고(故) 천문학자 칼 세이건이 이런 말을 했습니다, 지구는 “우리가 알고 있는 유일한 집”입니다. 기술의 발전으로 인류는 태양계의 모든 행성을 연구할 수 있게 되었습니다. 우리는 목성의 대적점을 촬영하고 지옥 같은 금성 대기를 통해 탐사선을 보냈습니다.
그러한 노력은 호모 사피엔스가 진화한 세계의 아름다운 기묘함을 강조합니다. 지구가 화성이나 토성, 또는 태양을 공전하는 다른 천체와 다르다고 말할 필요는 없습니다. 그러나 그것은 동일한 물리적 법칙의 지배를 받습니다.
그래서 오늘 우리는 우리의 소중한 지구가 과학의 관점에서 특별하지 않은 방식과 존재하는 방식을 살펴보기로 했습니다.
지구는 다른 행성과 어떻게 비교됩니까?
지구를 제자리에 두는 것부터 시작하겠습니다. 1990년대 후반 매주 존 리스고의 대형 시트콤은 우리 집이 태양에서 세 번째 행성이라는 점을 상기시켜 주었습니다. 수성은 첫 번째, 금성은 두 번째, 화성은 네 번째입니다.
(혼란스럽게도 작은 수성은 대부분의 경우 지구에 가장 가까운 세계이지만 우리는 궤도를 벗어나고 있습니다.)
수성, 금성, 지구, 화성은 태양계의 네 개의 내부 행성입니다. 화성 너머에는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성과 같은 외부 행성이 있습니다.
크기 측면에서 지구는 가장 가까운 이웃과 비교하면 유리합니다. 적도 주위로 40,075km(24,901마일), 반경이 6,371km(3,959마일)로 측정된 이 행성은 내행성 중 가장 크며 태양계에서 다섯 번째로 큰 행성입니다.
하지만 그건 정말 자랑할 만한 일이 아닙니다. 마이티 목성은 총 표면적에 있어서 우리 고향 세계보다 121.9배 더 큽니다.
그리고 태양을 설명해보자면, 거대한 플라즈마 공이 속이 비어 있을 경우 대략 130만 개의 지구를 그 안에 밀어 넣을 수 있다고 말하는 것으로 충분할 것입니다.
지구의 궤도와 축
멀리서 보면 태양과 모든 행성이 완벽한 구체처럼 보일 수 있지만 사실은 아닙니다. 원심력과 ‘자체 중력’이 결합하여 편구형 회전타원체 모양을 유지합니다. 이러한 물체는 실제 구체와 유사할 수 있지만 다소 찌그러져 있습니다.
지구를 가져 가라. 우리 행성의 적도 반경은 극 대 극 반경보다 약 22km 더 깁니다. 따라서 지구는 구형으로 불완전하게 만드는 약간의 적도 돌출부를 가지고 있습니다. 따라서 적도에서 지구는 극에서 극까지의 두께보다 0.3% 더 두껍습니다. 다른 세계에서는 그 격차가 훨씬 더 극단적입니다.
축 기울기는 지구가 우주 형제들과 공유하는 또 다른 특성입니다. 이제 (a) 지구는 태양을 기준으로 24시간마다 회전하고 (b) 지구는 365.25일마다 한 번씩 태양 주위를 공전한다는 것이 상식이 되었습니다. 지구가 축을 중심으로 회전할 때 행성의 일부는 태양 아래에 있고 다른 일부는 그늘에 있습니다. 즉, 태양이 뜨고 지는 것처럼 보입니다. 낮에 있는 세계의 부분은 따뜻해지고, 어두운 부분은 낮 동안 흡수한 열을 점차 잃습니다.
지구의 자전축 기울기는 우리가 계절을 갖는 이유입니다. 지구의 축은 약 23.5도 정도 기울어집니다. 한 반구는 태양을 향하고 다른 반구는 태양을 가리킵니다. 태양을 향하는 반구는 더 따뜻하고 더 많은 빛을 받습니다. 그곳은 여름이고, 다른 반구는 겨울입니다. 이 효과는 극지방보다 적도 근처에서 덜 극적입니다. 왜냐하면 적도는 일년 내내 거의 같은 양의 햇빛을 받기 때문입니다. 반면에 극지방은 겨울철에 햇빛을 전혀 받지 못하는데, 이것이 바로 얼어붙는 이유 중 하나입니다.
그렇다고 해서 그것이 불변이라는 말은 아닙니다. 반대로, 우리 고향 행성의 축 기울기는 40,000년마다 22.1도에서 24.5도 각도로 이동합니다. 변화하는 축은 우리 밤하늘에 큰 영향을 미칩니다. 지구의 북극은 현재 별계인 폴라리스를 목표로 하고 있지만 지금으로부터 2000년 후에는 세페우스 감마와 일직선을 이루게 될 것입니다. 그에 따라 별 관찰 계획을 조정하면 됩니다.
지구가 마을의 유일한 편구체인 것이 아니듯이 축의 기울기에는 특별한 것이 없습니다. 다른 행성에도 그런 것이 있습니다. 멀리 있는 천왕성은 정말 터무니없는 97.77도 각도로 기울어져 있습니다.
모든 행성은 중력에 의해 태양 주위를 공전합니다. 지구의 중력은 달을 행성 주위의 궤도에 유지하고, 달의 중력이 끌어 당기는 힘으로 인해 바다 근처의 바다가 당겨져 바다의 조수가 발생합니다. 중력은 또한 행성을 구성하는 물질을 끌어당겨 행성을 만들었습니다.
지구는 무엇으로 이루어져 있나요?
다른 지구 행성과 마찬가지로 지구에는 온도가 화씨 9,000도(섭씨 4,982도)에 도달할 수 있는 뜨거운 내부 코어가 있습니다.
지구의 내부 핵은 단단한 철로 만들어졌습니다. 내부 코어를 둘러싸고 있는 것은 용융된 외부 코어입니다. 이 두 층은 지구 내부의 매우 깊은 곳에 있으며, 두꺼운 맨틀에 의해 지각과 분리되어 있습니다. 맨틀은 단단하지만 플라스틱처럼 가단성이 있으며 화산에서 나오는 마그마의 원천입니다.
지구의 내부 핵은 지구가 축을 중심으로 회전하는 것처럼 회전합니다. 외부 코어도 회전하며 내부 코어와 다른 속도로 회전합니다. 이는 코어 내에 발전기 효과, 즉 대류와 전류를 생성합니다. 이것은 차례로 지구의 자기장을 생성합니다. 이는 마치 거대한 전자석과 같습니다. 태양풍이 지구에 도달하면 대기가 아닌 자기장, 즉 자기권과 충돌합니다.
지금까지 가장 얇은 층은 우리가 거주하는 지구의 외부 지각입니다. 상부 맨틀과 함께 우리 행성의 껍질 모양의 암석권을 형성합니다.
이 수준에서는 상황이 매우 흥미로워집니다. 암석권은 ‘구조판’으로 알려진 조각으로 구성되어 있습니다. 이들은 끊임없이 서로 떨어져 표류하고, 서로 스치거나 정면으로 충돌합니다. 그 결과, 지구의 대륙과 해양의 배치는 지질학적 시간에 따라 변합니다. 구조판 시스템은 지구의 가장 비정상적인 특징 중 하나입니다. 우리는 아직 다른 행성이나 달에 지구형 구조판이 존재하는지 확인하지 못했습니다.
지구 표면의 약 71%가 물로 덮여 있습니다. 이것이 바로 우리 집이 종종 ‘푸른 행성’이라고 불리는 이유입니다. 이 모든 물의 근원은 풀리지 않는 미스터리입니다. 아마도 얼음이 가득한 혜성이나 소행성에 의해 상당한 비율이 전달되었을 것입니다.
물은 물질을 녹이는 데 정말 능숙합니다. 그리고 그것은 모든 종류의 복잡한 화학 반응에 참여할 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 물은 우리가 알고 있는 생명체에게 없어서는 안 될 존재입니다.
지구인들은 대기로부터 더 많은 혜택을 받습니다. 대류권, 성층권, 중간권, 열권, 외기권 등 5개의 주요 층으로 나누어진 이 거대한 보호막은 과도한 자외선으로부터 우리를 보호합니다. 동시에 지구가 거주 가능한 온도를 유지하면서 우리에게 오는 대부분의 우주 쓰레기를 파괴할 수 있습니다.
지금까지 약 37억년 동안 지구에는 생명체가 있었습니다. 어쩌면 그런 점에서 독특할 수도 있습니다. 아니면 그렇지 않을 수도 있습니다. 외계 생명체가 정말 넓고 넓은 우주 어딘가에 존재한다면 우리는 아직 그것을 추적하지 못했습니다.
초기 지구는 어땠나요?
방사성 연대 측정에 따르면 지구의 나이는 약 45억 4천만년입니다. ‘과학의 진보’ 저널에 발표된 2020년 연구에 따르면 우리의 지각판 시스템은 그다지 젊지 않을 수도 있습니다.
초기 지구는 오늘날 우리가 알고 있는 세계와는 매우 다른 곳이었습니다. 그것은 표면을 형성하는 강렬한 지질학적 활동의 결과로 단단한 지구가 아직 형성되고 있던 시기였습니다. 젊은 태양 주위를 공전하는 동안 지구의 중력은 결국 우리 행성을 형성한 우주 파편을 끌어당기고 축적하는 데 중요한 역할을 했습니다.
과학자들은 지구가 이산화탄소(이산화탄소 함량이 최대 70%에 달했을 수 있음), 수증기, 메탄과 같은 가스에 의해 지배되어 지구를 지금보다 훨씬 더 따뜻하게 유지하는 온실 효과를 일으킨다고 믿습니다. 이 두껍고 흐릿한 대기는 약 40억년 전 후기 중폭격 기간 동안 지구에 쏟아져 2천만년에서 2억년 동안 지속된 거친 우주 암석으로부터 표면을 보호했습니다. 이는 수많은 소행성과 혜성이 지구, 화성, 금성 등 초기 지구형 행성과 충돌해 표면에 상처를 입혔다는 가정된 사건이다. (최근에 과학자들은 이에 대해 의문을 제기하기 시작했으며 기간이 더 짧았다고 생각합니다.)
지각은 지각판이 움직이고 충돌하면서 여전히 중요한 변화를 겪고 있었고, 이로 인해 최초의 대륙이 탄생했습니다. 이 판은 또한 지구 표면을 이동시키고 휘게 만들어 산과 심해 해구를 만들었습니다. 초기 지구의 축은 지금과 다르게 기울어져 계절과 기후의 패턴이 달라졌습니다.
지구에는 산소도 거의 없었습니다. 그것은 생명이 형성되면서 축적되기 시작했습니다. 과학자들은 약 27억년 전에 시아노박테리아라고 불리는 광합성 미생물이 태양 에너지를 사용하여 이산화탄소와 물을 음식으로 전환하고 산소 가스를 폐기물로 남겼다고 생각합니다. 산소의 존재로 인해 더 복잡한 생명체가 번성하게 되었습니다.
초기 지구에는 액체 상태의 물이 있었지만, 이 귀중한 자원을 보유한 태양계 행성은 지구만이 아닙니다. 그러나 지구는 우리 태양계에서 우리가 알고 있는 생명체를 수용할 수 있는 최초의 행성으로 두드러졌습니다. 액체 상태의 물이 존재하고 대기와 기타 요소가 적절히 조합되어 생명체가 잠재적으로 출현하고 번성할 수 있는 독특한 환경이 조성되었습니다.
지구와 달
외계 생명체는 뜨거운 논쟁거리가 되는 주제입니다. 우주 탐사의 미래도 마찬가지입니다. NASA의 다가오는 아르테미스 임무가 계획대로 진행된다면 2024년에는 1972년 이후 처음으로 우주비행사가 달에 착륙하는 모습을 보게 될 것입니다.
지구의 자연 위성은 비교적 큽니다. 이는 태양계 전체에서 다섯 번째로 큰 달로, 전체적으로 190개 이상의 달이 발견되었습니다.
지구의 달을 눈에 띄게 만드는 또 다른 요소는 다음과 같습니다. 태양을 공전하는 다른 모든 행성에는 달이 전혀 없거나 여러 개가 있습니다. 하지만 지구에는 딱 하나만 있습니다.
수성과 금성은 달이 전혀 없습니다. 반면 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 각각 2개, 92개, 124개, 27개, 14개의 달을 가지고 있습니다.
이런 상황에서 우리 달을 ‘달’이라고 부르는 것은 다소 거만한 일일 수도 있습니다. 외계인이 우리 더러 뻔뻔하다 비난해도 할 말이 없습니다.
지구는 어떻게 시작되었는가?
지구의 기원에 관한 가장 유명한 과학적 이론은 태양 성운이라고 불리는 회전하는 먼지 구름과 관련이 있습니다. 이 성운은 빅뱅의 산물이다. 철학자, 종교학자, 과학자들은 우주가 어디서 왔는지에 대해 많은 생각을 가지고 있지만 가장 널리 받아들여지는 과학 이론은 빅뱅 이론입니다. 이 이론에 따르면, 우주는 거대한 폭발에서 시작되었습니다.
빅뱅 이전에는 현재 우주에 존재하는 모든 물질과 에너지가 특이점에 담겨 있었습니다. 특이점은 온도가 극도로 높고 밀도가 무한대인 점입니다. 블랙홀의 중심에서도 발견됩니다. 이 특이점은 폭발할 때까지 완전한 진공 상태에 떠 있었고, 가스와 에너지를 사방으로 흩뿌렸습니다. 계란 내부에서 폭탄이 터지는 것을 상상해보세요. 물질은 빠른 속도로 모든 방향으로 움직입니다.
폭발로 인한 가스가 냉각됨에 따라 다양한 물리적 힘으로 인해 입자가 서로 달라붙게 되었습니다. 계속 냉각되면서 속도가 느려지고 더욱 조직화되어 결국 별들로 성장했습니다. 이 과정은 약 10억년이 걸렸다.
약 50억년 전에 이 가스와 물질의 일부가 우리의 태양이 되었습니다. 처음에는 더 무거운 원소도 포함되어 있는 뜨겁고 회전하는 가스 구름이었습니다. 구름이 회전하면서 그것은 우리가 몇 문단 전에 언급한 태양 성운인 원반으로 모였습니다. 우리 행성과 다른 행성들은 아마도 이 원반 내부에서 형성되었을 것입니다. 구름의 중심은 계속 응축되어 결국 점화되어 태양이 되었습니다.
이 성운 내에서 지구가 어떻게 형성되었는지에 대한 구체적인 증거는 없습니다. 과학자들은 두 가지 주요 이론을 가지고 있습니다. 둘 다 강착, 즉 분자와 입자가 서로 달라붙는 것을 포함합니다. 그들은 동일한 기본 아이디어를 가지고 있습니다. 일단 태양이 점화되면 여분의 입자가 모두 날아가서 우리가 알고 있는 태양계가 남게 됩니다. 우리 달도 태양 성운에서 형성되었습니다.
처음에 지구는 매우 뜨겁고 화산이었습니다. 행성이 냉각되면서 단단한 지각이 형성되었고, 소행성과 기타 잔해의 충돌로 인해 많은 분화구가 생겼습니다. 행성이 계속해서 냉각됨에 따라, 표면에 형성된 분지를 물이 채워서 바다가 만들어졌습니다.
지진, 화산 폭발 및 기타 요인을 통해 지구 표면은 결국 오늘날 우리가 알고 있는 모양에 도달했습니다. 그 질량은 모든 것을 하나로 묶는 중력을 제공하고, 그 표면은 우리가 살 수 있는 장소를 제공합니다. 그러나 이 모든 과정에 태양이 없었다면 시작되지 않았을 것입니다.
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