지구 운동 교실

지구 운동 개요

지구는 두 가지 운동을 동시에 합니다. 지축을 중심으로 한 자전(주기 약 1일)과 태양 둘레의 공전(주기 약 1년)입니다. 자전은 낮과 밤의 교대와 시차를 만들고, 공전에 지축 기울기가 더해지면 태양 직사점의 이동, 낮의 길이, 정오 태양 고도가 변하여 마침내 사계절이 됩니다.

끌어 시선을 회전하고 휠로 확대·축소합니다. 날짜를 끌거나 “1년 재생”을 클릭하면 지구가 궤도를 따라 움직이는 것을 볼 수 있습니다.

지축은 항상 같은 방향(북극성 근처)을 가리킵니다. 그래서 한 해 동안 북반구는 때로는 태양을 향하고 때로는 등집니다.

키보드 ← →로 장을 바꾸고, R로 시선을 초기화하며, F로 전체 화면을 켭니다.

지구 자전

지구는 지축을 중심으로 서에서 동으로 돕니다. 북극 위에서 보면 반시계 방향이고, 남극 위에서 보면 시계 방향입니다.

각속도: 남북 극점을 제외하면 어디서나 약 15°/시간입니다.

선속도: 적도에서 최대 약 1670 km/h이고 양극으로 갈수록 줄어, 60°에서는 적도의 약 절반이며 극점은 0입니다. 그림의 금색 화살 길이가 선속도의 크기입니다.

주야 교대와 주야 경계선

지구는 불투명하고 스스로 빛을 내지 않습니다. 해가 비추는 절반은 낮 반구이고, 나머지 절반은 밤 반구이며, 그 경계를 주야 경계선이라고 합니다. 자전에 따라 밤에서 낮으로 들어가는 쪽은 아침 경계이고, 낮에서 밤으로 들어가는 쪽은 저녁 경계입니다.

주야 경계선 ⟂ 태양광선주야 경계선에서 태양 고도는 0°입니다. 주야 경계선이 적도를 이등분하므로, 적도는 일 년 내내 낮과 밤의 길이가 같습니다.

도시 이름을 보면 베이징, 런던, 뉴욕이 자전에 따라 차례로 낮에 들어가며, 경도가 15° 다를 때마다 지방시는 1시간 차이 납니다. 동쪽일수록 이르고 서쪽일수록 늦습니다.

“북극 상공에서 내려다보기”로 바꾸면 시험에서 가장 흔한 햇빛 그림의 시점입니다. 반시계 방향으로 자전하고, 아침 경계는 반시계 방향 앞에 있습니다.

지구 공전

지구는 태양을 서에서 동으로 공전하며, 주기는 1 항성년(365일 6시 9분 10초)입니다. 공전 궤도는 원에 가까운 타원이고, 태양은 한 초점에 있습니다. 1월 초에 근일점을 지나며 공전 속도가 빠릅니다. 7월 초에는 원일점을 지나며 속도가 느립니다.

황도 경사각 23°26′적도면(푸른 고리)과 황도면(금색 고리)의 사잇각입니다. 공전하는 동안 지구 자전축은 언제나 북극성 근처를 가리키며, 기울어진 방향은 변하지 않습니다.

황도 경사각 때문에 태양 직사점은 남·북회귀선 사이를 오갑니다. 다음 장에서 이어집니다.

북반구 겨울 반년에는 지구가 태양에 더 가깝고 공전도 더 빨라, 겨울 반년(약 179일)이 여름 반년(약 186일)보다 짧습니다.

태양 직사점의 이동

황도 경사각 때문에 태양 직사점은 남회귀선과 북회귀선 사이를 오가며, 주기는 하나의 회귀년(365일 5시 48분 46초)입니다.

낮과 밤의 길이

주야 경계선은 위도 원을 낮호(금색)과 밤호(파란색)로 나눕니다. 낮호가 길수록 낮이 깁니다. 낮 길이 = 낮호 각도 ÷ 15°.

태양이 어느 반구를 직사하면 그 반구는 낮이 길고 밤이 짧으며, 위도가 높을수록 낮이 깁니다. 북극권 안에서는 백야가 나타날 수 있습니다.

적도는 일 년 내내 낮과 밤의 길이가 같고, 춘분과 추분에는 전 세계에서 낮과 밤의 길이가 같습니다.

하지에는 북반구 각지의 낮 길이가 한 해 중 최대에 이르고, 동지에는 최소에 이릅니다.

직사점이 북쪽으로 이동하면 북반구의 낮은 점점 길어지고, 남쪽으로 이동하면 북반구의 낮은 점점 짧아집니다.

정오 태양 고도

정오 태양 고도는 하루 중 가장 큰 태양 고도각입니다. 이 값은 태양 직사점에서 남과 북으로 갈수록 작아지며, 위도 차와 관계가 있습니다.

북회귀선 북쪽: 하지에 최대, 동지에 최소.

남회귀선 남쪽: 동지에 최대, 하지에 최소.

남·북회귀선 사이: 한 해에 두 번 직사합니다(회귀선에서는 한 번).

건물 간격: 동지 정오에 1층까지 햇빛이 들도록 건물 간격 ≥ 건물 높이 × cot H동지입니다(오른쪽 아래에는 고른 위도로 이미 계산되어 있습니다).

태양열 온수기: 집열판과 지면의 사잇각을 90° − H로 하면 햇빛이 판에 수직으로 닿습니다.

계절의 변화

밤낮의 길이와 정오 태양 고도가 계절에 따라 변하면 각 지역이 받는 태양 열이 달라져 사계절이 됩니다. 천문학적으로 여름은 한 해 중 낮이 가장 길고 태양이 가장 높은 계절이며, 겨울은 그 반대이고 봄과 가을은 그 사이입니다.

형성 평가