과학의 세계^^

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아래출처는 http://www.astronote.org/ 입니다.

각 계절의 온도가 다른 이유는 주어진 시간에 태양으로부터 받는 열에너지의 양이 다르기 때문이다. 항상 같은 온도를 유지하려면 반드시 받은 열만큼 우주로 방출(복사)해야만 한다. 만일 얻은 열이 잃어버린 열보다 많게 되면, 그 곳은 온도는 당연히 높아진다. 반대의 상황에는 물론 더 추워질 것이다. 왜 지역에 따라 주어진 시간동안 받는 열의 양이 달라지게 되는 것일까?

계절에 따라 온도가 다른 이유는 가끔 다음의 두 가지 이론으로 설명된다: 그 첫째는 지구의 공전 궤도가 원이 아닌 타원이라는 것이고, 두번째는 지구 공전면에 대해 지구 자전축이 23.5도 기울어져 있기 때문이라는 것이다. 지구는 타원궤도를 그리며 공전하므로 태양으로부터의 거리가 시시각각 바뀐다.(근일점:약147백만km, 원일점:152백만km) 그러나, 만일 첫번째 이론이 맞다면, 남반구와 북반구는 동시에 같은 계절이어야 한다. 그러므로 이는 계절마다 온도가 다른 이유를 설명할 적당한 이론이 아니다. 과학적 방법으로 설명하고 있는 아래의 사이트를 이용해라. 이해하는데 도움이 될 것이다.

어떤 이론들은 지구가 태양쪽으로 기울어져 있는 지방은 그렇지 않은 곳보다 반드시 온도가 더 높아야 한다고 설명한다. 왜냐하면 열의 근원인 태양으로부터 거리가 얼마나 가까이 있느냐가 그 지방의 온도가 결정된다고 믿기 때문이다. 만일 이런 이론들을 따르게 되면 지구에서 밤에 해당하는 지역은 태양으로부터 더 멀리 떨어져 있으므로 항상 낮에 해당하는 지역보다 추워야 한다는 결론이 난다. 이 이론은 지구에서 밤에 해당하는 지역이 태양의 정반대편에 있어 태양에너지가 그 곳으로 직접 닿을 수 없는 확실한 이유을 무시하게 된다. 그럼 기울어져 있는 지구의 모델을 좀 더 살펴볼까? 지구가 23.5도 기울어져 있는 것은 북극이 6월 말이 되면 남극보다 5080km나 더 태양에 가까워진다는 것을 의미한다. 이 거리차는 그 때쯤이면 지구가 태양에서 152백만km 떨어진 거리에 있는 것에 비하면 정말 무시할 정도로 작다. 지구가 받는 에너지의 양은 거리의 제곱에 반비례한다.

(152,000,000 + 5080)²/(152,000,000 - 5080)²을 계산하면, 북극이 남극보다 총 에너지의 0.001%배 더 되는 에너지를 얻는 것을 알 수 있다. 이것은 그 엄청난 온도차를 설명하기에는 너무나 작은 양이다. 비록 우리가 지구의 한 쪽면과 그 정반대의 면을 비교하기 위해 위 계산에서 5080km대신 지구의 직경값을 넣는다 해도 받는 에너지양의 차는 고작 0.003%배 밖에 안된다. 따라서 거리차는 계절에 따라 엄청난 온도차가 나는 것을 설명할 수 없다. 여기서는 지구와 태양 사이의 거리를 지구가 원일점에 있을 때의 값을 사용하였다. 그 이유는 북반구가 여름일 동안 지구는 원일점 근처에 있기 때문이다. 이것은 태양의 현재 크기를 재면서 알려졌다. 우리는 태양의 실제 크기는 행성의 궤도 주기에 따라 변하는 것이 아님을 조심스럽게 추측할 수 있다.

비록 이 거리 이론은 계절에 따른 온도차를 설명하기에는 부적당하지만, 이것은 1년 동안 어느 정도의 온도 변화가 있어야 하는가, 또 그 양은 얼마나 되는가를 시험하기 위한 예측을 만들어냈다. 그러나 과학자, 특히 천문학 교수들을 화나게 하는 것은 이러한 예측들과 예측과 관측된 것 사이의 큰 논쟁(왜 예측과 관측결과가 다른가등의 고찰)을 무시하는 것이다. 아래에 제시된 그림을 보자. 무엇이 관측될 지를 정확하게 예측한 모델이다

이 기울어진 모델 이론은 계절에 따라 온도가 다른 이유를 정확하게 설명하나 그 이유가 거리이론의 설명과 비교하면 뭔가 미묘하다. 왜냐하면 지구의 자전축이 기울어져 있어, 남반구가 태양을 등지고 차가운 겨울 앞에 떨고 있을 때, 북반구는 태양을 향하며 여름을 만끽할 것이기 때문이다. 여름에 태양 빛은 지표면과 거의 수직에 가까운 큰 각도로 지구를 비춘다. 그 응축된 에너지는 겨울보다 더 빨리 땅을 덥힐 수 있다. 왜냐하면 겨울에는 빛이 비스듬히(지표면과 이루는 각이 작다) 입사하므로 에너지를 분산시키기 때문이다.

또한, 여름에는 태양이 지표면 위에 있는 시간이 겨울보다 길기 때문에 지구를 가열시키는데 더 많은 에너지를 얻는다.

태양계에 속하는 다른 행성들의 자전축도 그들의 공전궤도면에 대해 기울어져 있다. 따라서 그들에게도 각기 온도가 다른계절이 찾아온다.수성, 목성 그리고 금성은 공전면에 대해 약3도 내외로 기울어져 있으므로 태양으로부터의 거리 변화가 계절의 온도 변화에 더 중요한 원인이 될 것이다. 그러나, 이 세 행성들중에 단지 수성만이 근일점과 원일점 사이에서 중요한 변화를 가진다. 수성은 매우 얇은 대기로 쌓여 있어 태양으로부터 오는 어떤 에너지도 모아둘 수 없다. 반면 목성과 금성의 궤도는 거의 원에 가깝고 두꺼운 대기까지 있어 온도 변화가 거의 없다.

화성, 토성 그리고 해왕성은 지구와 비슷한 각도로 기울어져 있으나 토성과 해왕성은 뚜꺼운 대기와 원에 가까운 공전궤도 때문에 거의 온도 변화가 없다. 그러나 화성은 다르다. 화성의 여름과 겨울의 온도차는 엄청나게 크다. 화성의 대기는 매우 얇고 궤도는 이심률이 큰 타원 궤도여서 여름에 남반구가 태양에 가장 가깝고 겨울에 가장 멀리 떨어져 있다.화성의 북반구는 남반구에 비해 좀 더 온화한 계절의 변화를 보인다. 행성들은 태양에서 가장 멀리 떨어졌을때 가장 느리게 공전하므로, 화성의 남반구는 짧고 뜨거운 여름을 보낸 후 춥고 긴 겨울을 지낼 것이다.

천왕성의 계절은 참 이상하다. 왜냐하면 천왕성의 자전축은 공전궤도면에 대해 98도나 기울어져 있기 때문이다. 천왕성에서는 6개월 동안 , 북반구는 햇빛이 비추는 낮이 계속되고 남반구는 햇빛이 없는 어둠의 시간이 된다. 또 나머지 6개월 동안 상황은 반대가 된다. 그러나 천왕성의 두꺼운 대기는 태양으로부터 오는 에너지를 골고루 분산시켜서 계절의 온도 변화는 거의 없다. 명왕성의 자전축은 거의 122.5도 정도 기울어져 있고, 궤도는 거의 타원에 가까우며 매우 얇은 대기를 가지고 있다. 그러나 태양으로부터 너무 먼 거리에 있기에 이 곳은 언제나 차가운 얼음나라이다.

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