지구의 표면에서 어느 정도 떨어져야 무중력 공간일까요?

Question

우주 비행사가 우주 공간에서 유영하고, 인공위성이 떠 있는 무중력 공간은 지구 표면에서 어느 정도 떨어져야 무중력 구간이 되는지 알려주세요.

솔직한이구아나9 · Accepted Answer

안녕하세요. 김병철 과학전문가입니다.먼저 말씀드리고 싶은 것은, 지구 표면에서 아무리 멀리 떨어져도 중력이 사라지지는 않습니다. 지구와 물체 사이의 거리가 멀 수록 두 물체 사이의 중력은 약해지지만, 0이 되지는 않습니다. A라는 물체와 B라는 물체가 10 만큼 떨어져 있고, A와 B의 사이에 작용하는 중력을 10이라고 하겠습니다. 거리가 20으로 2배가 될 경우, 중력은 4분의 1인 2.5가 됩니다. 거리가 계속 멀어지면 중력은 계속 작아져서 소수점 이하가 되지만, 0은 되지 않습니다.따라서 지구에서 멀리 떨어져서 지구의 중력이 없어지는 무중력 구간이란 건 사실 존재하지 않습니다.그러면, 우주 비행사나 인공위성이 떨어지지 않고 계속 우주공간에 떠 있는 건 어떻게 가능한건가 설명드리겠습니다.달은 지구의 중력에 잡힌 상태로 지구를 돌고 있습니다. 즉, 달까지 가더라도 지구의 중력이 없어지지는 않지요. 그렇지만 우주비행사나 인공위성은 떠 있는 곳은 달보다는 훨씬 가깝지요.처음 들을 때는 다소 이해하기 어렵지만, 우주비행사나 인공위성은 계속 떨어지고 있는 상태입니다.잠깐 이야기가 바뀔 수도 있습니다만, 엘리베이터를 생각해주십시오. 높은 곳에서 짐을 들고 있는 상태로 엘리베이터를 타고 내려갈 때, 내려가기 시작할 때 순간적으로 짐이 가벼워질겁니다. 반대로 1층에 도착해서 엘리베이터가 멈출때는 순간적으로 짐이 무거워질겁니다. 놀이동산의 드롭타워나 바이킹을 탈때도 떨어지는 순간, 온 몸이 가벼워질겁니다. 무중력 상태라는 건 사실, 중력으로 인해 떨어지고 있는 상태입니다.우주 비행사나 인공위성은 계속 우주공간에 떠 있으면서 그 자리에 그대로 멈춰있는걸로 보입니다만, 사실은 지구를 돌고있습니다. 공을 던지거나 대포를 쏠 경우 언젠가는 떨어지지만, 던지는 힘이 강할 수록 멀리 갑니다. 그런데 엄청나게 강한 힘으로 대포를 쏴서 그냥 직선으로 계속 나간다면 지구는 둥글기때문에 그냥 우주로 날아가버릴수도 있습니다. 그보다는 조금 약한, 적당한 힘으로 대포를 쏜다면 포탄이 우주로 날아가지 않고 떨어지지만, 땅바닥에 떨어지지는 않고 지구를 계속해서 돌 수도 있습니다. 실제로는 공기 저항으로 인해 속도가 떨어지기 때문에 포탄은 언젠가 땅에 떨어지지만, 인공위성과 우주 비행사는 공기가 없는 곳에 있기때문에 공기 저항을 받지 않고, 속도를 떨어뜨리지 않은 채로 지구를 돌고 있는 상태(= 계속 떨어지는 상태)로 있습니다.

하얀도화지113 · Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.지구의 표면에서 무중력 상태를 경험하려면 대략적으로 100km 이상 높은 지점에 위치해야 합니다. 이 지점은 "카르마노선"이라고도 알려져 있으며, 국제항공업연맹에서도 공식적으로 우주의 경계로 인정하고 있습니다.카르마노선 이상으로 올라가면 대기의 밀도가 급격히 감소하며, 지구의 중력이 더 이상 뚜렷하게 느껴지지 않는 지점입니다. 이 지점 이상에서는 물체들이 지구 중력에 의존하지 않고 자체적인 운동을 할 수 있게 됩니다. 그러나 무중력 상태라고 해도, 실제로는 중력이 아예 없는 것은 아니며, 그저 다른 영향력들과 상쇄되어 중력을 느끼지 못할 뿐입니다.

고운푸들16 · Answer

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.지구의 대기권은 약 118km 상공에서 끝나고 우주가 시작됩니다.즉, 기체가 지구에 잡일 수 있는 마지막 중력선이 약 118km인 것이죠.하지만 보통 지각으로 부터 70km 이상의 경우 거의 중력을 느낄 수 없는 무중력을 느낄 수 있으며 완전한 무중력 공간을 경험하려면 지구로부터 약 5만 7,400km 밖으로 벗어나야만 합니다.

기운찬수달300 · Answer

안녕하세요. 이동호 과학전문가입니다.일반적으로 지구의 무중력 궤도는 대략 160~2,000 km 이상 지구 표면에서 떨어진 곳에서 경험됩니다.국제 우주 정거장(ISS)는 대략 420 km 정도의 높이에 있으며, 이곳에서 우주 비행사들은 무중력 환경을 경험합니다.하지만, 무중력 상태, 또는 무중력 환경은 실제로 중력이 완전히 없는 것이 아니라 중력의 영향이 상당히 약해진 상태인 것을 알려드립니다. 중력은 무한대까지 범위를 갖고 있지만 중력의 강도는 거리에 따라 감소합니다.그러나 아직도 160~2,000 km 이상 높이에서도 존재하며, 우주 비행사 및 우주선은 이 중력을 극복하기 위해 고도로 정확한 엔진과 기술을 사용합니다. 이들은 중력과 반대 방향으로 가속하는 움직임을 유지함으로써 무중력 환경을 유지합니다.

똑똑한저어새12 · Answer

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.우주 비행사가 우주 공간에서 유영하고, 인공위성이 떠 있는 무중력 공간은 지구 표면에서 약 200km 이상 떨어져야 무중력 구간이 됩니다. 지구의 중력은 지구 표면에서 떨어질수록 약해집니다. 지구 표면에서 200km 이상 떨어지면 지구의 중력이 몸무게를 지탱할 수 없을 정도로 약해져, 무중력 상태가 됩니다.

지구과학·천문우주

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지구의 표면에서 어느 정도 떨어져야 무중력 공간일까요?