지구의 개념
태양계의 행성 중 하나로 인류가 살고 있는 천체를 말한다. 태양으로부터 세번째 궤도를 돌며, 달을 위성으로 가지고 있다. 또한 엷은 대기층으로 둘러싸여 있고, 특유한 지구자기를 가지고 있다. 지구(地球)는 태양계의 셋째 행성이며, 태양계의 지구형 행성 중에서 가장 크다. 지구는 45.7억 년 전에 형성되었으며 45억 3천만 년 전에 형성된 달을 위성으로 두고 있다. 두 선분은 자오선과 적도를 의미한다. 엷은 대기층으로 둘러싸여 있어 현재까지 알려진 생물들이 살 수 있는 행성이다. 태양에서 지구까지의 거리는 약 1억 5000만 킬로미터이고, 지구는 완전한 구(球)가 아닌 회전타원체에 가깝지만 적도 반지름 약 6378킬로미터, 극(極)반지름 약 6357킬로미터로 그 차는 약 20킬로미터밖에 되지 않아 편평도(偏平度)는 매우 낮다. 우리가 흔히 몸무게라고 하면 사람이 지구에서 잰 몸무게를 나타낸다
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지구의 정의
태양으로부터 세번째 궤도를 돌며, 달을 위성(衛星)으로 가지고 있다. 또한 엷은 대기층으로 둘러싸여 있고, 특유한 지구자기(地球磁氣)를 가지고 있다. 지금까지 알려진 바로는 전우주에서 고등생물이 서식하는 유일한 존재이다. 지구의 기원에 대해서는 예로부터 여러 설이 있었다. 그러나 지구의 기원을 생각할 때 태양계 내의 다른 행성들의 기원과 모순되지 않아야 한다는 점, 태양이 포함된 은하계의 물리적 조건에 적합해야 한다는 점 등을 고려하면 타당성이 있는 지구의 기원설은 크게 줄어든다. 대표적인 지구의 성인설(成因說)로는, 지구가 고온의 가스덩어리에서 형성되었다고 한 I.칸트와 P.S.라플라스로부터 근대의 H.O.알벤으로 이어지는 고온기원설(高溫起源說)과, 태양계의 행성이 저온상태의 우주진(宇宙塵)과 가스덩어리에서 발생하였다고 하는 C.F.바이츠제커와 O.Y.슈미트의 저온기원설(低溫起源說) 등이 있다. 20세기의 과학은 이 중에서 고온기원설보다는 저온기원설에 비중을 두고 있다. 고온기원설에 따르면 지구를 형성한 물질은 원래 태양과 마찬가지로 뜨거운 상태에 있었으며, 중력의 작용으로 응집되어 구형(球形)을 이룬다. 시간이 지나면서 무거운 금속인 철 ·니켈은 중심부에 모여 지구의 핵(core)이 되었고, 가벼운 규산염은 맨틀을 만들었으며, 그 후 지구의 온도가 내려가자 지구 표면에서는 그 일부가 냉각 ·고결되어 지각(地殼)이 형성되었다. 그리고 지각은 서서히 수축되어 주름살을 형성하며 바다와 육지가 만들어졌다. 지각의 두께가 불균일한 것은 맨틀의 대류과정에서 불필요한 찌꺼기가 암석의 정출작용(晶出作用)을 통하여 지구표면의 특정지점으로 집중 분출되었기 때문인데, 이로써 대륙이 형성되었다. 이 가설의 최대 난점(難點)은 물과 산소 ·질소 가스 등이 왜 높은 온도에서 외부로 흩어지지 않고 지각 내에 잔류하였는가 하는 것이다. 또 맨틀의 열전도도(熱傳導度)로 보아 지구와 행성계의 나이 45억 년 동안에 어떻게 지구가 수십만 ℃에서 지금의 온도로 냉각되었는가 하는 점이다.
은하의 개념
아주 많은 미광성의 빛이 집적된 것이다. 은빛으로 빛나는 강과 같이 보이므로 이런 이름이 붙었다. 중국이나 우리나라 민속에서는 견우성(독수리자리의 α별 Altair)과 직녀성(거문고자리의 α별 Vega)이 이 강을 건너 7월 7일 칠석날에 만난다는 슬픈 사연이 전해 내려와 유명하다. 우리 은하 내의 태양부근의 항성은 엷은 원반모양으로 분포되어 있다. 그래서 원반면 안의 태양의 위치로부터 주위를 살펴보면 별의 대부분은 원반 면에 따른 엷은 층 속에 있으므로 면에 따른 원반형에서는 별이 훨씬 멀리까지 겹쳐서 보인다. 따라서 미광성의 집적대가 관측자를 둘러싸고 보이는 것이며, 이것이 은하수이다. 별의 층이 얇으므로 은하면을 조금 벗어나면 별의 분포의 깊이는 급격히 줄고 은하면에 직각인 방향에서는 별의 수가 가장 드문드문하게 보인다. 백조자리, 거문고자리, 독수리자리, 궁수자리, 전갈자리에 걸쳐서 보이는 여름 밤하늘의 은하수는 잘 알려져 있으며, 이 부분은 황소자리, 쌍둥이자리, 오리온자리, 큰개자리 등에 걸치는 겨울 밤하늘 부분과 이어져 있어서 전천을 일주한다
우주의 나이
지난 1929년 미국의 에드윈 허블은 천문학사상 가장 중요한 사실을 발견했다. 우주는 정지해 있지 않고 계속 팽창하고 있다는 점을 관측을 통해 확인한 것이다. 팽창하는 우주는 원래 우주가 하나의 점이었다가 폭발했다는 빅뱅 이론으로 자연스럽게 연결됐고, 관측결과도 이를 뒷받침함에 따라 오늘날 거의 대부분의 천문학자들은 빅뱅이 분명히 있었다고 믿고 있다. 허블의 발견 이래 지난 60여년동안 천문학자들은 허블상수 즉 우주의 팽창률을 정확히 측정하는 일에 매달려왔다. 먼 은하의 후퇴속도와 거리를 재면 허블상수를 구할 수 있고 이 허블상수를 통해 쉽게 우주의 나이와 크기를 알 수 있기 때문이다. 허블망원경의 최우선 임무도 허블상수를 오차 10% 범위 안에서 정확히 구하는 것이다. 이 임무는 두개의 국제공동연구팀에게 맡겨졌고, 중간결과가 발표됐다. 결과는 충격적인 것이었다. 우주에서 가장 늙은 별보다도 허블상수로 구한 우주의 나이가 훨씬 젊게 나왔다. 아이가 부모보다 나이가 많은 괴상한 결과가 나온 것이다. 여류 천문학자 프리드먼 박사팀에서는 허블상수(단위 ㎞/초/1백만파섹)가 68·78로 나오고 있다. 이는 3백26만 광년 떨어진 천체가 지구로부터 초속 68~78㎞ 정도의 속도로 멀어져가고 있음을 뜻한다. 이 결과를 현대 과학지식을 총동원해 만든 표준우주모형에 대입하면 우주의 나이가 90억 년이란 결과가 나온다.
빅뱅이론
우주의 기원과 진화를 설명하는 가장 지배적인 이론은 BIG BANG 이론이다. 이 이론에 따르면 우주는 극도의 고밀도 상태에서 시작되어 점차 팽창하면서 밀도가 낮아졌다고 한다. 초고밀도 상태에서 이루어진 폭발적 출발이 바로 BIG BANG이었다. 1920년대 중반에 미국의 천문학자 에드윈 허블은 안개처럼 보이는 얼룩의 일부가 지구에서 떨어져 있는 거리를 측정했고, 그 중 상당수가 은하계를 훨씬 벗어난 아주 먼 공간의 영역에 존재한다는 사실을 알아냈다. 허블의 발견으로 우주는 텅 비어 있는 광활한 바다에 떠 있는 유일한 별들의 섬이 아니라, 엄청난 거리로 분산되어 있는 수많은 섬들로 이루어진 군도라는 사실이 밝혀졌다. 허블은 그밖에 다른 사실도 발견했다. 다른 은하들은 우리 지구에서 떨어져 있는 거리에 비례한 속도로 우주의 모든 방향에서 멀어져가고 있다는 것이다. 이 관측 결과 우주는 늘어나는 고무 밴드에 그려진 잉크점들처럼 그 위에서 은하들이 서로 멀어져가는, 역동적으로 팽창하는 막과 같은 형상을 하고 있다는 관측 증거를 제공해 주었다. 또한 허블과 그의 동료들은 은하들이 멀어지는 속도를 측정한 결과 모든 은하들이 한데 모여있던 시기가 약 1백억년 전이라는 사실을 알아냈다. 그 시기는 우주가 탄생한 순간이었을 것이다. 실제로 1백억년이라는 우주의 나이는 우라늄 광석에 대한 방사성 연대측정법으로 얻어진 지구의 나이, 그리고 진화와 변화과정을 통해 알아낸 성단의 나이와 거의 들어맞는다. 1960년대 이래, 과학자들은 프리드만의 방정식을 사용한 상세한 계산과 검증된 물리 법칙을 이용해서 우주 탄생 이후 최초의 1백만분의 1초라는 시점까지 우주의 역사를 추적할 수 있었다. 이 시기의 온도는 너무나 높아서(섭씨 10조 도)원자들조차 결합할 수 없었으며, 항성이나 행성은 말할 필요조차 없었다. 우주를 이루고 있는 모든 물질은 나중에 원자와 분자, 행성과 사람들을 형성하게될 소립자의 형태를 띤 초기상태로 존재하고 있었을 것이다. 이 입자들은 굉장한 속도로 우주 공간을 돌고 있었다. 그렇지만 우주 탄생 이후 백만분의 1초라는 시간은 분명 탄생 그 자체의 순간은 아니다.
태양계
태양 둘레를 공전하는 모든 천체들과 이들이 차지하는 공간을 통틀어 태양계라고 일컫는다. 태양을 비롯하여 지구와 동격인 9개의 행성, 수천 개의 소행성, 행성에 딸린 60여 개의 위성, 긴 타원 궤도를 그리는 혜성, 그리고 수없이 많은 혜성핵 등이 태양계의 주요 구성원이다. 태양계에는 이외에도 크기가 무척 작은 구성원들이 있다. 바위 조각 규모의 유성체, 미세한 크기의 고체 입자인 행성간 티끌, 태양에서 계속 불어 나오는 태양풍 입자, 그리고 밀도가 매우 희박한 행성간 기체 등이 태양계를 이루는 작은 구성원이다. 유성체는 혜성에서 떨어진 부스러기와 소행성들끼리의 충돌하여 깨진 조각들이다. 유성체가 지구의 대기권에 들어오면 공기의 분자와의 마찰열로 빛을 내는 유성(별똥별)이 된다. 대부분의 유성들은 대기 중에서 전부 타버리지만, 그 중의 큰 것은 타나 남은 부분이 땅에 떨어져 운석이 된다. 행성간 티끌도 혜성과 소행성의 부스러기들이다. 태양풍 입자가 지구에 많이 도달하면 극지방에 오로라가 활발하게 나타난다. 태양계의 크기는 주기 혜성들의 최대 긴 반지름인 1012˜1013개의 혜성핵들이 5·10⁴AU에 까지 분포하고 있음이 밝혀짐으로써 태양계의 경계는 최근에 500배나 늘어나게 되었다. 그러나 질량면에서 태양이 태양계 전체의 99.9%를, 행성이 그 나머지의 전부를 차지하므로, 태양계의 질량은 실질적으로 명왕성 궤도의 긴 반지름인 40AU 이내에 모두 들어 있는 셈이다.
태양계의 특성
궤도 경사각이 특별히 큰 명왕성과 수성을 제외한 행성들의 궤도는 황도면 위아래로 두께가 겨우 3.5°인 얇은 평면 안에 모두 들어온다. 한편, 행성들은 모두 태양의 자전 방향과 같은 방향으로 태양 주위를 공전한다. 특수한 몇 경우를 제외한 위성들도 어미 행성 주위를 태양의 자전과 같은 방향으로 공전하고 있다. 행성의 자전축은 공전 궤도면에 대체로 수직이며, 위성들의 자전축도 대부분 공전면에 수직인 편이다. 그러므로 행성들뿐 아니라 위성들도 얇은 평면을 이루며 같은 방향으로 회전하고 있는 셈이다. 토성의 고리도 이와 같은 회전 원반체를 이루고 있다. 특히 우주 탐사 결과로 토성뿐 아니라 목성, 천왕성, 해왕성에서 고리가 발견됨으로써, 회전 원반체의 모습은 태양계의 중요한 특징으로 부각되었다. 우주 시대가 열리면서 우리는 수성, 금성, 화성 모두에게 운석 구덩이를 보게 되었다. 이들 행성뿐 아니라 위성과 소행성 표면에서도 구덩이가 많이 발견되었다. 운석 구덩이가 이렇게 흔하다는 점도 우주 탐사가 밝힌 태양계의 중요한 특징 중의 하나이다.
태양
태양은 태양계에서 가장 특기할 만한 존재로서 태양계의 약 98%에 해당하는 질량을 차지하는 거대한 천체이다. 그 직경은 지구의 109배에 상당하고 부피는 130만 배에 달한다. 관찰할 수 있는 가장 외층을 광구(photosphere)라 부르며 그 온도는 섭씨 6,000도 (화씨 11,000도)나 된다. 태양의 표면은 얼룩덜룩 하게 보이는데, 이는 여기저기서 에너지의 분출이 일어나기 때문이다. 태양 에너지는 태양의 깊숙한 곳에 있는 핵으로부터 생성된다. 이 곳에서는 온도(섭씨 15,000,000도; 화씨 27,000,000도) 와 압력(지구의 해수면 대기압의 3400억배)이 매우 높아 핵반응이 일어날 정도이다. 이 핵반응에서는 수소 원자핵의 양성자 4개가 융합하여 하나의 알파입자 혹은 헬륨 원자핵을 만들어 낸다. 알파입자는 4개의 양성자보다 약 0.7퍼센트 정도 더 가볍다. 이 결손 질량은 에너지로서 방출되고 대류(convection)에 의해 태양의 표면까지 운반된 다음 빛과 열로서 발산된다. 태양의 핵에서 생성된 에너지가 표면까지 도달하는데에는 100만년이 걸린다. 매초 7억톤의 수소가 헬륨의 재로 바뀐다. 이 과정에서 5백만 톤의 순수한 에너지가 방출된다. 그러므로 시간이 갈수록 태양은 더욱 밝아진다.
태양계의 형성과 진화
태양계의 형성과 진화 이론(太陽係- 形成- 進化理論, 영어: formation and evolution of the Solar System)은 태양계의 탄생부터 죽음에 이르는 일련의 과정을 연구하여 그 과정을 이론으로 정립한 것이다. 이 이론은 시대의 흐름에 따라 발전하여 왔으며, 천문학 및 물리학에서부터 지질학 및 행성과학까지 여러 학문 영역을 종합시켜 주는 구실을 했다. 태양계 생성 이론은 수세기에 걸쳐 발전했지만, 근대적 이론의 틀을 갖춘 것은 18세기에 이르러서였다. 1950년대에 우주 시대가 열리고 1990년대 중반 이후 외계 행성이 본격적으로 발견되면서, 태양계의 생성과 소멸에 대한 기존 이론들은 도전을 받게 되었고, 동시에 더욱 다듬어지게 된다. 지구로 전송된 바깥 세계에 대한 정보는 태양계에 대한 사람들의 이해를 촉진했다. 동시에 핵물리학 발전은 항성에 대한 지식을 증진시켰고, 항성의 탄생 및 궁극적 최후에 관한 이론 수립에 이바지하게 된다.
금성
금성은 태양에서 두 번째인 행성으로 지구에서 볼 때 태양, 달 다음으로 밝은 천체이다. 지구보다 태양에 가깝고 태양에서 48° 이상 떨어지지 않기 때문에 한밤중에는 보이지 않고 일몰 후의 서쪽하늘, 또는 일출 전 동쪽하늘에 보일 뿐이다. 금성의 이심률은 행성 중 가장 작아 거의 원 궤도를 돌고 있다.
태양계의 정의
태양계란 개념을 역사적으로 살펴보면 천동설의 시대에는 물론 존재하지 않았지만 N.코페르니쿠스가 지동설을 제창했던 1543년 이후에도 행성운동을 설명하는 가설의 테두리를 벗어나지 못했다. 17세기에 J.케플러의 행성운동에 관한 법칙, I.뉴턴의 만유인력의 법칙의 발견은 행성운동의 이론적 근거가 되었으며, 관측 적으로도 태양시차 결정의 시도, 광행차(光行差)의 발견에 의한 지동설의 입증 등 중요한 업적이 잇따라 이루어졌다.
번개의 형태
번개의 가장 일반적인 형태인 구름 속의 번개는 구름 안에 있는 전하가 전기불꽃을 일으킬 때 발생한다. 구름과 공기 사이를 흐르는 전하는 구름과 공기 사이의 번개를 일으키고, 두 구름 사이의 전류는 구름 사이의 번개를 일으킨다. 구름과 땅 사이를 흐르는 전하로 발생하는 번개는 전하가 흐르기 시작하는 방향에 따라 구름과 땅 사이의 번개가 되기도 한다. 우리가 보는 번개는 대부분 구름과 땅 사이에서 일어나는 것으로, 벼락이라고 한다. 번개를 무서워하는 근본적인 이유는 바로 벼락 때문이다. 벼락은 전체 방전의 약 40%를 차지한다. 이때의 전하덩어리를 사람이 맞을 경우에는 생명이 위험할 수도 있다. 번개는 다양한 형태로 일어나며, 번갯불은 보는 위치에 따라 그 모양이 다르다
번개의 원인
번개는 적란운 안쪽이나 적란운과 땅, 공기, 또는 다른 구름 사이를 대전된 입자들이 빠르게 이동할 때 일어나는 불꽃이다. 적란운은 강한 태양광선으로 지표의 공기가 가열되어 생기는 심한 상승기류에 의해 발생한다. 여름에 흔히 보는 뭉게구름은 크게 만들어지는 적란운이다. 적란운을 구성하고 있는 물방울이 상승기류로 인해 파열되면, 물방울의 물은 분자가 전기 쌍극자로 되어있어, 물방울의 바깥쪽에는 전자와 같이 가벼운 것으로 형성되어있어서 물방울이 분열되면 가장 바깥쪽이 떨어져나가 파열된 물방울은 양(+)으로, 둘레의 공기는 음(-)으로 대전하게 된다. 그런데 양의 전하를 가진 물방울은 뇌운의 위쪽으로 올라가고 음의 전하는 아래쪽으로 머무르게 되다가 뇌운의 아래쪽에 음의 전하가 많아지면 나누어진 양의 전하와 음의 전하가 서로를 향해 흐르거나, 땅에 있는 반대 전하를 향해 흘러 불꽃이 생길 때, 상층의 구름과의 사이 또는 지면으로 방전해서 낙뢰현상이 발생하게 된다. 이때 습한 공기를 통하여 많은 전류가 일시에 흐르는데 이를 번개라고 한다. 그리고 천둥소리는 번쩍이는 번갯불이 비치면서 공기가 급격하게 팽창하기 때문에 동반하게 되는 현상이다.
번개의 정의
번개 - 구름 속 전자들의 반란 번개는 한마디로 대기 중의 방전 현상이다. 공기는 절연체이므로 기본적으로 전기가 통하지 않는다. 그러나 양전하와 음전하를 띤 구름과 구름, 구름과 지면사이에 전압이 높아지면 극히 짧은 시간 동안에 전류가 흐르게 된다. 또 구름이 담고 있는 전하량의 한도가 넘게 되면 하늘에서 전하 덩어리가 떨어진다. 이것이 구름과 땅 사이의 방전으로 벼락이라고 한다. 그러나 번개가 구름에서 지면으로만 치는 것은 아니다. 지면에서 구름으로 올라가는 번개도 있다.
버뮤다 삼각지대
버뮤다와 푸에르토리코, 플로리다 마이애미 이 세 지역을 삼각점으로 하여 만든 기점을 버뮤다 삼각지대라고 한다 이곳을 캐리비안 연안 이라고 부르는데, 돌풍과 허리케인이 자주 일어나는 곳이다. 선박이나 항공기가 갑작스러운 돌풍으로 추락, 침몰하는 경우가 많아 외계인이나 저주 받은 지역이라는 등의 여러 소문과 미스터리가 있는 지역이다. 블랙홀이나 괴 생물체가 살고 있다거나 미스터리 같은 증거는 아직 없다. 이 지역은 열대성 고기압이 형성되어 허리케인과 같은 강력한 돌풍이 돌아, 허리케인 발생시점에는 선박 항공기 운항을 금지 하기도 한다 1962년도에 버진아트랜틱 항공기가 돌풍에 휩싸여 추락한 현상을 있었는데, 소용돌이에 여객기와 인근 항해 선박이 침몰한 사건을 두고 블랙홀이라는 루머가 생겨난 것이다. 이 지역은 년간 12월과 1, 2월만 허리케인이 없고 계속적으로 돌풍을 동반한 허리케인이 발생한다 2004년 카트리나 허리케인도 이곳에서 발생하여 멕시코만과 뉴올리언즈를 휩쓸어 버렸다 이곳은 열대성 고기압 즉 허리케인이 예고도 없이 불어 닥친다. 이런 경우 99% 실종 또는 사망이다. 그래서 미국 기상청에서는 2월부터 12월까지는 선박, 항공기 통행을 주의하라고 경고한다.
