과학자 칼 에드워드 세이건이 들려주는 태양계와 지구 이야기

20세기 후반 천문학 붐을 일으킨 미국의 천문학자 칼 에드워드 세이건의 태양계와 지구에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

 

태양 주위를 도는 행성들은 어떤 특징이 있을까요?

태양은 태양계의 중심이고 아홉 개의 행성이 그 주위를 돌고 있습니다. 아홉 개의 행성은 태양의 만유인력 때문에 태양계 밖으로 도망치지 못하고 그 주위를 빙글빙글 돌고 있습니다.

 

하지만 태양계에는 행성들만 있는 것은 아닙니다. 태양계의 무법자인 혜성이 태양계 밖에서 만들어져 태양계 사이를 돌아다닙니다. 그래서 어떤 혜성들은 행성과 충돌하기도 합니다.

 

태양계의 또 다른 주인공으로 소행성이 있습니다. 소행성은 행성이라고 부르기에는 너무 작은 바위 조각들이랍니다. 소행성은 주로 화성과 목성 사이에 몰려 있고, 이런 것들이 다른 행성들과 충돌하여 운석구덩이를 만들기도 합니다.

 

 

내행성과 외행성

태양계의 아홉 개 행성 중에는 지구보다 안쪽에 있는 것도 있고 바깥쪽에 있는 것도 있습니다. 지구의 안쪽에서 태양 주위를 도는 행성을 내행성, 바깥쪽에서 태양 주위를 도는 행성을 외행성이라고 부릅니다.

내행성은 지구에서 보면 달처럼 모양이 변합니다. 즉 초승달처럼 보일 때도 있고 반달처럼 보일 때도 있습니다.

그렇다면 수성이나 금성의 모양은 왜 변할까요? 그것은 이들 내행성들이 지구보다 안쪽에서 지구보다 안쪽에서 태양의 주위를 돌기 때문입니다.

 

태양과 지구와 내행성이 이루는 각이 작을 때는 내행성들이 초승달처럼 보입니다. 태양과 지구와 내행성이 이루는 각이 좀 더 크게 되면 내행성들이 반달처럼 보이게 됩니다. 금성의 최대이각은 약 48도입니다. 최대이각이란 지구에서 볼 때 내행성과 태양 사이의 각거리가 최댓값에 이른 상태를 말합니다. 반면 수성의 최대이각은 28도입니다. 수성은 금성보다 멀기도 하고 최대이각도 작아 금성보다 관측하기가 어렵습니다. 하지만 외행성은 모양이 변하지 않고 항상 동그랗게 보입니다.

 

 

지구형 행성과 목성형 행성

행성을 크기에 따라 분류할 수 있습니다. 수성, 금성, 지구, 화성, 명왕성처럼 크기가 작은 행성을 '지구형 행성'이라고 부릅니다. 지구형 행성은 산소와 규소의 화합물로 이루어져 있어 밀도가 큽니다.

이에 반해 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 지구보다 훨씬 큽니다. 이런 행성을 '목성형 행성'이라고 부릅니다. 목성형 행성은 주로 수소나 헬륨 같은 기체로 되어 있어 밀도가 작습니다. 지구형 행성은 표면이 고체로 되어 있어 사람이 걸어 다닐 수 있지만, 목성형 행성은 표면이 기체 상태로 되어 있어 사람들이 걸어 다닐 수 없답니다.

 

 

태양에서 행성까지의 거리

태양에서 각각의 행성까지의 거리는 얼마나 될까요? 거리를 알기 위해서는 우선 천문단위(AU, 에이유)에 대해 알 필요가 있습니다. 1AU는 지구에서 태양까지의 거리인 1억 4천960만 킬로미터를 나타냅니다. 이제 AU 단위로 태양에서 각 행성까지의 거리를 알아보겠습니다.

이들 거리 사이에는 재미있는 규칙이 있습니다.

 

0 - 3 - 6 - 12 - 24 - [  ] - [  ] - [  ]

 

[ ] 안에 들어갈 숫자를 쉽게 알 수 있을 겁니다. 맨 처음 나온 숫자인 0을 제외하고 앞의 숫자에 2를 곱하면 됩니다. 그렇게 하면 다음과 같습니다. 

 

0 - 3 - 6 - 12 - 24 - 48 - 96 - 192 - 384

 

그리고 각각의 숫자에 4를 더해 봅니다.

 

4 - 7 - 10 - 16 - 28 - 52 - 100 - 196 - 388

 

다시 각각의 숫자를 10으로 나눠 봅니다.

 

0.4 - 0.7 - 1 - 1.6 - 2.8 - 5.2 - 10 - 19.6 - 38.8

 

바로 이것이 태양으로부터 각 행성까지의 거리를 AU로 나타낸 것입니다. 

태양계의 순서대로 수성 - 금성 - 지구 - 화성 - 소행성대 - 목성 - 토성 - 천왕성 - 명왕성까지의 거리로 보면 됩니다.

예시) 태양부터 수성까지의 거리  = 0.4AU

 

이처럼 태양에서 각 행성까지의 거리는 일정한 규칙을 가지고 있습니다. 이것을 우리는 '보데의 법칙'이라고 부릅니다. 

잘 살펴보면 알겠지만 이 공식에는 해왕성이 빠져있습니다. 그 이유는 해왕성까지의 거리는 보데의 법칙을 만족하지 않아 이 법칙으로 설명할 수가 없기 때문입니다. 이 밖에 소행성대는 화성과 목성 사이에 위치하고 있습니다. 원래 행성이 되려다가 목성의 인력 때문에 수천 개의 조각으로 나뉜 소행성들이 모여 있는 곳입니다.

 

 

지구는 다른 행성들과 어떤 점이 다를까요?

지구의 나이는 46억 살이고, 질량은 약 6,000,000,000,000,000,000,000,000킬로그램이며, 반지름은 6천300킬로미터입니다.

옛날 사람들은 지구가 평평하다고 생각하기도 했습니다. 하지만 우주선에서 찍은 지구의 사진을 보면 알 수 있듯이 지구는 동그란 공 모양입니다. 지구의 가장 위쪽을 북극, 가장 남쪽을 남극이라고 부릅니다. 북극과 남극의 가운데에는 적도가 있습니다. 우리는 적도의 북쪽을 북반구, 남쪽을 남반구라고 부릅니다. 그렇다면 우리나라는 어디에 속할까요? 우리나라는 북반구에 위치하고 있습니다.

 

지구는 거대한 공기로 둘러싸여 있습니다. 물론 눈에 보이지는 않지만 지구를 둘러싼 거대한 공기로 '대기'라고 부릅니다. 그리고 대기가 있는 지역을 '대기권'이라고 부릅니다. 지구를 몸에 비유하면 대기는 지구를 따뜻하게 감싸는 옷과 같은 역할을 합니다. 지구를 둘러싸고 있는  대기 옷의 두께는 약 1천 킬로미터입니다. 지구 반지름의 약 6분의 1 정도이니까 지구는 아주 두꺼운 옷을 입고 있는 셈입니다. 대기권을 빠져나가면 우주가 나타나고 물론 그곳에는 공기가 없습니다.

 

 

대기가 있어 행운인 행성

만일 지구에 대기가 없다면 끔찍한 일들이 벌어질 것입니다. 달에는 공기가 없다는 걸 모두 알고 있을 것입니다. 다시 말해 달에는 대기가 없습니다. 그런 까닭에 달에서는 소행성의 충돌 사고가 잦습니다. 그래서 달은 곰보입니다. 지구도 아주 큰 행성이 다가오면 큰 충돌을 피할 수 없겠지만 작은 소행성들은 지구의 대기로 들어오는 순간 모두 타 버립니다. 밤하늘에 반짝거리는 별똥별은 모두 대기로 들어오다가 타 버린 소행성들이랍니다.

 

우리는 더우면 에어컨을 켜고 추우면 히터를 켜서 항상 적당한 실내 온도를 유지합니다. 그런 면에서는 지구도 마찬가지랍니다. 지구에서 에어컨과 히터 역할을 하는 것이 바로 대기입니다. 달의 경우 낮에는 무지무지 뜨겁고 밤에는 엄청나게 춥지만, 지구의 경우 낮에는 적당히 덥고 밤에는 적당히 추워 사람이 살기 좋은 환경인 것도 대기 때문입니다.

 

하지만 지구의 대기도 금성처럼 이산화탄소가 있습니다. 물론 금성에 비하면 아주 조금이지만, 지구 대기의 이산화탄소는 자동차 배기가스나 공장에서 연료를 태울 때 많이 생깁니다. 이렇게 이산화탄소가 많아지면 지구의 온도는 점점 올라가는데 이런 현상을 '온실효과'라고 부릅니다. 지구상의 식물들이 공기 중의 이산화탄소를 먹어 치우지만 숲이나 초원이 점점 없어지면서 공기 중의 이산화탄소의 양은 점점 늘어나고 있습니다. 이것이 바로 지구 온난화의 주범입니다.

 

태양의 빛이 모두 몸에 좋은 것은 아닙니다. 방사선도 나오니 말입니다. 물론 방사선은 두꺼운 대기에 반사되어 다시 우주로 날아갑니다. 하지만 대기가 없는 달에서는 방사선을 막아주는 특수한 옷을 입니 않으면 생명을 유지할 수 없습니다.

 

또한 대기의 성층권에는 오존층이 있어 우주에서 내놓는 강한 자외선을 흡수해 줍니다. 물론 오존층이 자외선을 100퍼센트 막아 주는 것은 아닙니다. 하지만 상당한 양의 자외선을 막아 주는 오존층이 있기 때문에 우리는 지구에서 행복하게 살 수 있는 거랍니다.

그러나 요즘 우리 주변을 둘러보면 에어컨이 없는 곳이 없고, 또 냉장고나 에어컨, 스프레이 등에는 냉각재로 프레온가스가 사용되는데 다 쓰고 난 프레온가스는 하늘로 올라갑니다. 이 프레온가스는 오존의 천적입니다. 왜냐면 프레온가스는 오존층을 파괴하기 때문입니다. 프레온가스로 인해 오존층에 구멍이 뚫리게 되는데 이 구멍을 '오존 구멍'이라고 부릅니다. 그 구멍으로 자외선이 직접 당으로 내려오면 사람들은 피부암에 걸릴 확률이 높아집니다. 그래서 최근에는 프레온가스의 사용을 줄이려는 노력을 하고 있습니다.

 

우리가 살고 있는 행운, 지구에서 행복하게 살기 위해 이산화탄소는 줄이고 오존층을 보호합시다.