발산경계의 정의
발산경계(divergent boundary)는 해령과 같이 새로운 판이 생성되면서 양쪽 방향으로 확장해 나가는 곳으로서 확장경계라고도 한다. 대서양 중앙해령이나 동아프리카 열곡대가 그 좋은 예이다. 발산경계에서는 맨틀 대류가 상승하여 마그마가 생성되므로 화산활동이 일어나고 마그마의 움직임으로 천발지진도 자주 발생한다. 발산경계는 해령과 같이 주로 해양판에 존재하지만 동아프리카 열곡대와 같이 대륙판 내부에 존재하는 경우도 있다 상부 맨틀의 뜨거운 마그마는 끊임없이 외부로 빠져나가려 하는데 주로 지각의 갈라진 틈을 통하여 분출하게 된다. 이러한 지각의 틈들은 주로 두께가 얇은 해양판(지각)에 주로 분포되어 있으며 일직선상으로 연장 발달되어 있다. 이곳에서는 분출된 마그마가 해수에 의해 냉각되어 암석으로 굳어지면서 새로운 해양 지각을 만들고 새로운 해양 지각은 계속되는 마그마의 분출에 의해 판의 일부가 되어 점점 멀어지게 된다. 바로 이곳이 판들이 멀어지는 확장 경계이며 새로운 해양 지각이 생성되는 곳이라 하여 생성(constructive) 경계라고도 한다. 또한, 이곳은 마그마의 분출에 의해서 열곡(rift valley)과 해저 산맥을 이루게 되는데, 해령(oceanic ridge)이라고 부른다. 한편, 확장 경계는 해양판에만 있는 것이 아니고, 두꺼운 대륙판 내부에도 존재한다. 가장 대표적인 예는 아프리카 대륙의 동쪽에 발달된 동아프리카 열곡대이다. 이 열곡대는 해령의 확장축 부근에 존재하는 열곡의 형성과 동일한 과정으로 만들어진 것으로 추정되며, 이를 중심으로 아프리카 판의 동서 두 부분이 서로 멀어지고 있는 것이다. 여기서도 해령에서처럼 맨틀 기원의 마그마가 분출하여 생성된 암석이 나타난다.
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지각의 정의
지구의 표면은 암석으로 구성되어 있는데, 이들 암석으로 이루어진 지구의 껍질을 지각이라 한다. 지각은 지구 표면에서 수면으로 노출되어 대륙을 이루는 부분과 물 속에 잠겨 해저를 이루는 부분으로 크게 나뉘는데 이를 각각 대륙지각과 해양지각이라고 부른다. 전자는 두께가 32-48km인 두꺼운 암층으로서 화강암질 암석으로 구성되며 평균 밀도는 2.7g/cm이다. 한편 후자는 주로 현무암질 암석으로 이루어져 있으며, 평균 밀도는 대륙지각보다 무거운 3.0g/cm이다. 지각과 맨틀 상부를 구성하는 강하고 단단한 부분을 합쳐 암석권이라 부르며 그 아래로는 약하고 부분적으로 용융되어 있는 연약권이 있다.
지구의 구조
이미 잘 알려진 대로 지구 내부는 양파속 같이 조성과 성질이 다른 여러 개의 층으로 구분되는데 각 층에 대한 자세한 특성은 지진파의 연구로 잘 알려져 있다. 지각은 지구의 표면을 구성하며 평균 두께 35Km로 매우 얇은 부분이다. 그 아래로 2,900km에서 지구 중심부까지를 핵이라고 하며 액체로 생각되는 외핵은 두께가 2,280km, 고체인 내핵은 그 반경이 1,190km이다. 맨틀과 지각 사이에는 모호면 또는 모호로비치면이 놓여 있다. 맨틀의 상부는 밀도가 3.3g/cm정도인 감람암질 암석으로 이루어져 있으나, 아래로 내려감에 따라 구성 물질의 밀도는 더 커진다. 핵은 운석의 연구로부터 철과 니켈의 합금으로 구성된 것으로 추정되고 있다.
쌍둥이 역학
태양계에 속한 생성들 중에서 지구로부터 가장 먼 명왕성이나 해왕성까지의 거리는 약 30AU 정도로 광속으로 달리면 대략 4시간 정도 걸린다. 그렇지만 행성이 아니라 태양에서 가장 가까운 별까지의 거리도 수만 광년 정도이다. 따라서 특수상대성 이론이 나오지 않았다면 우주여행을 하는 것은 엄두를 내지 못하였을 것이다. 그러나 광속에 근접한 빠른 우주선을 타고 가면 시간이 느리게 가므로 아무리 먼 곳의 별이라도 방문할 수 있는 희망을 갖게 되었다. 그런데 이런 우주여행에 대해 고려하면서 자연스럽게 특수상대성 이론자체에서 풀리지 않는 의문이 대두되었다. 이것을 쌍둥이 역설이라고 한다. 예를 들어 지구로부터 20광년 떨어진 곳의 별을 우주선으로 방문하고 돌아온다고 하자. 문제를 재미있게 하기 위하여 쌍둥이인 영수와 철수 중 영수만 우주여행을 떠나고 철수는 지구에 남아있다고 하자. 영수는 20번째 생일날 γ=10인 등속도 운동을 하는 우주선을 별까지 간 다음 바로 역시 γ=10인 등속도 운동을 하는 우주선을 이용하여 지구로 돌아왔다고 하자. 영수가 별에 도착했을 때 철수가 본 영수의 시계는 2년이 흘렀지만 철수 자신이 시계는 20년이 흘러 있다. 그리고 영수가 다시 지구에 돌아왔을 때 철수가 본 영수의 시계는 모두 4년이 흘렀지만 철수 자신의 시계는 40년이 흘러있다. 즉 영수가 우주여행을 마치고 돌아오면, 철수생각에 영수는 아직 24세의 청년이지만 철수 자신은 80세의 노인인 것이다. 그러나 철수가 보기에 영수는 청년이고 자신은 노인이라는 것이 역설은 아니다. 그것은 특수 상대성 이론의 당연한 결과일 뿐이다. 그런데, 이번에는 영수의 관점에서 보자.(영수가 정지해 있는 기준계에서 보자는 의미임) 그러면 영수는 정지해 있고, 철수가 있는 지구가 γ=10인 등속도 운동을 하면서 20광년이 떨어진 곳까지 갔다가 다시 돌아온다.
우주 잡음
은하계 항성, 성운 등의 영향, (15 ~ 120 MHz) 우주 잡음은 은하계, 항성, 성운 등과 같이 태양계를 제외한 우주 공간으로부터 방사되는 전기적인 잡음을 말한다. 우주에는 태양 외에 전파를 방사하는 천체가 많이 있다. 이와 같이 천체로부터 나온 전파를 우주 전파 또는 우주 잡음이라 한다. 특히 빛으로 보이는 은하와 거의 일치한 부분에서 강력한 잡음 전파가 방사되는데 이것을 은하 전파 또는 은하 잡음이라 한다. 현재도 미터파 영역에서 관측되고 있다.
지구환경과 생태계
과학자들은 움직이고 성장하며 고도의 조직체를 가지고 있으며 또한 항상성을 유지하여 에너지를 통해 재생이 가능한 모든 것들을 살아있는 생명체라고 분류했다. 그러나 그 근원이 무엇인지는 여전히 궁금하다. 대부분의 사람들이 이 문제에 대한 해답을 찾지 못할 것이다. 원주민, 성직자, 과학자 및 민속학자들은 오랜 기간 동안 생명의 근원을 밝히려고 노력해 왔다. 그 결과 여러 가지 가설들이 난무했고 창조 신화가 생겨나기도 했으며 노벨상을 수상할 만한 이론들도 등장했다. 그러나 아직까지 명쾌한 해답은 없었다. 그렇다면 생명의 근원을 밝히기 위한 이론을 토대로 생명체의 탄생에 좀 더 가까이 다가가 보도록 하겠다. 생명은 우주 특히 태양계의 형성 과정에서 그 기원을 찾을 수 있다. 그러나 모든 증거들을 종합하기는 어려운 일이다. 원시인들은 지구와 생명의 탄생에 관한 그들 나름대로의 이론을 가지고 있었다. 가톨릭에서 힌두교에 이르는 종교 역시 우주의 형성과 생명의 발달에 관한 독자적인 논리를 가지고 있다. 과학적인 관점에서는 현재 빅뱅 이론이 생명의 기원으로 설득력 있게 받아들여진다. 그렇다면 빅뱅이론이란 무엇일까? 아주 오래 전에 은하계 저 멀리에서 성운의 폭발이 있었고 그 잔해가 우주 전역에 퍼져 나갔다는 것이다. 과학자들은 이러한 대폭발이 약 150억 년 전에 일어났을 거라고 추측한다. 폭발 후 두꺼운 먼지 구름과 가스층이 남았고 이 구름층은 우주 전역에 걸쳐 수조 마일이나 퍼져 있었다. 구름 속에는 폭발 전에 이미 존재하였거나 빅뱅에 의해 만들어진 탄소와 다른 필수 원소들이 가득 차 있었다. 이들이 바로 지구의 형성에 기초가 되었던 원소였다. 약 46억 년 전 이 구름층은 천천히 움직이는 원형으로 팽창했으며 고온과 고밀도의 특성이 있었다. 이러한 거대한 원형 구조 안에서 원소 및 에너지의 농축이 시작되었고 태양은 이러한 농축 과정에서 원형의 중심 부근에서 생성되었다. 원형 구조의 바깥에서도 농축된 물질들이 모여 행성이 생성되었으며 이 시기에는 태양계의 모든 것들이 매우 뜨거운 상태였기 때문에 어떠한 행성의 표면도 안정적이지 않았다. 모두 마그마의 불꽃으로 뒤덮여 있었기에 격렬한 화학반응이 진행되었다. 그러나 행성의 온도가 낮아짐에 따라 지구 표면에는 서서히 움직이는 틀 주위로 얇은 막이 형성되기 시작했다. 이 시기에는 대기가 없었다. 지구 표면은 뜨겁고 딱딱했으며 운석들이 끊임없이 충돌하였다. 화산 활동이 전 지역에 걸쳐 왕성했으며 이때 뿜어져 나온 가스 때문에 지구의 대기가 형성되기 시작했다.
지구 온난화의 정의
지구 표면의 평균온도가 상승하는 현상으로, 기온이 올라감에 따라 발생하는 문제를 포함한다. 예를 들면, 해수면 상승, 식물의 북방한계선의 상승, 생태계 파괴 등이 있다. 지구 온난화가 일어나는 방식을 살펴보자. 태양에서 오는 빛에너지가 지구로 들어올 때 태양계로 그 만큼 방출되어야 어느 정도 적당한 온도를 유지해 생명체가 살 수 있게 되는데, 온실가스 및 무자비한 벌목 등의 원인으로 인해 태양계로 방출되는 에너지의 양이 줄어들고 지구가 그 에너지를 흡수함으로써 지구 내부가 더워지게 된다.
지반 공학
지구의 생성과정은 태양의 생성과정과 동일하다. 태양계가 생성될 때에 지구도 함께 생성된 것이라고 여러 학자가 주장하고 있다. 그러나 이것은 실제로 우리가 본 것이 아니기 때문에 가설에 불과할 뿐이다. 여러 가지 가설과 이론 등 시간이 지나면서 많은 발전을 해왔다. 이 가설들 중에는 태양계 성운설, 소행성설, 조석설 등이 있다.
태양 에너지
태양은 태양계에서 가장 특기할만 한 존재로서 태양계의 약 98%에 해당하는 질량을 차지하는 거대한 천체이다. 그 직경은 지구의 109배에 상당하고 부피는 130만배에 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 갈 수록 태양은 더욱 밝아진다.
유성의 정의
태양계의 미소한 천체로 지구로 비래하였을 때 지상 수십 km에서 백 수십 km의 고공에서 대기와 충돌, 발열하여 빛나는 것이다. 주로 유성은 별똥별이라고도 한다. 태양계 내를 임의의 궤도로 배회하고 있는 바위 덩어리를 유성체(meteoroid)라고 한다. 유성체는 조그마한 소행성(小行星:반지름 10km)의 크기로부터 미소유성체(1mm), 행성간 티끌(∼1μm)에 이르기까지 그 크기가 다양하다. 이러한 유성체가 지구의 중력을 이기지 못하고 지구대기에 들어올 때 공기와의 마찰로 가열되어 발광을 하는데, 보통 100∼130km의 고도에서부터 눈에 보이기 시작한다. 우리는 이것을 유성이라고 한다. 대부분의 유성체는 20∼90km의 고도에 이르면 완전히 소멸된다. 유성의 밝기로부터 평균밀도는 0.2∼1g/㎤(혜성핵의 밀도와 비슷하다)임을 알게 되었다. 유성체가 대기 속에 돌입하는 동안 공기와의 압축과 충격파(衝擊波)의 발생에 따라 유성체 물질이 그 표면으로부터 증발되어 주위의 공기를 이온화시킨다. 그러므로 이온화된 공기분자나 수소·질소·산소·마그네슘·칼슘·철들과 같은 원소의 스펙트럼선을 관측할 수 있다. 어떤 유성들은 그 발광이 대단히 밝고 커서 사람들이 놀라는데 이러한 것들을 하늘의 불(天火)이라고 하지만, 학문상으로는 화구(火球)라고 한다. 유성의 궤도와 속도는 베이커 슈퍼 슈미트(Baker Super Schmidt)카메라와 같은 광각카메라를 사용하여 알 수 있다. 유성의 고도는 서로 떨어져 있는 2개의 사진기를 사용하여 삼각법에 의해서 구할 수 있고, 유성의 속도는 회전셔터를 이용하여 유성의 비적(飛跡)을 분단시켜서 구할 수 있다.
혜성의 정의
혜성의 머리는 먼지를 많이 포함한 눈동이로 생각되며, 꼬리는 먼지나 가스로 되어있다. 머리 중심의 크기도 겨우 10 Km 정도 이다. 서양에서는 중세까지 혜썽이 지구 대기권 안에서 일어나는 자연 형상이라 믿었다. 혜성은 태양계 변두리의 명왕성보다 바깥에 여러 가지 물질이 뭉쳐서 떠다니는게 아닌가 하고 추측하고 있다. 그것이 태양의 인력에 끌려와, 태양의 주위를 돌아서 다시 태양계를 벗어나는 것이다. 혜성이 태양 가까이 왔을 때 머리에서 증발한 먼지나 가스가 태양 빛과 에너지 입자의 바람에 날려 꼬리처럼 보인다. 혜성의 꼬리는 태양의 반대쪽에 생기는데, 태양에 가까워질수록 길어진다. 혜성은 태양과 충돌하는 일은 좀처럼 일어나지 않고 대개는 태양 옆을 스쳐서 다시 태양계를 벗어난다. 그러나 도중에서 목성처럼 큰 행성의 인력에 끌려 태양 주위를 도는 것도 있다. 이것이 바로 핼리 혜성 이다. 핼리 혜성은 옛날부터 사람들한테 잘 알려진 대혜성으로, 약 76년마다 되돌아 온다
행성, 위성, 소행성의 정의
스스로 빛을 내지 않고 태양의 주위를 도는 별이 행성이다. 태양 주위는 9개의 행성이 자전하며 공전하고 있다. 행성은 지구와 같이 단단한 지면을 가진 수성, 금성, 지구, 화성, 명왕성 등의 지구형 행성과 목성과 같이 거의 대부분이 가스로 이루어진 토성, 천왕성, 해왕성 등의 목성형 행성으로 나눈다. 항성과 행성은 눈으로 구별하긴 힘들지만, 대체로 항성은 깜박거리고 행성은 밝고 깜박이지 않는다. 우리 은하에는 약 2000억 개의 항성이 있는데, 행성을 갖고 있는 것은 100억 개 정도이다. 이러한 행성 중에서 지구와 같은 환경을 가진 것은 10억 개 정도라고 한다. 행성들 중에는 위성을 갖고 있는 것이 많다. 태양계에는 달을 비롯하여 40개 정도의 위성이 있다. 그러나 이 위성들을 모두 합해도 지구 질량의 0.1배밖에 안 된다. 또, 화성과 목성의 궤도 사이에는 무수한 작은 행성들이 널려 있다. 이것들을 소행성이라고 하며, 태양의 둘레를 돌고 있다. 이 소행성 중에서 지름이 200 Km를 넘는 것은 7개밖에 없다. 소행성의 공전 주기는 보통 4년에서 5년 정도이다.
항성의 정의
밤하늘에 빛나는 별은 화성과 목성 등의 행성등을 빼면 모두 태양과 마찬가지로 스스로 빛을 내고 있다. 이것을 항성이라고 한다. 대부분의 항성은 태양과 비슷하다. 태양의 경우 64%가 수소, 33%가 헬륨, 나머지 3%가 탄소, 산소, 철 등의 물질로 되어있다. 태양은 그 내부에서 수소와 헬륨 사이에 핵반응을 일으켜 생겨난 에너지로 열과 빛을 내는데, 그 중심 온도는 1500만 이상이나 된다. 항성이 대부분 기체로 되어 있지만 항성이 매우 무거워서 그 인력으로 기체가 중심으로 당겨지기 때문에 날아가지 않는다.
지구의 역사
지구의 형성은 45억 5천만년 전으로 추정되며, 태양계의 형성과 그 때를 같이한다. 원시 태양계 원반의 태양 가까운 부분에서는 갓 방출되기 시작된 태양의 복사에너지에 의해 휘발성 성분이 제거되면서 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 철, 니켈등의 금속성분이 남게된다. 이들은 원시 태양 주위를 공전하면서 합쳐서 그 크기를 불리게 되는데, 어느 정도 몸집과 중력을 가진 것들을 미행성이라고 부른다. 미행성들은 보다 작은 소행성이나 성간 물질을 유인하여 성장하였다. 미행성의 크기가 커지면 성장속도는 가속된다. 크기가 작은 소행성들이 충돌하게 되면 충돌의 충격으로 조각들이 흩어지게 되나, 크기가 큰 것들이 충돌하게 되면 중력이 강하기 때문에 탈출하는 조각들을 회수할 수 있기 때문이다. 이 때 생긴 미행성들 중에서 현재까지 남아있는 것은 5개이다.
행성의 정의
태양계 내에서 J.케플러의 법칙과 I.뉴턴의 법칙에 따라 타원궤도를 가지고 태양 주위를 공전하며 스스로 핵융합반응에 의해 에너지를 생성하지 못하고 태양빛을 반사하여 빛나는 천체를 말한다. 행성들은 물리적 특성에 따라 지구형(地球型) 행성 ․목성형(木星型) 행성 ․소행성으로 분류되며, 궤도를 취하는 형태에 따라 내행성(內行星)과 외행성(外行星)으로 나눌 수 있다. 내행성은 지구궤도보다 안쪽에 궤도를 가진 수성 ․금성 등이며, 외행성은 지구궤도의 바깥쪽에 궤도를 가진 화성 ․목성 ․토성 ․천왕성 ․해왕성 ․명왕성 등을 말한다.
