중력과 천체
중력과 천체 , 위성의 움직임, 기후 날씨, 계절과 절기
에필로그
오늘 우리의 달리기는 지구 밖 행성의 움직임과 과연 어떤 관계가 있을까? 당신은 달리기를 하면서 내가 딪고 있는 이 거대한 지구를 둘러싼 천체의 움직임이 나의 오늘 하루 한발짝을 어떻게 바꾸어 놓을 수 있는지 생각해 본 일이 있는가? 달리기와 아무런 연관성이 없을 것 같은 천제의 움직임에 대한 중요성을 처음엔 쉽게 생각하지 못할 수도 있다. 하지만 실제 일년 내내 달리기를 해 본 주자라면 천체의 움직임이 만들어내는 밤과 낮 그리고 계절의 변화는 우리의 달리기를 계획하는데 아주 중요한 요소라는데 쉽게 동의 할 수 있다.
사실 천체의 움직임은 단지 달리기 뿐 아니라 우리의 일상의 모든 것에 지대한 영향을 미친다. 그것은 계절의 변화를 만들며 날씨나 기상의 변화에도 크게 관여를 한다. 또한 우리는 우리가 운동을 시작하는 시간을 결정하기 위해서는 아침에 태양이 뜨는 시간을 알아야 한다. 만일 저녁에 운동을 하는 주자라면 밤에 어두워지는 시간도 잘 알아야 할 필요가 있다. 또한 천체의 움직임은 달이 차오르는 정도를 결정하고 대기에 영향을 주어 날씨의 변화를 만들어내기도 하는데 사실 그러한 요소들은 오늘 나의 달리기에는 지대한 영향을 미친다.
또한 요즘 대부분의 러너들이 이용하는 기록측정용 시계에는 대부분 위치를 추적하는 GPS수신 기능이 들어있다. 그러한 시계를 통해 우리는 자신을 현재 위치를 확인할 수 있는데 이는 인간이 지구 주변을 주기적으로 공전하도록 쏘아올린 인공위성으로 부터 수신된 신호를 통해 가능하다. 그러한 인공위성은 어떻게 지구 궤도를 벗어나지 않고 주기적으로 우리에게 신호를 보낼 수 있는 위치로 돌아오는 것일까? 그러한 인공위성은 어떻게 우리에게 위치정보를 전달해 주는 것일까? 사실 지구 주위를 도는 위성의 움직임은 달이 지구 주위를 돌고있는 원리와 크게 다르지 않는데 이 글을 통해 인공위성의 움직임과 GPS의 작동원리에 대해서도 알아보고자 한다.
기후와 날씨 변화는 지구의 공전과 자전에 큰 영향을 받는다. 계절의 변화는 지구가 태양으로 부터 어떠한 위치에 있는지에 따라 생기는 영향이며 지구의 자전은 밤과 낮을 만드는 가장 큰 요인이다. 지구가 태양주위를 돌게되는 공전은 중력에 의한 영향이지만 밤과 낮을 만드는 지구의 움직임은 지구의 자전이라는 회전 현상 때문이다. 천체에서 존재하는 별이나 위성 혹은 행성의 움직임에서 회전에 의해 나타나는 현상에는 어떤 것이 있으며 그로인헤 나타나는 밤과 낮에 의한 바람의 변화와 대기의 움직임은 어떤 것이 있는지 알아본다. 그러한 대류현상은 중국으로 부터 날라오는 먼지에 큰 영향을 미치기 때문에 미세먼지를 피하기 위한 우리의 노력에 대해서도 꼭 필요한 정보를 제공한다.
천체의 움직임과 중력
인류가 그러한 천체의 움직임에 대하여 비교적 정확히 알게 되었고 그를 통해 정확한 계절과 날씨의 변화를 예측을 할 수 있게 된 것은 단지 최근 수 100년 정도의 일이다. 16세기 덴마크의 천체물리학자 타코 브라헤는 광범위한 천체의 관측으로 부터 태양계 행성의 움직임을 관측하고 일식이나 월식과 같은 당양한 천체 현상을 예측할 수 있었다.
그의 관측 데이터는 그의 제자인 케플러에서 큰 영향을 주었고 그는 그러한 관측 결과를 분석하여 천체 움직임의 법칙을 도출해 낼 수 있었다. 케플러는 모든 행성의 움직임은 별을 하나의 촛점으로 하는 타원곡선을 그리고 있다는 것을 알아내었으며 행성이 별에 가까워 졌을때 더 빠른속도로 움직인다는 사실을 발견하였다. 또한 행성의 공전주기는 타원의 궤도의 장축과 관련이 있다는 사실도 발견할 수 있었는데 그 관계식은 공전주기의 제곱이 타원 궤도 장축의 반에 세제곱에 정확히 비례한다는 것이였다. 그러한 케플러의 법칙은 태양 주변을 공전하는 위성의 움직임을 통해 알아낸 사실이 였으나 어떠한 연유로 태양 주변을 맴돌고 있는 모든 위성과 다른 모든 행성의 움직임이 그러한 방식으로 주어지에 대한 이유에 대해서는 설명할 수 없었다. 다만 그의 법칙은 관측에 의한 경험 법칙으로 후대에 큰 영항을 미치게 된다.
그러한 천체의 움직임에 대한 근원적 법칙을 발견하고 그 설명에 성공한 것은 영국의 물리학자 아이작 뉴튼이다. 뉴튼은 그러한 천체의 움직임을 모두 설명하기 위해서는 천체의 존재하는 물체 사이의 힘에 대한 이해가 필요하 다는 것을 알아내었다. 그것은 질량을 가진 물체 사이에 작용하는 중력의 법칙이 필요하다는 것을 처음으로 발견했다. 그렇게 근원적 천체 움직임을 지배하는 힘의 원천을 확인하고 나서야 우리는 다양한 천체의 움직임에 대한 비교적 정확한 예측을 할 수 있게 되었다.
