우주에서 본 지구
우주 공간에서 지구를 바라보면 지구는 매끄러운 공 모양을 하고 있습니다. 또 지구가 자전하고 있는 것을 관찰할 수 있습니다. 고정된 지점에서 보이는 지구 표면의 모습이 시간이 지나면서 조금씩 달라지기 때문입니다. 오늘날에는 과학 기술의 발달 덕분에 지구의 모양과 운동을 관찰하는 것은 어려운 일이 아닙니다.
하지만 지표면에서 생활하고 있는 우리들의 눈으로 보면 어떨까요? 사방을 둘러봅시다. 지구의 모양이 둥글게 보이나요? 끝없이 펼쳐진 지평선과 수평선은 지구가 평편하다는 생각을 의심 없이 받아들이게 합니다. 태양이 뜨고 지는 모습을 봅시다. 지구가 움직인다고 느껴집니까? 오히려 태양이 움직이는 것으로 보입니다. 밤하늘에 있는 별은 시간이 지날수록 그 위치가 바뀌는데, 이때도 별이 움직인다고 생각하게 됩니다. 이와 같이 지구에서 지구가 둥글며 움직이고 있다는 사실을 알아내는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 이 때문에 사람들은 오랫동안 지구가 우주 공간에서 회전하고 있는 공 모양의 천체라는 생각을 하지 못했습니다.
이집트 사람들은 하늘의 여신 누트가 평편한 땅을 위에서 에워싸고 있다고 생각했습니다. 밤과 낮이 생기는 것은 누트가 매일 저녁 태양을 삼켰다가 새벽에 토해 내기 때문이라고 여겼습니다. 그리고 인도 사람들은 평편한 지구를 4마리의 커다란 코끼리가 떠받치고 있다고 믿었습니다. 그래서 바다 지평선 가장자리까지 항해를 하면 떨어져 죽는다고 생각했지요.
- 지구의 모습은 어떻게 알 수 있는가
먼 바다에서 항구로 들어오는 배를 보면 돛대가 먼저 보인 다음 배의 몸체가 나타납니다. 반대로 항구에서 먼 바다로 나가는 배를 보면 몸체 부분이 사라진 다음 돛대가 사라집니다. 즉 배가 항구로 들어올 때에는 배의 윗부분부터 보이고, 나갈 때에는 아랫부분부터 사라집니다. 지구가 평편하다면 이와 같은 일은 일어나지 않을 것입니다. 항구에서 멀어지면 배의 크기는 작아지겠지만 돛대와 배의 몸체는 항상 같이 보일 것이기 때문입니다.
그리스의 철학자 아리스토텔레스는 월식 때 달에 생긴 그림자의 모양을 보고 지구가 둥글다고 생각했습니다. 그림자의 모양은 물체의 모양을 그대로 따르기 때문에 둥근 공의 그림자가 곧은 막대나 판의 그림자와 같을 수는 없습니다. 그런데 월식이 일어날 때 달에 생기는 그림자의 모양은 직선이 아니라 곡선으로 나타났습니다. 이것을 보고 지구가 둥글다고 생각한 것이지요.
지구가 둥글다는 사실은 별을 이용해서도 알 수 있습니다. 누구나 쉽게 찾을 수 있는 북극성을 예로 들어 봅시다. 지구가 평편하다면 서울에서 보는 북극성의 고도나 부산이나 제주에서 보는 북극성의 고도가 같아야 합니다. 그런데 제주에서 보는 북극성의 고도는 서울에서보다 작습니다. 그것은 제주가 적도에 조금 더 가까이 있기 때문입니다. 이러한 일은 지구가 둥글기 때문에 나타나는 현상입니다.
지구가 둥글다는 확실한 증거는 인공위성에서 찍은 지구 사진입니다. 공 모양의 지구 사진을 보면 어느 누구라도 지구가 둥글다는 사실에 고개를 끄덕이게 되지요.
- 지구 자전은 어떻게 알 수 있는가
1851년 프랑스 과학자 푸코는 파리에 있는 판테온의 천장에 무거운 추가 달린 긴 줄을 매달았습니다. 그리고 추를 앞뒤로 진동시켰습니다. 만약 지구가 움직이지 않는다면 추의 진동 방향은 변하지 않을 것입니다. 그런데 시간이 지나자 추의 진동 방향이 조금씩 바뀌었습니다. 앞뒤로 흔들리는 추의 진동 방향은 조금씩 시계 방향으로 움직였습니다.
추의 진동 방향은 왜 바뀌는 것일까요? 그것은 지구가 가만히 있지 않고 계속 움직이고 있기 때문입니다. 푸코는 이 실험을 통해 지구가 시계 반대 방향으로 자전하고 있다는 사실을 알아냈습니다.
오늘날에는 인공위성의 움직임을 통해 지구의 자전을 쉽게 증명할 수 있습니다. 인공위성은 일정한 속력과 방향으로 일정한 궤도를 따라 지구의 주위를 돌고 있습니다. 그런데 지구에서 인공위성이 움직이는 길을 살펴보면 마치 서쪽으로 이동하는 것처럼 보입니다. 이러한 현상은 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하기 때문에 나타나는 현상입니다.
지구는 북극과 남극을 이은 선을 축으로 해서 서쪽에서 동쪽으로 돌고 있습니다. 그런데 우리들은 지구가 자전하고 있는 것을 느끼지 못합니다. 우리 주위에 있는 모든 것이 함께 돌고 있기 때문입니다. 만약 여러분이 북극점 상공에서 지구를 내려다볼 수 있다면 시계 반대 방향으로 돌고 있는 지구를 볼 수 있을 것입니다. 이렇게 지구가 자전하기 때문에 우리는 매일 동쪽에서 떠오르는 태양과 서쪽으로 지는 태양을 보게 됩니다.
지구의 자전 주기는 24시간, 즉 하루입니다. 그렇다면 지구는 얼마나 빠른 속도로 자전하고 있을까요? 지구의 자전 속도는 지구 상의 위치에 따라 다릅니다. 극에 가까이 있는 지점일수록 움직이는 거리가 짧아 자전 속도가 느립니다. 반대로 적도 쪽으로 갈수록 자전 속도가 빨라지다가 적도에서 가장 빠릅니다. 적도에서 지구는 시속 1,600km가 넘는 빠른 속도로 돌고 있지요.
밤하늘에는 수많은 별들이 있습니다. 이 별들을 자세히 관찰해 보면 별들의 위치는 변하지 않은 채 일정하게 움직이는 것을 알 수 있습니다. 사진기를 이용하면 별들의 운동을 확실하게 알 수 있습니다. 사진기를 삼각대에 고정시킨 다음 사진기 중심에 북극성이 들어오도록 조절합니다. 그리고 사진기의 조리개를 열어 놓은 상태로 촬영합니다. 이렇게 찍은 사진에는 북극성을 중심으로 많은 원들이 나타납니다. 이 원들은 별들이 운동한 길을 나타냅니다.
이와 같이 별들은 북극성을 중심으로 시계 반대 방향으로 하루에 1바퀴씩 돕니다. 별들은 동쪽 지평선에서 비스듬히 떠오르고 남쪽 하늘에서는 지평선과 나란하게 움직이다가 서쪽 지평선으로 비스듬히 집니다. 이러한 별의 운동을 '일주 운동'이라고 합니다. 별의 일주 운동은 지구의 자전 때문에 나타나는 현상입니다.
