저의 블로그는 지질학을 다루고 있습니다. 지구의 형질을 다룬다는 것입니다. 지구의 형질이라고 하면, 지구가 갖는 땅과 땅속, 하늘의 특징을 과학적인 분석에 따라 객관적으로 탐구하고자 하는 것입니다. 하지만 제가 지질학을 전문적으로 공부한 학생이 아니어서 일반 상식의 범위와 인터넷 정보를 검색하여 이를 정리하여 올리고 있습니다. 오늘의 주제로는 지구가 완전한 구형일까요? 입니다. 저희가 우주를 들여다 보면 그 수많은 사진과 이미지 속에서 보여지는 별과 항성, 행성, 위성 들의 모습이 둥근 모양이라는 것은 다 아실 것입니다. 그런데 아무 생각없이 사진이나 이미지에 노출이 되면서 아무런 의심없이 우주속에 존재하는 물체들은 구형이겠거니 하고 그냥 있는 그대로 받아 들일 것입니다. 저도 지금도 그렇게 생각을 하고 있으니까요?
소행성과 지구의 큰 차이점은?
가끔 지구의 멸망을 다루는 다큐멘터리를 보게 되면 우주의 미아라고 불리는 소행성이 지구의 궤도에 들어와서 지구와 충돌을 하고 그 충돌의 충격으로 지구의 대기 환경이 급격하게 변하면서 모든 생명체가 멸종하는 프로그램이 있습니다. 그 소행성은 둥근 구형이 아닌 제멋대로의 거대한 암석 덩어리 모양을 갖추고 있긴 합니다. 이 소행성은 왜 구형을 갖추지 않고 제 멋대로의 형체를 갖고 있는 것일까요? 이의 이유는 눈치가 빠른 분이라면 쉽게 알수 있습니다. 바로 회전을 하느냐 안하느냐의 차이입니다. 쉽게 생각을 해보면 지구는 회전을 합니다. 하지만 소행성은 회전을 하지 않고 방향성을 갖고 한방향으로 계속 움직이는 특성을 보입니다. 운이 없게도 그 소행성이 지구의 궤도에 들어서서 우주의 거대 확률의 가능성에서 지구와 충돌을 하게 되면 지구는 그 생명을 마치게 될 수도 있는 것입니다. 물론 그렇게 되기 위해서는 소행성의 크기가 일정 조건 이상이 되어야 할 것입니다. 아마도 수 km 이상의 길이를 갖는 경우에 해당할 것입니다. 절대 그런 일이 생기지 않기를 바라면서 지구의 이야기로 돌아오겠습니다. 지구가 구형인 이유는 지구가 회전을 하기 때문이라고 했습니다. 물론 다른 행성이나 별들도 자전을 하면서 구형을 갖게 됩니다. 여기서 추가로 생기는 궁금증이 있습니다.
원심력과 구심력에 의한 영향
회전을 하게 되면 회전력에 의해서 생기는 원심력과 구심력으로 인해 지구의 모양이 찌그러지게 되지는 않을까 하는 것입니다. 원심력은 바깥 방향으로 작용하는 힘이고, 구심력은 안쪽 방향으로 작용하는 힘을 말합니다. 이 두 힘중에 원심력은 바깥 방향으로 움직이려 하는 힘이니까 이게 지구가 회전하면서 발생하게 되면 지구의 적도에서의 지름이 양 극인 남극과 북극간의 지름보다는 조금 더 크게 되지 않을까 하고 생각이 듭니다. 실제로는 어떨까요? 지구를 가만히 머리속에 그려 보겠습니다. 지구의 북극과 남극은 자전축의 꼭지점에 위치해 있기 때문에 남극점과 북극점에서는 회전이 제로에 해당할 것입니다. 한분명히 회전은 하는데 꼭지점에서는 그 회전을 숫자로 표현하게 되면 제로가 되는 것입니다. 하지만 양 극에서 지구의 중심 부위로 위도를 따라 이동을 하게 되면 위도가 0이 되는 열대 지방에 도달하게 될 것입니다. 그 열대 지방은 극의 꼭지점에서의 지름은 0에서 점점 그 지름이 커지게 되면서 열대 지방에서의 지름은 가장 커지게 됩니다. 인터넷 검색에 의하면 적도에서의 지구 지름이 양 극지방에서의 지름보다 크다라고 합니다. 적도에서의 지구 지름은 12,742km입니다. 인터넷 검색 기록인데 양 극지방에서의 지름은 검색에서 정보가 나오지 않았습니다. 자 이 긴 내용을 정리해 보면 지구는 구형인가요? 라는 질문에 답이 나왔습니다. 지구는 구형은 맞긴 합니다. 하지만 그 구형은 타원형의 구형입니다. 아주 쉽게 생각을 또 해 볼까요? 탑블레이드라는 일본의 애니메이션 속에 나오는 팽이를 생각하시면 됩니다. 그 팽이는 중간이 블룩 튀어 나와 있습니다. 이게 타원형이라고 보시면 되고요. 이를 지구의 모양으로 상상하시면 됩니다. 하지만 사실은 거의 차이가 나지 않아 달에서 지구를 촬영한다면 거의 구형으로만 보일 것입니다.
지구가 타원형인 이유는 바로!
그렇다면 지구가 구형이 아닌 타원형인 이유가 무엇일까요? 그 이유는 지구의 자전과 자전에 의해서 생기는 원심력, 지구 내부의 핵과 맨틀의 질량 분포 때문입니다. 좀 더 설명을 해 보겠습니다. 지구는 약 24시간 주기로 자전하고 있습니다. 이때 지구의 자전축이 기울어져 있기 대문에 자전하는 동안 지구의 모양이 타원형으로 변형되는 것입니다. 타원형으로 변형되는 주요 원인은 지구가 자전하면서 발생하는 원심력 때문입니다. 이 원심력은 지구의 적도부분에서 가장 강하게 작용합니다. 이로 인해 지구의 적도 부분이 극지방보다 조금 더 부품어 로은 타원형 모양을 가지게 됩니다. 또한 지구 내부의 핵과 맨틀의 질량 분포가 균일하지 않기 때문에 지구의 형태가 구형이 아닌 타원형으로 나타나게 됩니다. 이러한 지구의 타원형 형태는 지구의 기후에 생태계에 영향을 미칩니다. 예를 들어 지구의 자전축이 기울어져 있기 때문에 계절 변화가 발생하고, 지구의 형태가 타원형이기 때문에 지역마다 기후 차이가 나타납니다. 지구의 자전에 의한 회전력 중에 원심력에 의해서 지구의 적도 부분이 그 힘에 따라 부풀어 오른다는 사실이 상상으로는 다가오지 않습니다. 거시 우주적으로 보아야만 하겠지요. 한가지 더 흥미로운 상상을 해 보면, 지구의 질량은 그대로 변하지 않기 때문에 적도 부근에서 부풀어 오르게 되면 어딘가는 줄어들게 될 것입니다. 지구의 질량은 태어나면서 정해져 있기 때문입니다. 지구의 표면에서 덩어리로 떨어져 나와 저 먼 우주속으로 사라지거나, 우주에서 지구로 소행성과 같은 외계 물질이 들어 오지 않으면 그대로 지구의 질량을 변하지 않을 것입니다. 이런 조건에서 적도에서 지구의 지름이 늘어나게 되면 어느 지역에서는 지름이 줄어 들게 될 것입니다. 이에 따라 양 극지방에서의 지름이 적도보다는 작게 되는 것입니다. 그래서 결국은 타원형이 맞게 됩니다.