[과학을읽다]지구 자전속도는 초속 465미터?

지구의 자전은 100년에 0.002초씩 느려지고 있습니다.[사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]지구가 23.5도 기울어진 자전축을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 시계반대 방향으로 도는 것을 '지구의 자전(自轉·Earth Rotation)'이라고 합니다.

지구뿐 아니라 태양계의 모든 행성은 자전과 공전을 한다고 합니다. 태양계의 행성 중 금성만이 시계방향으로 자전을 하고, 나머지 행성은 시계반대 방향으로 자전한다고 합니다.

그렇다면 별들의 자전은 왜 일어나는 것일까요? 가장 유력한 학설은 별이 생성될 당시 가졌던 운동에너지가 관성으로 작용한다는 설입니다.

지구를 비롯한 별들은 수많은 입자들이 우주 공간에서 서로 뭉치면서 형성된 결과물입니다. 이 입자들이 뭉칠 때는 소용돌이 치는 형태로, 시계반대 방향으로 빙글빙글 돌면서 만유인력에 의해 서로 뭉쳐 마침내 하나의 별이 됩니다. 별이 되고난 뒤에도 빙글빙글 돌던 운동에너지가 관성의 법칙에 의해 계속 돌게 된다는 주장이지요.

처음에 입자들이 뭉치기 시작할 때는 회전속도가 느리지만 입자들이 뭉치는 과정에서 운동량 보존의 법칙이 작용해 회전속도가 점차 빨라지게 됩니다. 이렇게 회전속도가 빨라졌지만 지구라는 별에 '달'이라는 위성이 생기면서 자전속도가 조금씩 느려지기 시작합니다.

점차 느려지기 시작한 자전의 속도는 얼마나 될까요? 지구의 자전속도를 구하기 위해서는 지구의 둘레를 24시간에 한 바퀴 돌기 때문에 둘레의 길이를 24시간으로 나누면 됩니다. 정확하게 24시간에 약간 못미치는 23.934시간이라고 합니다. 1시간에 15도만큼, 초당 0.0041도만큼 방향을 틀고 있는 것이지요.

자전속도는 각 위도에 따라 다른데 적도면의 경우 반지름이 6400㎞ 정도이므로 2x3.14x6400/24=1675㎞/h가 됩니다. 1초에 465m를 이동한다는 말입니다. 우리나라의 경우 위도 37도에 해당하는데 이 부분의 둘레는 5111㎞ 정도입니다. 따라서 자전속도는 1337㎞/h가 되지요. 초속 371m니까 실로 엄청난 속도입니다.

보통 항공기의 속도가 시속 900~1000㎞로 비행하는 것과 비교하면 지구의 자전 속도는 일반 항공기보다 훨씬 빠르게 돌고 있는 것입니다. 반면, 남극이나 북극같은 극지방의 경우는 자전축 그 자체이기 때문에 자전속도는 0입니다.

이런 지구의 자전속도는 달의 인력 때문에 점차 느려지고 있습니다. 1960년대 미국의 고생물학자 존 웰스는 고생대 산호 화석을 연구하다가 고생대 산호 화석의 1년에 해당하는 성장선(나이테)의 개수가 현재의 산호보다 너무 많다는 사실을 알게됩니다. 현대로 올수록 성장선의 개수가 계속 줄어들어 하루의 길이가 점점 길어졌다는 사실을 발견한 것이지요.

영국 더램대와 항해력 연구소의 연구팀은 2016년말 3000년 동안의 천문 기록을 분석해 100년에 0.002초씩 하루가 길어지고 있다고 주장했습니다. 이런 연구들을 통해 지구가 처음 생성될 당시에는 하루의 길이가 고작 6시간 정도였고, 4억년 전의 하루는 22시간 정도였다는 놀라운 사실을 알게 됩니다.

이런 식으로 지구의 하루 길이는 10만 년에 2초 정도씩 늘어나고 있는데 이 계산대로라면 1억7500만년 뒤 지구의 하루는 25시간이 됩니다. 지금보다 1시간 늘어나는 것이지요.

지구의 자전이 엄춘다면 적도의 바닷물이 모두 극지역으로 이동해 모든 대륙이 연결됩니다. 그러나 일부 중위도 지역을 제외하고는 인류가 살 수 없는 환경이 됩니다. [사진=내셔널 지오그래픽채널 방송화면 캡처]

지구의 하루가 길어진다는 것은 지구의 자전 속도가 점점 느려지고 있다는 것을 뜻하는데 이는 달이 지구를 당기는 인력이 지구 회전의 마찰력으로 작용하기 때문이라고 합니다.

지구가 자전하고, 달이 지구 주위를 공전하면서 서로 인력과 원심력의 영향을 받습니다. 달과 가장 가까운 쪽은 인력이, 가장 먼 쪽은 원심력이 작용해 양쪽의 바닷물이 부풀어 오르는데 이 부분이 마찰력이 돼 지구의 회전 속도를 늦추는 것입니다.

이렇게 자전 속도가 느려지면 극지방의 해수면이 상승합니다. 지구는 적도에 바닷물이 몰려 적도 부근이 불룩하게 튀어나온 모양인데 지구 자전에 따른 원심력 때문에 적도로 바닷물이 몰리지요. 그런데 자전속도가 느려지면 원심력, 즉 바닷물을 잡아두는 힘도 약해져 바닷물이 극지방으로 이동하는 것입니다.

자전속도가 느려지면 지진 발생 가능성도 높아진다고 합니다. 지구의 자전 속도가 변화하면 지구의 자기장에도 변화가 생기고, 외핵에 있는 액체 금속의 흐름에도 영향을 미쳐 지진이 발생할 수 있다는 것입니다.

갑자기 자전이 멈추면 어떻게 될까요? 일단 움직던 모든 것은 동쪽으로 초속 수백미터의 속도로 튕겨나갈 것입니다. 인류는 자전이 멈추는 그 순간에만 엄청난 수의 사상자를 내고 혼돈으로 빠져들지 않을까요?

과학자들은 물과 공기는 극지방으로 이동해버리고 상대적으로 단단한 지각은 그대로 유지돼 적도지역은 바다가 완전히 말라버린 초고산지대가 된다고 합니다. 공기도 극지방으로 이동하는 바람에 인류가 생존할 수 있는 지역은 중간 위도 일부에 그치고, 지구가 멈추면서 구성층의 충돌도 지진이 많아집니다.

낮과 밤의 변화는 공전에 의해서만 가능하기 때문에 6개월 마다 바뀌고, 여름과 겨울의 극단적인 기후와 대류의 이동도 없어 내륙은 가뭄이, 해안은 폭우가 일상화돼 지구는 인류가 살 수 없는 행성으로 변할 것이라고 예측합니다.

오랜 시간이 지나 달의 인력이 다시 지구가 자전하게 만들겠지만 그 때는 인류의 운명이 어떻게 돼 있을지 알 수가 없겠지요. 자전이 느려져 하루가 25시간이 되더라도 1년은 똑같이 365일입니다. 자전속도와 달리 공전속도는 변하지 않으니까요.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr