 해마다 약간씩 달라진다. 이것 역시 지구 자전축의 움직임, 달과 다른 행성의 중력 영향 때문이다. 올해 지구가 원일점에 도달한 때는 7월3일 19시54분(UTC)이었다. 지난해보다 하루가 앞당겨졌다. 원일점은 공전 속도가 가장 느린 지점이기 때문에, 원일점 통과 시간이 앞당겨지면 북반구 여름에 해당하는 느린 구간이 짧아지는 효과를 가져온다. 천문학에서 말하는 북반구의 여름은 지구가 하지점(북회귀선)을 지나 추분점(적도)에 이를 때까지다. 지구의 자전축이 태양 쪽으로 가장 많이 기울어져 태양이 북회귀선(북위 23.5도)에 있을 때 여름이 시작돼 다시 적도로 내려갈 때 여름이 끝난다. 타임앤데이트가 이에 기반해 계산한 결과에 따르면 올해 북반구의 여름은 93일15시간37분이다. 이는 지난해 여름의 93일 15시간52분보다 15분 짧은 것이다. 곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
