조석의 원리 · TideLab

밀물과 썰물

바닷가에서 하루를 보내면 바닷물이 차올랐다가 빠지는 것을 볼 수 있습니다. 가장 높을 때를 만조, 가장 낮을 때를 간조라고 합니다. 중국어로 낮의 밀물을 조(潮), 밤의 밀물을 석(汐)이라 하고 둘을 합쳐 조석이라 부릅니다.

중국 해안 대부분에서는 하루에 두 번의 만조와 두 번의 간조가 있고, 만조 시각은 전날보다 약 50분 늦어집니다. 바로 달이 날마다 늦게 뜨는 시간과 같습니다. 오른쪽 아래 작은 창은 관측 지점 바닷가의 물높이를 계속 보여 줍니다.

기조력

달의 인력은 지구의 위치마다 크기와 방향이 다릅니다. 달 쪽은 가까워서 인력이 크고, 반대쪽은 멀어서 작습니다.

지구와 달은 공통 질량 중심을 돌기 때문에 지구의 모든 곳은 똑같은 관성 원심력을 받습니다. 그 크기는 지구 중심이 받는 달의 인력과 같고 방향은 달 반대쪽입니다.

둘을 합친 것이 기조력입니다. 달을 향한 점과 반대쪽 점에서는 모두 바깥을 향하고 크기가 거의 같으며, 양옆에서는 지구 중심을 향합니다. 기조력은 지구–달 거리의 세제곱에 반비례하여, 거리가 절반이 되면 8배가 됩니다.

하루 두 번의 밀물과 썰물

기조력 때문에 바닷물은 달 바로 아래 지점과 그 반대쪽 지점으로 모여 두 개의 조석 부풀음을 이룹니다. 그 사이를 두르는 띠가 간조대입니다.

부풀음은 달을 따라가므로 거의 움직이지 않고, 그 아래에서 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전합니다. 금색 관측 지점은 부풀음을 지날 때마다 만조, 간조대를 지날 때 간조를 맞아 하루에 만조와 간조가 두 번씩 있습니다.

달은 하루에 궤도를 따라 동쪽으로 약 13° 움직이므로 지구가 다시 달을 정면으로 마주하려면 24시간 50분이 걸립니다. 그래서 만조는 날마다 약 50분 늦어지고 두 만조 사이는 약 12시간 25분입니다.

사리와 조금

태양은 매우 크지만 너무 멀어서 기조력이 달의 약 0.46배에 불과하며, 작은 부풀음 한 쌍을 만듭니다.

삭(음력 1일)과 망(15일) 무렵에는 해, 지구, 달이 거의 일직선에 놓여 두 쌍의 부풀음이 같은 방향으로 겹치고 조차가 가장 커집니다. 이를 사리라고 합니다. 상현(8일)과 하현(23일) 무렵에는 해와 달의 방향이 직각을 이루어 태양의 부풀음이 달의 간조대에 놓이고 서로 약해져 조차가 가장 작아집니다. 이를 조금이라고 합니다.

당나라의 두숙몽은 『해도지(海濤志)』에서 조석이 달의 위상에 따라 이렇게 변한다는 것을 이미 기록했습니다.

일조부등

달의 궤도는 적도와 기울어져 있어 달의 적위는 약 27.3일마다 남북을 오갑니다. 달이 적도 위에 있을 때는 두 부풀음이 적도에 대해 대칭이어서 같은 위도의 하루 두 만조는 높이가 같습니다.

달이 북쪽에 있으면 달 쪽 부풀음은 북반구로, 반대쪽 부풀음은 남반구로 치우칩니다. 금색 위도선 위의 관측 지점은 하루에 한 바퀴 돌면서 한 부풀음은 두꺼운 곳을, 다른 하나는 가장자리를 지나므로 두 만조가 하나는 높고 하나는 낮아집니다. 이를 일조부등이라고 합니다. 위도가 높고 달의 적위가 클수록 차이가 뚜렷하며, 하루에 만조가 한 번뿐인 해역도 있습니다.