지구는 왜 자전할까?
우리가 살고 있는 지구는 태양을 중심으로 1년에 한 바퀴 공전하고 또한 하루에 한 바퀴 자전한다. 운동이란 원인이 있어야 하는데 지구같이 반지름이 6,400km 정도가 되고 어마어마하게 무거운 물체가 이렇듯 스스로 자전하게 되는 이유는 무엇일까? 지구가 자전할 수 있도록 해주는 그 원인이 되는 힘은 도대체 어디서 나오는 것일까? 현재 지구 외부에서 누군가가 지구를 계속해서 돌려주고 있는 것도 아닐 텐데 말이다.
이 문제를 풀어낼 수 있는 것은 현재 지구의 상황을 보아서는 어떤 힌트도 얻어낼 수 없다. 그만한 크기의 원인의 힘이 지구 근처 그 어디에서도 찾아볼 수 없기 때문이다. 공전이야 태양과 지구의 만유인력 때문이지만, 도대체 어디서 얼마만 한 힘이 지구에 작용하고 있길래 지구는 하루에 한 바퀴 계속해서 돌고 있는지 궁금하지 않을 수 없다.
또한 지구의 자전 속력을 계산하면 그 수치가 어마어마하다. 쉽게 계산해서 지구 적도에 위치하고 있는 경우 하루에 운동하는 거리는 지구 반지름에 해당하는 원둘레이고 이를 하루 만에 돌고 있으므로 지구 적도에 서 있는 사람의 자전 속력은 무려 시속 1,670km/h에 해당한다. 우리나라가 위치하고 있는 중위도 정도로 해서 계산을 하면 약 시속 1,300km/h에 정도가 된다. 전투기의 속력을 생각할 때 많이 사용하는 마하의 속도로 하면 마하 1이 약 1,224k/m이므로 웬만한 보통 전투기의 속력으로 지구는 자전하고 있는 것이다. 쉽게 말해서 경부고속도로에서 달리는 자동차보다 무려 13배 빠른 속도로 우리는 지구 위에서 계속 팽이 돌듯 돌고 있다는 뜻이다.
이 거대한 지구가 그토록 빠르게 자전하게 하는 힘이 도대체 어디서 나오는 것일까? 현재에서 그 해답을 찾아내기 힘들다면 현재가 아닌 다른 시간으로 여행을 해서 그 힌트를 찾을 수는 없는 것일까? 미래로는 아무런 의미가 없다. 이미 지구는 과거부터 자전하고 있었기 때문이다. 그렇다면 과거로 시간여행을 해보면 지금 풀 수 없는 문제를 해결할 수 있는 힌트를 얻을 수 있지 않을까?
그럼 지구가 태어날 때쯤으로 여행을 떠나보자. 그 당시로 직접 돌아갈 수는 없으니 현재 다른 행성들이 생기는 것을 연구하고 그것을 바탕으로 일반적인 태양계 내에서 행성들이 어떻게 태어나는지를 알아본다면 우리가 목표로 하는 답안을 어느 정도는 찾을 수 있을지도 모른다.
그럼 결론은 일반적인 행성이 생기는 메커니즘부터 이해할 필요가 있다. 우리 태양인 별이 생기는 것은 이미 많이 알려져 있다. 그럼 행성은 일반적으로 어떻게 해서 생기는 것일까?
우주 공간의 태양계 내에서 지구와 같은 행성이 생기는 것은 지구가 생기기 시작할 당시 가스와 먼지가 서로 엉겨 붙기 시작해야 가능해진다. 초기에는 아주 작은 반경이 얼마 안 되는 미행성에 불과하지만 일단 이런 미행성이 생기기 시작하면 만유인력에 의해 다른 가스와 먼지도 빨아들이기 시작한다. 이러한 만유인력으로 인해 다른 가스와 먼지들이 모이기 시작하는 과정에서 일부가 서로 충돌하게 되고 이러한 충돌로 인해 여러 가지 물질들은 그 만유인력의 작용되는 중심을 기준으로 회전하기 시작한다. 그러한 회전이 일단 시작이 되면 그 회전의 방향으로 다른 모든 물질도 따라서 회전할 수밖에 없다. 시간이 지나면서 더 많은 가스나 먼지 그 외의 다른 입자들까지 끌어들이면서 점점 더 많은 물질로 커지게 되고 이 모든 물질이 다 함께 회전할 수밖에 없게 된다. 또한 지구의 공전 방향과 같은 방향인 서쪽에서 동쪽으로 자전 방향도 결정된다. 더 많은 입자가 만유인력 중심으로 흡수되면 더 많은 충돌이 일어나게 되고 그로 인해 자전의 속도는 계속해서 증가할 수밖에 없게 되는 것이다.
그런데 이 시점에서 하필이면 왜 태양계 내의 모든 행성의 공전 방향이 서쪽에서 동쪽인지 의문이 생길 수 있다. 이것은 우연이라고 밖에 할 수 없다. 태양이 처음 생기기 시작할 때 태양 중력에 의해 태양 주위에 있던 물질들이 우연히 서쪽에서 동쪽으로 움직이기 시작했고, 그렇게 한 번 시작된 운명은 더 이상 거스를 수가 없게 된다. 태백산맥 꼭대기 위에 있던 구름에서 비가 내리기 시작하여 몇 센티미터 차이로 어떤 빗방울을 서쪽으로 떨어지고 어떤 빗방울은 동쪽으로 떨어져서 완전히 다른 길로 가는 것은 우연이라고 할 수밖에 없다. 그때 만약 바람이 조금만 더 세게 불면 그 우연이라는 운명이 달라질 수도 있는 것과 마찬가지이다.
물론 태양계의 모든 행성은 서쪽에서 동쪽으로 자전하는 것은 아니다. 행성마다 기울어진 축의 방향도 다르고 그 행성 자체가 생길 때의 그 위치에서의 상황이 다르므로 조금 달라질 수 있다. 예를 들어 금성의 경우는 지구와 반대 방향으로 자전하고 있다. 금성이 생기기 시작할 때의 그 상황은 지구와 다른 방향으로 회전하기 시작했기 때문이다.
어쨌든 우리가 살고 있는 지구는 서쪽에서 동쪽으로 태양을 중심으로 공전을 하면서 그동안 47억 년이 지나 현재 지구는 지금의 평균 시속 1,300km/h로 자전하고, 평균 시속 108,000km/h라는 속도로 태양 주위를 공전하고 있는 것이다.
이런 이유로 자연에서의 우연은 필연이라고 하기도 하는 것이다. 우리가 누구를 만나는 것이 우연인 것 같지만 그것은 결국 필연일 수도 있는 것이다. 원하건 원하지 않건 그것은 나의 영역이 아닌 것이다.
