지구(Earth)

지구(Earth)

 

태양계에서 세 번째인 행성으로 신이 창조한 천체 중 가장 아름답다. 태양계의 행성 중 유일하게 액체 상태의 물이 있고, 생물이 존재한다. 형태는 완전한 구형이 아니고, 적도 부분이 약간 부풀어 있다. 대기는 질소와 산소로 구성되어 있으며 평균수심 3795m의 바다가 있다. 바다는 표면의 70%를 덮고 있다. 지구 내부는 지각, 맨틀, 핵의 층구조를 이루고 있다. 지각은 암석으로 되어 있으며, 맨틀은 주로 감람암, 핵은 철을 주성분으로 하는 금속으로 이루어져 있다. 지구를 둘러싸고 있는 대기는 원자와 분자로 이루어진 중성 대기와 그 위에 전자와 이온으로 전리된 플라스마 대기로 나눈다. 이곳을 자기권이라고 하는데 태양풍과의 상호작용으로 혜성같은 모양을 하고 있다. 지구는 태양을 중심으로 하는 타원 위를 1년에 한바퀴 돈다. 자세히 보면 지구의 공전운동은 달이나 다른 행성의 영향을 받아 복잡한 양상을 띤다. 지구의 공전궤도면은 지구의 자전축과 약 66.5° 기울어져 있다. 이 때문에 1년 동안에 봄, 여름, 가을, 겨울의 4계절이 생긴다. 지구의 자전주기는 23시간 56분이지만, 태양의 공전운동 때문에 태양이 어떤 지점에서 남중하고 그 다음 남중할 때까지는 약 24시간이 걸린다. 이 태양의 운동을 기준으로 하루를 결정한 것을 태양일이라 하고 1년간 태양일의 평균을 평균태양일이라 하며 24시간으로 정해져 있다. 현재 천구에서의 자전축의 방향은 북극성을 향하고 있다. 그러나 지구가 완전한 구대칭이 아니라 적도 부근이 부풀어 있기 때문에 달과 태양으로부터 힘을 받아 지구의 자전축 방향은 약 2만 6000년 주기로 공전축의 둘레를 공전과 같은 방향으로 회전운동을 하고 있다. 이것을 세차운동이라 한다. 이 세차운동 중에는 16년 주기 등의 주기가 짧고 진폭이 작은 운동이 있는데, 이것을 장동(章動)이라 한다. 세차운동이나 장동은 팽이의 회전운동에서도 관찰할 수 있다. 이러한 운동은 천구상의 별의 위치를 기준으로 해서 관찰한 지구의 회전운동이다. 한편 지구의 회전운동을 지각을 기준으로 해서 측정하면 지면에 대하여 북극, 남극의 위치가 변하는 극이동이 관측된다. 이것은 지구상의 각 점에서의 위도 변화로서 관측되며, 세차운동처럼 다른 천체가 주는 외력에 의해 생기는 것은 아니다. 지구의 자전은 달에 의해 생기는 밀물과 썰물에 의해 달의 공전으로 조금씩 변화된다. 그래서, 달은 지구에서 멀어지면서 동시에 지구의 자전속도가 줄어들어 하루의 길이가 차츰 길어지고 있다.

소개(Introduction)

 

특   징

질량 (kg) 5.976e+24 질량 (지구 = 1) 1.0000e+00 적도 반경 (km) 6,378.14 적도 반경 (Earth = 1) 1.0000e+00 평균 밀도 (gm/cm^3) 5.515 태양으로부터의 평균 거리(km) 149,600,000 태양으로부터의 평균 거리(Earth = 1) 1.0000 자전 주기 (일) 0.99727 자전 주기 (시간) 23.9345 공전 주기 (일) 365.256 평균 공전 속도 (km/sec) 29.79 궤도 이심률 0.0167 자전축의 경사 (도) 23.45 궤도면의 경사 (도) 0.000 적도 탈출 속도 (km/sec) 11.18 적도 표면 중력 (m/sec^2) 9.78 알베도(Visual geometric albedo) 0.37 평균 표면 온도 15°C 대기압 (bars) 1.013 대기의 조성 질소 산소 기타     77% 21% 2%

 

 

 

기   원

반지름이 현재의 1/2이었을 때의 원시 지구에는 평균 1년에 1000개가 넘는 미행성이 충돌했다고 생각된다. 지구 자체의 중력이 커지면서 미행성체를 끌어들이는 힘도 강해지고 충돌규모도 더욱 커지게 된다. 미행성은 엄청난 고속으로 지구에 충돌하여 원시지구의 성장을 가속시켰다. 미행성이 지구에 충돌하면 고온, 고압의 상태가 된다. 그러므로 미행성에 포함된 물이나 이산화탄소 등의 휘발성 성분은 순식간에 증발하고 만다. 이렇게 증발한 수증기는 원시대기를 형성하고, 수증기에 의한 온실효과로 충돌 에너지가 방출되지 못하여 지표의 온도는 계속 상승한다. 지표는 녹아 마그마의 바다를 이루게 된다. 원시지구가 현재의 80% 정도로 성장했을 때에는 미행성의 충돌도 줄어들고 충돌에너지도 감소한다. 지표의 온도는 내려가고 지구는 점점 식기 시작한다. 그래서, 마그마가 굳어지고 수증기를 대량 함유하고 있던 원시대기는 엄청난 비를 쏟아내려 대홍수가 발생하고 바다가 만들어지게 된다. 지구는 지하에는 마그마, 그 위에 얇은 원시지각, 바다. 그 위에 이산화탄소로 구성된 대기가 존재하게 된다. 이러한 지구에서는 내부의 열에 의한 대류가 일어나 대륙은 급격히 성장하게 된다. 지구는 운석 충돌이라는 외적 요인과 대류 운동이라는 내적 요인에 의해 변화하게 되는 것이다. 지구가 식어 감에 따라 맨틀의 대류는 완만해지고 대류의 크기도 커진다. 이에 따라 지각은 두꺼운 판으로 성장하게 되고, 무게가 늘어남에 따라 판이 맨틀 내부로 가라앉게 되는 판운동이 일어난다. 한편, 지구 내부에는 지구를 이루는 원소의 밀도와 열적 진화에 따라 핵과 맨틀이 분리된다. 원시바다가 형성될 당시 이산화탄소 대기는 수 기압에 이르렀다. 이 시기에 비가 내리면 이산화탄소는 바다에 녹아 들어가고, 칼슘이온과 반응하여 해양저에 퇴적되며 지각이 맨틀로 들어가면 마그마를 통하여 상승하여 화산폭발 시 대기에 다시 공급된다. 이런 과정을 거치면서 이산화탄소의 양이 크게 줄어들게 된다. 이후 생명이 탄생하여 광합성을 통하여 대기에 풍부한 산소를 공급하게 된다. 그래서, 지구는 이산화탄소로 이루어진 금성이나 화성의 대기와 달리 질소와 산소의 대기로 바뀌게 되었다.

 

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표   면

지구의 가장 큰 특징은 표면에 액체상태의 물이 존재한다는 것이다. 물이 있기 때문에 생물이 존재할 수 있는 것이다. 지구는 대기를 안정시켜 유지할 수 있는 정도의 크기이며, 태양에서 적당한 거리에 있다. 대기 중으로 방출된 다량의 수증기는 응결되어 비가 되고 지표에 내린다. 이것이 바다가 된다. 바다는 대기 중의 이산화탄소를 녹이기 때문에 대기 중의 이산화탄소의 양은 0.03%로 온실효과를 일으키기에 충분한 양이 되고 있다. 금성은 태양에 너무 가까워서 온도가 높아 물은 모두 수증기 상태가 된다. 그래서 이산화탄소는 대기에 그대로 남아있게 된다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 너무 크기 때문에 금성은 지옥과 같은 환경이 되었다. 화성은 지구의 절반밖에 되지 않아 중력이 작기 때문에 기체는 우주공간으로 달아나기 쉽다. 그래서, 지표를 따뜻하게 유지할 수 있을 정도의 온실효과가 생기지 않는다. 화산 활동 등으로 분출되는 가스가 온실효과를 일으켜 일시적으로 액체 상태의 물이 존재할 가능성이 있지만 태양에서 멀리 떨어진 화성에서는 이산화탄소가 고체가 되어 버려 지금과 같은 화성이 되었다.