지구는 왜 동그랗지 않을까? 지구는 완벽한 구도, 완벽한 원도 아닙니다. 자전과 공전이 만들어낸 지구의 ‘살짝 찌그러진’ 진짜 모습을 논리적으로 정리해 봅니다.
지구는 둥글다?
“지구는 둥글다” – 그 말, 반만 맞다!
우리가 어릴 때부터 배운 건 “지구는 둥글다”라는 말이에요.
공처럼 생긴 지구를 떠올리며 우주에 떠 있는 모습을 상상하죠. 그런데 조금만 생각해 보면 이 말이 맞나?라고 생각됩니다. 물론, 요즘은 우주에서 촬영된 지구의 모습을 볼 수 있기 때문에 실제로 확인도 가능하지만요, 사실 지구는 우리가 알고 있던 완벽한 공 모양이 아니거든요. 심지어 태양 주위를 도는 궤도도 완벽한 원이 아니에요.
지구는 왜 구가 아니고 ‘타원체'에 가까울까?
지구를 옆에서 보면 완벽한 원이 아니라 살짝 납작한 느낌이 듭니다. 이걸 과학적으로는 회전 타원체(oblate spheroid)라고 불러요. 쉽게 말해, 적도 부분은 불룩하고 극지방은 살짝 눌린 모양이에요. 왜 이렇게 됐을까요? 바로 지구가 스스로 도는 자전 때문이에요.
지구는 하루에 한 번, 약 24시간 동안 쉴 새 없이 돌고 있어요. 이 회전 속도는 적도에서 시속 약 1,670km에 달할 정도로 빠릅니다.
이렇게 빠르게 돌면 원심력이 생기는데, 이 힘이 적도 부분을 바깥으로 밀어내는 거예요. 반면 극지방은 회전축에 가까워서 원심력이 덜 작용하니 납작해지는 거죠. NASA의 측정에 따르면, 지구의 적도 지름은 극지름보다 약 43km 정도 더 길다고 해요. 아주 미세한 차이지만, 완벽한 구는 아니라는 증거죠.
지구의 공전 궤도 역시 ‘타원’
태양 주위를 공전하는 지구의 궤도도 우리가 상상하는 동그란 원이 아니라 타원 궤도(elliptical orbit)예요.
이것은 17세기 천문학자 요하네스 케플러가 발견한 사실로, 그의 제1법칙에 따르면 “행성은 태양을 중심으로 원이 아닌 타원 궤도를 돈다”고 합니다.
여기서 재미있는 점은, 태양이 그 타원의 한가운데 있는 게 아니라 초점 중 하나에 위치한다는 거예요. 타원은 두 개의 초점을 가진 도형인데, 지구가 태양에 가까워졌다 멀어졌다 하며 도는 이유가 바로 이 때문이죠. 이 타원의 찌그러진 정도를 나타내는 게 이심률(eccentricity)인데, 지구의 이심률은 약 0.0167로 아주 완만한 타원입니다. 그래서 계절마다 태양과의 거리가 조금씩 달라지긴 하지만, 극단적인 차이는 아니에요.
왜 타원 궤도를 그릴까?
그렇다면 왜 지구는 원이 아니라 타원으로 돌까요? 이건 뉴턴의 만유인력과 관성이 함께 작용한 결과예요. 지구는 태양의 중력에 끌려서 당겨지며, 동시에 직선으로 날아가려는 관성도 가지고 있어요. 이 두 힘이 균형을 이루며 지구를 태양 주위로 돌게 만드는데, 그 경로가 바로 타원이 되는 거죠. 쉽게 비유하자면, 줄에 묶인 공을 빙빙 돌리면 공은 원을 그리려 하지만 줄이 팽팽해질수록 살짝 찌그러진 모양으로 움직이잖아요? 지구와 태양도 비슷한 원리로, 중력과 속도가 만들어낸 자연스러운 결과가 타원 궤도예요.
이 궤도는 계절 변화에도 영향을 주고 있죠. 예를 들어, 지구가 태양에 가장 가까운 근일점(1월 초)과 가장 먼 원일점(7월 초)의 거리 차이는 약 500만 km 정도 된다고 해요. 아주 미세하지만, 자연의 섭리를 보여주는 증거죠.
지구의 자전과 공전이 기후에 미치는 영향
지구의 회전 타원체 모양과 타원 궤도는 단순히 모양에만 영향을 주는 게 아니에요. 이 두 요소는 지구의 기후와 환경에도 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 자전 속도와 원심력 때문에 적도 지역은 더 따뜻하고 대기가 두껍게 형성되며, 이는 열대 기후의 특징을 만드는데 기여해요. 반면 극지방은 납작한 모양과 태양 빛을 덜 받는 각도 때문에 춥고 건조한 환경이 되죠.
공전 궤도의 타원성도 마찬가지예요. 지구가 태양에 가까워지는 근일점과 멀어지는 원일점에서의 거리 차이는 태양 복사 에너지의 양에 미세한 변화를 만듭니다. 이 차이는 계절의 강도나 날씨 패턴에 영향을 줄 수 있어요. 흥미롭게도, 현재 지구의 근일점이 북반구 겨울(1월)에 오기 때문에 남반구의 여름이 북반구 여름보다 약간 더 따뜻하다고 알려져 있습니다. 이런 세부적인 정보들은 지구가 단순한 공이 아니라 복잡한 시스템임을 보여줍니다.