지계변동과 세차운동

[유토피아]

천부도지 제 9장 

第九章136 

分居諸族 繞倒各洲 於焉千年 12昔世出城諸人之裔ㅣ雜居各地 其勢甚盛 16然 殆忘根本 性化猛獰 見新來分居之族則作群追跡而害之 24諸族 已定住 海阻山隔 來往 殆絶 13於時 麻姑與二姬 修補大城 注入天水 淸掃城內 移大城於虛達之上 27是時 淸掃之水ㅣ大漲於東西 大破雲海之地 多滅月息之人 23自此 世界之重 變化 曆數生差 始有朔昄之象.18

제9장

분거제족(分居諸族)이 각 주(洲)에 이르니 어느덧 천년이 지났다.

먼저 성을 나간 사람들의 자손이 각지에 잡거(雜居)하여 그 세력이 자못 강성하였다.

그렇기는 하나 거의가 그 근본을 잃고 성질이 사나와져서, 새로 온 분거족을 보면 무리를 지어 추격하여 그들을 해하였다.

이미 정착한 제족들은 바다와 산으로 멀리 떨어져 있어 내왕이 거의 없었다.

이에 마고가 궁희와 소희와 함께 대성을 보수하여 천수(天水)를 부어 성내(城內)를 청소하고, 대성(大城)을 허달성(虛達城)의 위로 옮겨버렸다.

이때의 물이 동서에 넘쳐 운해주의 땅을 크게 부수고, 월식주의 사람을 많이 죽게 하였다.

이로부터 지계(地界)의 중심(重心)이 변하여 역수(曆數)가 차이가 생기니, 처음으로 일월의 일수현상이 생기게 되었다.

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지구 자전축의 방향은 외부의 영향이 없다면 일정하게 유지되어야 한다. 

그러나 태양계 내의 다른 별들의 인력은 지구에 영향을 미치며, 특히 태양과 달의 인력은 지구에 상당한 영향을 미친다. 

지구는 타원체이므로 달의 인력은 지축을 경사지게 하여 지축은 달의 궤도에 대해 수직하게 유도된다. 

또한 영향력은 작지만 태양도 달과 비슷한 영향을 지구에 미친다.

그러나 지구는 이러한 인력의 영향을 받더라도 인력의 영향하에 완전히 구속되지는 않으며, 

대신 지구의 자전축은 우주 공간에서 원추모양의 표면을 따라 움직이게 되는데, 이러한 자전축의 운동을 세차라고 한다.

세차운동은 BC 120년에 천문학자 히파르코스에 의해 발견되었으며, 17세기에 최초로 뉴턴에 의해 이론적으로 설명되었다.

세차운동으로 인해 자전축이 가리키는 별자리가 달라진다. 

현재의 자전축은 북극성을 가리키고 있으나 지금으로부터 1만 2,000년 후에는 직녀성을 가리킬 것이다. 

세차운동의 주기는 2만 6,000년이다. 

세차운동은 천구(天球)상에서 태양의 궤도인 황도(黃道)에 수직인 축을 기준으로 일어나며,

천구의 적도와 황도의 교점인 춘분점과 추분점을 이동시킨다.

세차운동에 의해 분점들은 매년 50.26″씩 이동한다. 

한편 히파르코스 시대 이후에 일어난 분점들의 이동은 약 29°에 달하며, 

따라서 고대의 그리스인들이 말한 태양의 연중 이동경로는 오늘날에는 더이상 들어맞지 않는다. 

극의 이동경로는 일반적인 생각과는 달리 정확한 원궤도가 아니고 약간의 진동을 수반하는데, 

주기 18.6년, 진폭 9.2″인 장동(章動)의 궤도를 따라 일어난다. 

이렇게 극의 이동경로가 원궤도를 따르지 않는 이유는 지축의 경사가 일정하지 않기 때문으로 알려져 있다. 

챈들러 진동은 지구의 회전으로 일어나는 또다른 현상이며, 매우 작은 진폭으로 436일의 주기를 갖고 일어나는 현상이다. 

이는 지구 고체 부분의 미약한 변형 및 달과 태양의 인력으로 지구가 일그러지는 조석작용과 관계가 있다.

지구의 경우 자전에 의하여 지구 적도 부근이 위의 그림과 같이 불룩해지고 

이 불룩한 부분이 달 또는 태양에 의하여 중력을 받는데 그림의 A지점이 받는 힘이 B지점이 받는 힘보다 크므로 

지구의 자전축은 그림과 같이 반시계방향으로 황극축을 따라 회전하게 된다. 회전주기는 25800년이다. 

따라서 북극의 위치가 바뀌게 되는데 현재는 북극성의 위치가 북극이지만 

13000년이 지나면 북극의 위치는 대략 직녀성 근처가 될 것이다.

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세차운동의 원인

지구도 회전하는 강체로 볼 수 있기 때문에 세차 운동이 생긴다. 

지구는 극반지름에 비해 적도반지름이 조금 더 큰 회전타원체 모양을 하고 있다. 

부풀어 오른 부분을 벌지(buldge)라고 한다. 

거리가 멀어질수록 작아지는 중력의 특성 때문에 태양의 중력은 태양을 향한 쪽 벌지에서 더 크게 작용하게 된다. 

지구의 자전축이 지구의 공전궤도면에서 기울어져 있기 때문에 하지나 동지 무렵에는 벌지에 작용하는

태양의 중력 차이가 지구를 공전궤도면에 수직으로 세우려는 힘(돌림힘)으로 작용하게 된다. 

회전하는 계에 돌림힘이 작용하면 돌림힘 방향의 각운동량을 더하게 된다. 

지구의 경우에는 태양과 지구의 벌지때문에 생기는 돌림힘은 춘분점 방향과 평행하므로 

지구의 회전축은 춘분점 방향으로 기울게 된다. 

그만큼 춘분점은 다시 이동하게 되어 같은 작용이 반복되므로 지구 자전축은 회전하게 되는 것이다.

971-3

사실 세차운동의 속도, 지구 자전속도, 자전축 자체의 움직임도 모두 불규칙적이고 자전축 좌표도 변한다. 

이러한 원인에 대해 여러가지 이론이 있지만 정확한 것은 아직 모른다. 

지구가 완전한 강체가 아니기 때문에(빙하,바다,맨틀,외핵 등) 중력의 불균형이 존재하고, 

또한 지구 자전에 대한 여러가지 저항 요소가 원인이 될 것이다.

 (인간은 우주와 지구에 대해서 모르는 것이 너무나 많다)

※ 아래는 지구 중력의 불균형에 대한 자료이다.

‘Potato’ Earth’s deep secrets

Astronomy Picture of the Day

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971-5

071-6

971-7

※ 지구의 변동 원인으로 다음과 같은 것이 거론된다:

◎ 대부분의 힘으로 인정하고 있는 달과 태양의 인력, 그리고 나머지 행성들의 인력도 조금 영향을 미친다 한다. 

달의 인력이 가장 많은 영향을 미칠 것이다.

◎ 달과 태양의 인력으로 인한 조석[潮汐, tide] – 지구의 자전 속도에 영향을 주는 가장 큰 원인은 달에 의한 조석 마찰

◎ 녹아 내리는 빙하 – 빙하가 주로 있는 극 부분의 무게 변화와 녹은 물의 적도 부분으로 이동 등 

상당한 요소에 영향을 미친다.

◎ 빙하의 이동

◎ 핵과 맨틀 사이의 전자기력 변화

◎ 해류 – 수온의 변화와 해수 밀도의 변화

◎ 해수 하중 – 수온의 변화와 해수 밀도의 변화, 챈들러 요동을 일으키는 주요 원인으로 지목

◎ 화산과 지진

◎ 계절의 변화 – 북반구를 기준으로 여름에는 지구의 자전 속도가 빨라져 하루의 길이가 짧아지고, 

겨울에는 반대로 자전 속도가 느려져 하루의 길이가 길어지는 경향이 있다.

◎ 기압과 바람

◎ 대륙붕 수역

◎ 지각의 반동 상승

◎ 판의 운동

◎ 맨틀의 대류

◎ 지구 핵의 지형 구조

◎ 전자기 힘

◎ 점성 토크 – 맨틀의 연약권

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자연현상의 모든 것이 다 원인이 있어 일어나는 것이고 그것으로 인해 또 다른 자연현상을 초래하게 되는 것인데,

워낙 큰 주기라 우리가 살아가면서 느끼기 힘든 지구의 운동 중 하나인 세차운동에 대해 알아 보았다.

그리고 이 세차운동이 인간에게 미친 영향이 상당하다고 판단한다.

지구의 자전과 공전에 이어 제3의 운동이라 할 수 있는 지구의 세차운동은

자전축이 약 25800년을 주기로 작은 원을 그리며 회전하는 현상이다.

세차운동의 발견은 일반적으로 로도스의 또는 니케아의 그리스 천문학자 히파르코스(기원전 190~120년)에 의한 것으로 인정된다.

하지만 최근의 연구에 따르면 고대 이집트와 바빌로니아와 수메르 사람들이 그보다 먼저 이 개념을 이해했을 가능성이 높다.

 위의 그림에서 P가 세차운동, N이 장동(章動), R이 지구의 자전을 나타낸다.

지구의 세차운동 영향으로는 다음과 같은 것이 있다.

◎ 북극성의 변화

세차운동으로 인한 자전축의 경로로 약26000년 주기로 회전한다. 현재는 자전축이 북극성(Polaris)을 가르키고 있으나, 용자리 α별인 투반 (Thuban, 3등급)은 기원전 3000년경 북극성이었다. 12,000년 후에는 거문고자리의 α별인 직녀성(Vega)이 새로운 북극성이 될 것이다.

◎ 기후 변화

세차운동에 의해서 지구 상에는 태양으로부터 받는 일조량의 변화가 일어나며, 북반구와 남반구의 일조 흡수량은 정반대로 나타난다. 따라서 기후변화가 일어나게 되는 것이다.

세차운동은 공전궤도 이심률, 자전축의 기울기 등과 함께 기후변화의 주요한 원인으로 알려져 있다.

예를 들면 사하라가 이전에는 사막이 아니었다.

타실리, 페잔 등 사하라 중앙부의 암산(岩山)에 남아 있는 수천 년 전의 암벽회화에는 코끼리와 기린 등의 야생동물 외에 소와 농경의 정경이 그려져 있어, 옛날부터 습윤한 기후풍토에서 주민들이 생산활동을 하고 있었던 모습을 잘 나타내고 있다.

◎ 빙하기와 관련

지구의 자전축이 세차 운동을 하면서 지구에 공급되는 태양 에너지 공급량을 조절하고 이것이 해양-대기-지각 활동의 변화를 유도하면서 빙하기-간빙기 순환을 일으킨다.

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