정용환 기자지구가 지축을 중심으로 회전하는 자전과 태양 주위를 회전하는 공전을 한다는 건 상식이다. 하지만 구체적인 움직임은 교과서 같은 곳에선 단순화되어 있어 직관적으로 이해하기는 어렵다. 한 엔지니어가 마우스로 슬라이더만 조작하면 지구의 자전과 공전을 한 번에 알 수 있는 데모를 공개했다.
지구의 북극과 남극을 잇는 지축은 자전 중심축이다. 지축은 공전 면에 수직이 아니라 공전 축에서 23.4도 기울어져 있다. 자전할 때 태양을 향하던 부분이 낮, 반대쪽은 밤이다. 어스앤선(Earth and Sun) 데모에선 밤낮 경계가 지축에 대해 기울어져 있다는 걸 잘 보여준다.
슬라이더 중 갈색 부분은 날짜를, 푸른 부분은 시간을 늦출 수 있다. 실제로 움직여보면 빛이 닿는 곳이 어떻게 변화하는지 이해할 수 있다. 지축 자체도 태양과 달의 중력 영향을 받아 조금씩 움직이며 2만 5,772년 주기로 방향이 바뀐다. 이 움직임을 지구의 세차운동이라고 한다. 북극 연장선상에 있는 작은곰자리 α 폴라리스는 북극성으로 인식되어 있지만 지축이 어긋나면 조금씩 북극성이 아니게 될 것이다.
또 지구가 태양 주위를 빙글빙글 도는 공전도 볼 수 있는데 슬라이더를 움직이면 궤도는 원형이 아닌 타원형 궤도라는 걸 알 수 있다. 이는 16세기 천문학자인 오하네스 케플러가 발견한 케플러 제1법칙으로 정리되어 있다.
지구가 태양 주위를 공전하는 속도는 일정하지 않다. 행성과 태양을 연결하는 선이 단위시간에 그리는 면적은 일정이라는 케플러 제2법칙도 시각화하고 있다. 슬라이더를 움직이면 지구가 공전 궤도를 움직인다. 공전 궤도 타원이 지구를 통과하는 단위 시간에 따라 파이처럼 구분되는데 같은 단위 시간에 지구가 공전하는 거리는 지구와 태양이 멀면 짧고 가까우면 길어진다. 다시 말해 지구와 태양 거리에 따라 공전 속도가 늦어지거나 빨라지는 것이다.
보통 지구 자전주기는 24시간을 간주하지만 엄밀하게는 차이가 있다. 예를 들어 12시에는 태양이 머리 위에 있다고 한다. 이 역시 시각화해서 볼 수 있는데 화살표 위치로 관찰자가 서있는 곳에서 화살표 방향이 머리 방향이라는 걸 표시해준다. 슬라이더를 오른쪽으로 이동하면 지구가 자전하면서 태양 주위를 공전한다. 이를 통해 확인해보면 지구의 올바른 회전 기간은 별 날짜인 23시간 56분 4분 가량이다. 이에 비해 명백한 자전 주기인 24시간은 태양일이라고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이석원 기자
