안녕하세요. 김칠영 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주 탐사의 역사와 최근 주요 성과는 무엇인가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.최근 가장 큰 업적은 허블망원경보다 더 띄어난 성능의 제임스웹 망원경 이라고 생각합니다. 그 외에 스페이스 X 같은 민간 기업의 활발한 우주연구도 이슈가 되었습니다.앞으로 주요 탐사 목표중 하나인 화성에 대한 여러가지 탐사 및 연구가 중요할 것으로 생각됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 자연에서 얻을 수 있는 행복을 알려 주시기 바랍니다
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.자연에서는 다양한 행복을 얻을 수 있고, 시각적 청각적 후각적 미각적 촉각적인 다양한 감각들이 우리 신체를 안정되게 도와줄 수 있겠습니다.하나의 예시로 파란색 가시광선을 보게 되면 일명 행복호르몬이라는 세로토닌 분비가 증가한다고 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구같은 행성은 왜 자전을 하나요??
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.태양계가 처음 탄생되는 과정에서 지구는 큰 운동에너지를 가지고 있었을 것이고, 그 운동에너지가 태양의 중력과 균형을 이루면서 공전을 하게되었다고 생각됩니다. 그 과정에서 큰 운동에너지에 의해서 자전을 하게 될 것 같네요
지구과학·천문우주
Q. 지구의 자전 속도가 점점 느려지고 있다고 들었는데요 왜 느려지고 있는건가요??
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.지구뿐만 아니라 모든 행성은 각자의 위치에서 태어날 때, 원시 태양계 성운의 회전 각운동량을 나누어 받아 공전과 자전을 합니다. 각운동량은 보존되는 물리량이므로, 제3 천체의 영향이 없으면 공전 각운동량과 자전 각운동량은 변하지 않습니다. 다만 행성의 공전 운동은 케플러 제1 법칙과 제2 법칙에 따라 타원 궤도를 돌면서 태양으로부터의 거리가 가까워지면 속도가 빨라지고 멀어지면 감소하면서 자연스럽게 변합니다. 이에 비하여 지구는 거의 고체 상태이고 모양이 거의 변하지 않기 때문에 내적 요인에 의한 자전 속도의 변화는 매우 매우 작습니다. 굳이 따진다면 적설량 분포나 극빙하 분포 등이 계절에 따라 달라지므로, 즉 지구의 질량분포가 달라지므로 자전축 방향에 아주 아주 작은 변화가 나타나고 실제로 관측도 되고 있습니다.한편, 지구와 달은 서로 강력한 만유인력을 작용함으로써 서로 묶여서 공전궤도 운동을 하고 있습니다. 그런데 지구는 둥근 형태이므로 지구 표면의 각 지점은 달로부터의 거리가 각기 다르고, 그 결과 각 지점에 작용하는 달의 인력은 조금씩 다르게 됩니다. 즉, 달에 가까운 지점은 달의 인력이 상대적으로 크고 먼 지점은 작습니다. 현재 지구와 달은 일정한 거리를 유지하면서 공전 궤도운동을 하고 있으므로 두 천체의 중심에 작용하는 인력은 공전 운동으로 인해 지구에 작용하는 원심력과 같아져야 합니다. 여기에서의 원심력은 지구 자전에 의한 원심력이 아니라 지구가 지구-달의 질량 공통중심에 대해 공전하므로 나타나는 원심력으로서, 지구 자전을 고려하지 않으면 지표면 어디에서나 같은 거리 같은 주기로 공전하므로 지표면의 모든 지점에서 같다는 것을 특별히 강조합니다. 이처럼 공전운동에 의한 원심력(파랑 화살표)은 지표면의 모든 지점에서 같지만, 앞에서 살펴본 것처럼 만유인력(주황 화살표)은 각 지점에서 다르므로, 두 힘의 차를 구해보면 그림과 같이 달에 가까운 지점은 달 방향 쪽으로 먼 지점은 달 방향 반대쪽으로 작용하는 힘(빨강 화살표)이 남게 됩니다. 이 힘은 지구의 바닷물을 양쪽으로 부풀리면서 조석현상을 일으키므로 기조력이라고 하는데, 기조력은 실재하는 힘이 아니고 관성력, 원심력, 전향력 등과 같이 가속계에서 느껴지는 가짜 힘, 즉 가상력입니다. 달의 경우와 마찬가지로 태양과 지구도 서로 공전을 하기 때문에 태양도 지구에 기조력을 작용합니다. 다만 기조력은 상대 천체의 질량과 자신의 반지름에 비례하고 거리의 세제곱에 반비례합니다. 이로부터 계산하면 지구에 미치는 달과 태양의 기조력은 11대 5로서 태양보다 달의 기조력이 큽니다. 둘의 기조력이 나란하여 합해지면 16(사리; 대조)이고, 직각으로 작용하여 반대로 줄어들면 6(조금; 소조)이 됩니다. 참고로 달에 미치는 지구의 기조력은 지구에 미치는 달의 기조력보다 훨씬 커서 약 20배 정도입니다.이러한 기조력은 지구-달 시스템에 많은 영향을 끼칩니다. 우선 기조력은 유동성이 큰 바닷물에 작용하여 바닷물의 수위를 변화시킴으로써 지구 둘레를 2파장으로 하고 달의 공전을 따라가는 조석파를 만듭니다. 그런데, 지구는 자전하기 때문에 바닷가의 어느 지점은 대략 하루 동안(24시간 50분)에 조석파의 마루와 골을 2번씩 통과하게 됩니다. 즉, 조석파의 마루를 지날 때는 밀물, 골을 지날 때는 썰물이 되는데, 이렇게 바닷물이 드나들면서 수심이 낮은 곳에서는 바닷물과 바닥이 마찰을 일으키면서 흙탕물을 일으킵니다. 그 결과 조석에너지가 방출되는데, 이는 마치 일정한 속도로 움직이던 자동차가 물웅덩이를 지나면서 물을 튕겨내고 그 결과 자동차의 운동에너지가 물방울의 운동에너지로 이전되면서 자동차의 속도가 줄어드는 것과 같은 현상입니다. 이러한 이유로 지구는 태양과 달의 기조력에 의한 조석현상 때문에 자전 운동에너지를 조금씩 잃으면서 자전속도가 점점 느려지게 됩니다.하지만 지구는 덩치가 워낙 크고 지금도 빠르게 자전하고 있으므로, 그 자전 운동에너지가 너무나 커서 우리는 그 변화를 느끼기가 어렵습니다. 하지만 고생대에 살던 산호 화석의 일테(밤낮과 계절에 따라 산호의 성장 속도가 다르므로 매일 하나씩 만들어지는 성장 테로서, 나이테와 생성 원리가 같음. 1년 동안에 만들어진 일테를 세어서 생존 당시의 1년 날 수를 알 수 있음)를 연구한 결과 1년의 날 수가 대략 400일이고, 환산하면 하루가 약 22시간이었습니다. 이로부터 단순 계산하면, 지구의 자전 속도는 점점 느려져서 그 주기는 100년 후에 약0.0017초 또는 1억 년 후에 1,700초가 길어집니다.이처럼 자전주기의 변화가 너무나 작아서 우리가 느끼기 어려운 것은 기조력에 비하여 지구의 자전에너지가 너무 크기 때문입니다. 예를 들어 1,000조 원의 자산가가 벌지 않고 매일 만 원씩 소비한다면 모두 쓸 때까지 얼마나 걸릴까요? 약 3억 년이 걸리네요. 그런데 100억 원의 자산가가 100만 원씩 소비한다면 어떨까요? 채 30년도 걸리지 않아 모두 써버리게 되는군요. 지구와 달도 이와 비슷한 경우라고 할 수 있겠습니다. 달의 경우 지구보다 질량은 훨씬 작고 자전 속도는 매우 느린데 훨씬 큰 기조력이 작용합니다. 즉, 달의 자전에너지는 지구보다 훨씬 작은데, 기조력이 20배나 작용하기 때문에 소비되는 자전에너지가 매우 커서 금방 고갈되어 버립니다. 달은 태어나자마자 지구의 기조력이 너무 커서 자전 속도가 급격히 줄어들다가 수억 년도 지나지 않아 조석현상이 일어나지 않는, 즉 자전주기가 공전주기와 같아지는 동주기 자전 상태가 되어버렸습니다. 그리하여 지구에서 달을 보면 언제나 앞면만을 볼 수 있을 뿐 뒷모습은 볼 수 없게 되었습니다. 물론 달에는 애초에 바다가 없었기 때문에 조석현상이 일어나지 않는다고 할 수도 있지만, 기조력이 크고 자전속도가 빠르면 내부에서 조석마찰이 일어나고 녹으면서 용암이나 화산이 분출될 수도 있습니다. 이미 동주기 자전이 이루어진 목성의 위성 이오의 경우 너무나 강한 목성의 기조력으로 인하여 타원궤도가 원궤도로 바뀌게 되는데, 이 과정에서 발생하는 내부 마찰에 의해 부분적으로 내부가 녹게 되고 그 결과 아주 활발한 화산활동이 일어나고 있습니다. 이 경우는 이오의 공전 운동에너지가 기조력에 의해 화산 에너지로 전환되었다고 할 수 있습니다.한편 과거에는 지구의 자전주기가 가장 안정적이라고 생각되어 시간 단위의 기준으로 삼았지만, 현재는 좀 더 변화 폭이 작은 원자시계를 기준으로 삼고 있습니다. 그 결과 지구자전이 느려지는 효과를 보상하기 위하여 6월30일이나 12월 31일에 윤초를 두어 그 차를 조정해 주고 있습니다. 또한 각운동량보존 법칙과 관련하여 지구의 자전 속도가 느려지면서 감소한 지구의 자전 각운동량이 달의 공전각운동량으로 이전되면서 달까지의 거리가 매년 약 3cm씩 멀어지고 있으며, 멀고 먼 훗날에는 지구의 자전주기가 점점 길어져서 1년의 날 수가 350일이 되는 때도 오겠지요.
지구과학·천문우주
Q. 지구가 만약 공전속도가 조금씩 느려지게되면 무슨일이 발생하나요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.질문 내용을 보면 공전속도의 변화인지 자전속도의 변화인지 약간 모호하지만, 공전이라고 보고 답하겠습니다. 지구뿐만 아니라 모든 행성은 각자의 위치에서 태어날 때, 원시 태양계 성운의 회전 각운동량을 나누어 받아 공전과 자전을 합니다. 각운동량은 보존되는 물리량이므로, 제3 천체의 영향이 없으면 공전 각운동량과 자전 각운동량은 변하지 않습니다. 다만 행성은 케플러 제1 법칙과 제2 법칙에 의하면, 타원 궤도를 따라 공전할 때 그 속도는 태양으로부터의 거리가 가까워지면 속도가 빨라지고 멀어지면 느려지면서 자연스럽게 변합니다. 이러한 현상은 지상에서 위로 던져 올려진 공이 높이 올라갈수록 즉 지구 중심으로부터 멀어질수록 속도가 점점 느려지는 것과 같고, 따라서 지구의 공전 속도가 느려지는 경우는 태양으로부터의 거리가 증가할 때입니다. 즉, 이러한 입장에서 보면 공전 속도의 변화는 아주 자연스러운 현상으로 지금과 다를 것이 하나도 없습니다. 물론 이러한 답변은 질문자의 의도에서 완전히 벗어난 답변으로서 동문서답이라고 할 수 있겠지요. 아마도 질문 취지는 지구가 어떤 이유이든지 공전 속도가 급격하게 느려지면 자구가 어떻게 변하는지 궁금하다는 것일 겁니다. 지구의 공전 속도가 급격하게 변하는 대표적인 경우는 제3 천체와의 충돌입니다. 만약에 달 정도 크기의 어떤 소행성이 반대 방향에서 날아와 정면충돌한다면 지구의 공전 속도는 뚝 떨어질 것이고, 그러면 태양에 대한 원심력은 급감하지만 만유인력은 변함이 없으므로 지구는 태양 쪽으로 떨어져 갈 것입니다. 그런데 높은 곳에 있던 공이 떨어지면서 속도가 빨라지듯이 태양에 가까워질수록 위치에너지가 운동에너지로 바뀌면서 지구의 속도가 점점 빨라지고 그 결과 원심력이 점점 커지게 됩니다. 그러다가 마침내 어느 곳에서 예를 들면 수성 궤도 부근에서 만유인력과 원심력이 같아지면 그 곳에서 새로운 공전궤도를 따라 태양 주위를 공전하게 될 것입니다.새로운 궤도는 지구와 충돌체의 질량 및 원래의 궤도 그리고 충돌 조건에 따라 달라질 것입니다. 만약에 지금이라도 태양계 공간에 부유 물질이 매우 많이 떠다닌다면 이들과의 충돌 마찰로 인하여 지구는 점점 추락하다가 언젠가는 태양으로 빨려들어 갈 것입니다. 마치 낮은 궤도를 돌고 있는 인공위성이 대기 입자와의 마찰로 인하여 지표면으로 추락하는 것과 같습니다. 하지만, 태양계 형성 후 46억 년이 지난 지금까지 행성들이 살아 있다는 것은 그만큼 태양계 공간이 깨끗이 청소되어 거의 진공 상태라는 것을 추정할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구의 공전속도가 느려지면 어떤 일이 발생하게 되나요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다. 지구뿐만 아니라 모든 행성은 각자의 위치에서 태어날 때, 원시 태양계 성운의 회전 각운동량을 나누어 받아 공전과 자전을 합니다. 각운동량은 보존되는 물리량이므로, 제3 천체의 영향이 없으면 공전 각운동량과 자전 각운동량은 변하지 않습니다. 다만 행성의 공전 운동은 케플러 제1 법칙과 제2 법칙에 따라 타원 궤도를 돌면서 태양으로부터의 거리가 가까워지면 속도가 빨라지고 멀어지면 감소하면서 자연스럽게 변합니다. 이러한 현상은 지상에서 위로 던져 올려진 공이 높이 올라갈수록 즉 지구 중심으로부터 멀어질수록 속도가 점점 느려지는 것과 같고, 따라서 지구의 공전 속도가 느려지는 경우는 태양으로부터의 거리가 증가할 때입니다. 물론 이러한 답변은 질문자의 의도에서 완전히 벗어난 답변으로서 동문서답이라고 할 수 있겠지요. 아마도 질문 취지는 지구가 어떤 이유이든지 공전 속도가 급격하게 느려지면 공전 운동이 어떻게 변하는지 궁금하다는 것일 겁니다. 지구의 공전 속도가 급격하게 변하는 대표적인 경우는 제3 천체와의 충돌입니다. 만약에 달 정도 크기의 어떤 소행성이 반대 방향에서 날아와 정면충돌한다면 지구의 공전 속도는 뚝 떨어질 것이고, 그러면 태양에 대한 원심력은 급감하지만 만유인력은 변함이 없으므로 지구는 태양 쪽으로 떨어져 갈 것입니다. 그런데 높은 곳에 있던 공이 떨어지면서 속도가 빨라지듯이 태양에 가까워질수록 위치에너지가 운동에너지로 바뀌면서 지구의 속도가 점점 빨라지고 그 결과 원심력이 점점 커지게 됩니다. 그러다가 마침내 어느 곳에서 예를 들면 수성 궤도 부근에서 만유인력과 원심력이 같아지면 그 곳에서 새로운 공전궤도를 따라 태양 주위를 공전하게 될 것입니다. 새로운 궤도는 지구와 충돌체의 질량 및 원래의 궤도 그리고 충돌 조건에 따라 달라질 것입니다. 만약에 지금이라도 태양계 공간에 부유 물질이 매우 많이 떠다닌다면 이들과의 충돌 마찰로 인하여 지구는 점점 추락하다가 언젠가는 태양으로 빨려들어 갈 것입니다. 마치 낮은 궤도를 돌고 있는 인공위성이 대기 입자와의 마찰로 인하여 지표면으로 추락하는 것과 같습니다. 하지만, 태양계 형성 후 46억 년이 지난 지금까지 행성들이 살아 있다는 것은 그만큼 태양계 공간이 깨끗이 청소되어 거의 진공 상태라는 것을 추정할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주 탐사선을 보낼때 어떻게 그먼곳을 정확하게 보내는건가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.말씀대로 매우 세밀하게 계산해서 보내는 것은 맞고, 탐사선 자체의 추진력이 있기 때문에 어느정도의 오차범위는 탐사선 자체 동력을 이용해서 수정할 수 있을 것 같네요
지구과학·천문우주
Q. 난카이 대지진이란 어떤 대지진을 가리키는 것인가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.난카이 해구에서 일어나는 지진을 말하는데, 난카이 지진은, 시코쿠 남부 해안에서 기이수도에 걸친 해역에서 약 100 ~ 150년 주기로 발생하는 대지진이라고 합니다. 규모는 날 때마다 다르지만 보통 8.0 전후에 달하는 것으로 알려져 있어서, 주기적으로 찾아오는 대지진을 말한다고 생각하면 될 것 같습니다.
지구과학·천문우주
Q. 입추 기점으로 선선한 기운이 생기는건 왜일까요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.입추 기점으로 선선해진다라기 보다는,, 선선해지는 시점을 경험적으로 체크해서 입추로 정했다고 봐야겠습니다.(요즘에는 입추에도 별로 선선하지 않은것 같긴 하지만,,)과거 경험으로 선선해지는 기간을 입추로 정했기 때문에, 입추 근처에 선선해진다고 생각되네요
지구과학·천문우주
Q. 구름은 뭐로 이루어져 있어서 구름처럼 보이는 건가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.구름은 수증기가 증발되어 고도 높은곳으로 올라가서 추운 공기에 의해 응결되어 있는 물방울 형태라고 생각하시면 됩니다.