안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 구름은 어떻게 하늘에 떠 있을 수 있나요??
구름이 하늘에 떠 있을 수 있는 이유는 구름의 경우 매우 작은 물방울로서 미세한 얼음 결정으로 구성되어 있습니다. 구름 속의 물방울은 일반적으로 0.02mm 이하로 매우 작으며 기온이 낮은 고도에서 물방울이 얼어 미세한 얼음 결정으로 변하게 되며 이 작은 물방울이나 얼음 결정이 매우 가벼워 중력에 쉽게 떨어지지 않게 됩니다. 구름이 공중에 떠 있을 수 있는 가장 큰 것은 상승기류(따뜻한 공기가 지표면에서 상승하며 구름 입자들을 위로 밀어 올림)로 인하여 나타나며 구름입자의 경우 지구의 중력으로 아래로 끌려가는 힘을 받지만 작은 물방울이나 얼음 입자가 공기와의 마찰을 받게 되며 항력으로 떠있을수 잇께 되는것입니다!구름은 공기가 포화 상태가 되면서 수증기가 응결하며 형성되게 됩니다~
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Q. 왜 비 오기 전날은 날씨가 매우 무더울까요?
비가 오기전에 날씨가 무더운것은 기압과 습도 등에 영향을 받게 됩니다. 비가 오기전엔 저기압이 다가오는 경우가 많게 되는데 저기압은 공기를 상승시키고 공기가 상승하면서 응결하여 비구름을 만들게 되는것이지요. 저기압 지역에선 공기가 위로 상승하며 주변의 따뜻한 공기가 지표면으로 모이며 기온을 상승시키는 것이지요. 비가 오기 전엔 남서쪽에서 따뜻하고 습한 공기가 우리나라에 유입되는 경우가 많게 됩니다. 여름철 장마나 태풍 전엔 이러한 공기로 인해 뜨겁고 습한 공기가 나타나며 많은 수증기로 인해 체감 온도를 높이게 되는것이지요. 낮 동안 태양으로부터 많은 에너지를 받은 지면이 열을 축적하고 비가 오기 전날 구름이 많아져도 여전히 지면은 열을 흡수하고 공기를 덥게 만들어줍니다. 밤에도 열이 빠르게 방출되지 않기에 무더운 밤을 경험하고 비가 오기전엔 고도가 높아질수록 기온이 낮아지는 일반적인 현상이 아니라 고도가 높아질수록 기온이 높아지는 기온 역전 현상이 나타나게 되어 차가운 공기를 덮어버리고 지표면의 열이 빠져 나가지 않도록 무더운 상태를 지속하게 하는것이지요! 비가 오기전에 습도가 높아지기에 체감 온도를 높이게 되고 여름철에 이러한 현상이 가속되게 된답니다!
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Q. 인공위성이 지구에 추락할 일은 없나요?
인공위성이 지구에 추락할 가능성은 당연히 존재합니다~ 지구를 가까이 도는 저궤도 위성의 경우 지구 대기의 미세한 저항을 지속적으로 받게 되는데 이로 인해 인공위성의 속도가 감소하고 점점 더 낮은 궤도로 떨어지게 되는 현상이 나타나게 됩니다. 저궤도는 200~2000km정도 입니다. 지구는 완전한 구형이 아니기에 지구의 중력이 일정하지 않게 되고 다른 천체의 중력으로 인공위성의 궤도에도 영향을 받게 됩니다. 궤도가 시간이 지나면서 미세하게 변하게 되며 만약 충분히 안정적이지 않게 되면 지구로 끌려오게 될수도 있는것이지요! 궤도상에 있는 다른 인공위성이나 우주 쓰레기와 충돌하게 된다면 궤도가 변경되거나 파괴될수도 있으며 이러한 충돌로 인해 잔해가 추가적으로 우주쓰레기를 생성하고 다른 인공위성에 위험을 야기할 수도 있게 된답니다! 하지만 보통 이러한 인공위성들은 대기로 진입하며 소각되며 유사상황시 바다로 떨어트리는 등 위험에 충분한 대비를 하게 된답니다! 인공위성의 경우 수명이 다하게 되면 이러한 현상이 나타나는데 미르 우주 정거장(2001), 스카이랩(1979)이 대표적인 예입니다!
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Q. 고대 로마나 이집트는 천문학에 관심이 많았다는데 어떻게 별을 관찰햇을까요?
고대 로마와 이집트에선 맨눈으로 하늘을 관찰하며 별자리와 행성의 위치를 기록하였지요. 고대인은 별자리와 행성의 위치를 정확하게 식별할 수 있었으며, 별의 밝기와 움직임을 주의깊게 관찰하였다고 합니다. 맑고 공해가 없는 밤하늘엔 수천개의 별을 식별하기도 하였기에 이러한 관측은 천문학적 지식을 쌓을 수 있는 계기가 되었다고 합니다. 고대 로마와 이집트에선 다양한 천문학적 도구를 이용하여 별을 관찰하고 위치를 기록하였다고 알려져 있으며 노모스(이집트의 석조 기둥으로 별의 위치를 기록함), 메릴로스(로마에서 지평선과 천정을 기준으로 각도를 측정하는 기구)등을 이용하였으며 신전에서 태양이나 행성, 별들의 위치를 다르게 쳐다보기도 하였따고 합니다. 이집트의 카르나크 신전과 같은 거대한 신전들이 그 대표적인 예이지요. 이러한것들은 천문학자들이 하늘을 주기적으로 바라보고 별자리와 행성의 움직임을 기록하며 지금까지 전해지게 되며 시간이 지남에 따라 정교해지고 별과 행성의 위치가 쌓이게 되면서 정확한 값을 얻기 시작하게 됩니다. 이후 수학적인 계산등을 통해 천문학의 발전을 야기시키게 합니다!
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Q. 한밤중 밤하늘의 색상에 영향을 주는 요인에 대해 궁급합니다
푸른 빛이 소실되는것은 레일리 산란과 대기가 두껍기 때문입니다~ 레일리산란이란 짧은 파장의 빛이 공기 분자에 의해 더 많이 산란된다는 것인데, 빛이 대기를 통과하며 산란되고 여러 방향으로 흩어지게 되는데 빛이 파장이 짧을수록 더 많이 산란하게 되지요. 저녁이나 새벽엔 태양빛이 더 긴 경로를 통해 대기를 ㅗㅌㅇ과하게 되며 푸른 빛은 산란되다가 지표면에 도달하기 전 대부분 흩어져 사라지게 되는데 긴파장의 경우 산란이 적고 더 먼 거리까지 도달하게 되므로 지평선 가까이에서 붉은색으로 보이게 된답니다. 지구의 대기가 두꺼워지게 된다면 붉은 빛은 소실 될 가능성이 높게 되겠지요! 예를 들어 금성의 대기를 생각하시면 되빈다! 한밤중엔 태양빛이 직접 지구에 도달하지 않게 되며 반사된 태양빛이 달에 의해 지구로 도달하게 되는것이지요. 지구의 대기에선 낮동안 산란된 빛이 일정 시간 동안 남아있거나 인공조명으로 빛을 받게 됩니다. 지구 대기는 스스로 적외선을 방출하게 되는데 이로 인해 지표면에서 태양 에너지를 흡수하고 밤엔 열을 방출하게 되지요. 한밤중에 하늘을 관찰할때 구름이 없는 맑은 날에는 대기에서 적외선이 관측될 수 있게 됩니다. 대기중에 수증기가 많으면 빛이 더 많이 산란되고 짧은 파장의 빛이 산란되게 되는것이지요. 그러면 푸른색의 빛은 소실되고 상대적으로 붉은빛이 더 많이 남게 되는것이빈다! 한밤중에도 인공조명이 많이 존재하기도 하며 대기중의 입자가 산란을 시키게 해주는것이지요. 습도가 낮게 미세먼지나 다른 입자가 적게 된다면 빛의 산란은 줄어들게 됩니다. 이러한 날에는 밤하늘이 더 어둡고 선명하게 보일 수 잇으며 별이 더 뚜렷하게 관찰되게 됩니다. 습도가 매우 낮고 빛 공해가 없는 곳에선 밤하늘이 깊고 어둡고 남색 그리고 검정색으로 나타나게 되며 도시의 빛공해나 달빛에 영향을 받게 됩니다. 관련 개념으로서의 키워드는 레일리, 미산란, 빛공해 정도로 생각해 볼 수 있겠네요!