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신문에서 조석시간표를 볼 때, 우리는 가끔 달의 위상이 함께 나타나는 것을 볼 수 있다. 이러한 조석는 지구의 각 지점에서 받는 달의 중력의 크기가 다르기 때문에 야기되는 현상이다. 달을 향하고 있는 지구면은 실제로 지구 중심에서 보다 6400km나 달에 더 근접해있다. 그러므로 달의 인력은 지구중심보다 달을 향 하고 있는 지표면에 더 강하게 작용하고 있고 이는 '조석팽대부(조석력을 받는 지구면이 약간 부품)'를 만든다.
지구는 완전한 고형체가 아니므로 달을 향하고 있는 지표면은 실제로 약 몇 cm정도 달 쪽으로 부푼다. 좀 더 유동성이 강한 해수는 달을 향하는 지표면 쪽으로 흘러든다. 이러한 해수의 흐름을 우리는 만조(high tide)라 한다. 동시에 달은 지구 중심쪽으로 인력을 미치며 여기서 그 크기는 달을 향하는 지표면보다 먼 쪽에 작용하는 것 보다 크다. 달은 먼 쪽에 있는 해수로부터 지구를 잡아당기고 이로 인해 먼 쪽에서 다시 두 번째 만조 현상이 생겨난다.
이러한 해수 팽대부들은 지구 -달 선상에 있고 지구는 이러한 팽대부 밑에서 자전하게 된다. 팽대부 아래에 살고 있는 사람들은 만조(=밀물)를 경험하게 되고 이것이 저하되는 시기에 간조(=썰물) 가 일어남을 알 수있다. 이상적인 해변에 살고 있다면 하루에 규칙적으로 두 번씩 이러한 밀물과 썰물현상을 볼 수 있다. 사실상 이러한 조수현상은 그 지역의 위도, 해안선의 모양, 바람등에 관계된다.
태양의 중력도 역시 이런 조석 현상을 야기하나 그 크기는 달에 비하면 2배 정도 작다. 태양에 의한 조석 현상은 달에 의한 것처럼 쌍으로 된 조석 팽대부를 만들며 이것은 달에 의한 것과 합쳐져진다. 초생달과 보름달인 경우 태양과 달의 두 기조력이 합쳐서 심한 조석 현상을 일으킨다. 이러한 현상을 대조(spring tides) 또는 사리라 한다. 또 태양과 달이 서로 직각을 이루고 있을때 태양에 의한 조수는 달에 의한 조석을 감소시켜 우리는 소조 (neap tides) 를 경험하게 된다.
조석은 지구 자전을 느리게 한다.
지구가 조석 팽대부(융기부) 밑에서 자전함에 따라 , 지구는 그것을 잡아당기려 할 것이다. 이는 거대한 양의 마찰을 일으켜 결국 지구의 회전속도를 감소시켜, 하루의 길이는 100년마다 0.0016초씩 길어지게 된다.
시간의 흐름에 따라 이러한 마찰은 엄청난 효과를 만들어낸다. 천문학자들이 고대의 일식기록과 자신들의 예측을 비교하였을때 , 그들은 지구 자전을 시간차에 따라 느리게 한 후에야 그들의 예측과 그 일식기록들을 일치시킬 수 있었다. 또한, 약 400년 된 산호의 나이테수 증가에 대한 시간 유추로 하루는 약 22시시간 이었고, 1년은 무려 400일이나 되었음을 알 수도 있었다. 1996년 7월, 한 연구 보고서는 조석 주기를 나타내는 몇 몇의 퇴적암으로부터 얻은 증거로 약 9억년 전에는 하루가 고작 18시간이었음을 발표하였다.
결국 조석현상은 지구의 자전을 느려지게 한다. 중력은 달과 지구 양쪽에서 모두 작용하고 지구는 달에 조석 융기부를 만들어낼 것이아. 그것이 달의 자전 주기를 엄청나게 늘어나게 할 것임은 자명한 일이다. 따라서 달은 지구를 향해 항상 한 면만을 바라보며 동주기자전(달의 항성자전주기와 지구에 대한 달의 항성 공전주기가 같음)을 하게 되는 것이다.
아래에 조석이 지구의 자전을 느리게 한다는 증거에 대한 참고 목록이 있다.
- Growth Rhythms and the History of the Earth's rotation, edited by G.D. Rosenberg and S.K. Runcorn (Wiley: New York, 1975). 일식에 대한 훌륭한 자료 및 산호 생물학, 그들의 연대학에의 이용.
- Tidal Friction(조석 마찰력) and the Earth's Rotation(지구 자전), edited by P. Brosche and J. S?dermann (Springer Verlag, 1978). 1982년에 발행된 제 2쇄판에는 일식의기록이나 산호의 이용이 언급되지 않고, 대신 지구-달계에 대한 천체 물리와 지구 자전에 영향을 미치는 지구 내부 활동에 대해 지구물리적으로 설명하였다.
- Earth's Rotation from Eons to Days, edited by P. Brosche and J. S?dermann (Springer Verlag, 1990). 고대 중국의 관측기록 이용에 대한 글을 제공.
- Richard Monastersky 1994, '고대 조석의 화석(증거)이 달의 비밀을 벗기다' Science News지 1994년 9월 10일 . 제 11호. p.165.
- P. Sonett, E. P. Kvale, A. Zakharian, Marjorie A. Chan, T. M. Demko 1996, 후기 원생대와 원생대의 조석, 달에 대한 재고 (Retreat of the Moon), 지구의 자전 Science지 1996년 7월 5일 . 제 5271호. p.100 .
조석은 달의 궤도를 확장시킨다.
해수층과의 마찰은 지구-달 연계선상에 놓인 조석팽대부를 동쪽으로 벗어나게 한다(지구의 자전방향을 생각해 보라). 이 조석팽대부는 거대한 질량을 포함하고 있기 때문에 그로 인한 엄청난 중력은 달을 그(달) 궤도 안쪽으로 잡아당기게 된다. 달은 가속하게 되고 이러한 속도의 증가는 달의 궤도를 확장시킨다. 최근 지구로부터 달까지의 거리는 연간 약 3cm씩 증가하는것으로 알려져 있다. 천문학자들은 아폴로 우주 비행사들이 달표면에 남긴 반사경에 레이저 빔을 쏘아 돌아오는 시간을 측정함으로써 이러한 달의 궤도 증가/확장을 측정할 수 있었다.
지구자전 속도의 감소로 인해 지구로부터 달이 멀어지는 결과는 운동량 보존의 예이다. 각운동량이란 물체나 그러한 물체들의 덩어리가 가진 회전운동량이다. 이러한 각운동량은 물체의 기하학적인 크기와 질량, 그리고 얼마나 빨리 운동하느냐에 의존하는 양이다.지구의 각운동량이 감소함에 따라 늘 같은 지구-달 시스템을 유지하기 위해서는, 달 역시 반드시 각운동량이 감소해야만 한다. 각운동량에 대한 개념은 부록의 각운동량부분에서 좀 더 논의되었다.
달궤도의 점진적인 확장은 곧 미래의 언젠가 달의 각크기가 태양의 각크기보다 작아지는 때가 도래함을 의미하고 우리는 더이상 개기일식을 경험할 수 없게 된다. 500억년 후 지구의 하루 길이는 현재의 47일에 해당하고 달은 지구를 도는데 47일을 소요될 것이다. 지구와 달은 각 각의 일정한 면을바라보며 단단하게 결속되어 지구의 한 쪽에 사는 사람들이 달을 바라보는 동안 다른 한 쪽에서는 그들의 하늘을 떠나간 달에 대한 전설만을 회고하며 살 것이다.
조석은 어디에도 영향을 미친다
조석은 질량이 큰 물체들이나 가까운 거리에서 작용할 때 더 큰 영향을 끼치게 된다. 태양은 가장 가까운 거리에 있는 수성에 조석팽대부를 만들어내고 이는 수성의 자전 주기를 느려지게 하여 태양을 두 번 공전하는 동안 자전은 3번 밖에 못하게 된다. 목성의 달인 이오는 지구와 달 사이 거리와 비슷한 거리만큼 목성에서 떨어져 있다. 목성의 질량은 지구보다 훨씬 크므로 미치는 조석력도 지구가 달에 미치는 것에 비하면 훨씬 거대하다. 이오는 그것의 타원궤도 내부에서 돌기때문에 궤도가 늘어지는데 다양한 변화를 보인다. 마찰에 의한 엄청난 열이 이오 내부에서 생성되고 이는 이오 표면에서 순차적인 화산 폭발의 형태로 발산된다. 가까이 서로를 지나가는 은하들은 상호간에 작용하는 조석력에 의해 심하게 궤도가 늘어지기도 하고 때로는 산산히 부숴지기도 한다.천문 용어
| 각운동량의 보존 | 소조(neap tide) | 대조(spring tide) |
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연습 문제
- 조석을 일으키는 원인은 무엇인가?
- 조석은 달과 태양 그리고 지구의 상대적 위치와 어떤 관계가 있는가?
- 매 12.5시간에 두 번씩의 만조 현상이 일어나는 원인은? 왜 두 개의 조석 팽대부가 생기고 그 둘은 대략 12시간(180도)의 차이가 나는 이유를 설명하라.
- 어떤 자연적 현상이 일어날 때, 우리는 대조를 경험할 수 있을까?
- 소조를 볼 수 있는 때는 언제인가?
- 지구의 자전주기와 조석, 달 궤도의 확장과 조석은 무슨 관계가 있는가?
- 조석력이 주요 자연 현상과 관계하거나 천체의 운동에 영향을 주는 곳은 또 어디가 있을 수 있겠는가?