우리의 영원한 친구 - 지구

블루 마블

 

우주에서 지구를 바라보게 되면 가장 먼저 지구의 신비에 경이로움을 느끼게 될 것이다.

흙과 돌, 물로 이루어진 둥근 덩어리가 우주공간에 둥실 떠 있는 광경이 낯설게 보이기 때문이다.

 

 

 

이런 지구의 사진이 처음으로 촬영된 것은 1972년 12월 7일, 아폴로 17 우주비행사가 달로 가는 길에 지구에서 4만5천여킬로미터 떨어진 곳이서 찍은 사진이다.

지구를 두르고 있는 푸른 바다, 흰 얼음에 덮인 남극대륙과 아프리카, 인도양의 사이클론까지 어우러진 광경은 숨막히게 아름답다. 

 

블루마블

이처럼 둥근 지구는 중력이 작용한다. 지구가 공처럼 둥글다는 사실을 인류가 맨 처음 눈으로 확인한 것은 1972년 12월 7일이다. 달로 향하던 아폴로 17호의 승조원들이 되돌아 본 지구의 모습은 푸른 구슬 하나가 우주에 떠 있는 광경이었다. 선장은 이 광경을 카메라에 담았고, '블루마블'이라는 이름으로 가장 유명한 천체사진으로 등극했다.

 

이처럼 지구가 공같이 둥근 것은 중력의 세기가 거리와 밀접한 관계가 있기 때문이다. 물질은 중력으로 뭉쳐지게 되는데, 중력은 중심에서 작용하는 힘으로, 중력의 방향은 항상 물체의 중심으로 향한다. 중심에서 주위의 어느 족으로도 치우쳐지지 않는 균형된 중력의 세기를 유지하는 도형, 그것이 바로 구이다. 이처럼 방향에 구애받지 않는 성질을 구대칭이라 한다.

 

이는 지구뿐 아니라 별이나 큰 행성, 위성들도 마찬가지이다. 천체의 지름이 700km가 넘으면 중력의 힘이 압도적이 되어 제 몸을 둥글게 주물러 구형으로 만든다. 이에 비해 작은 소행성들이 감자처럼 울퉁불퉁하게 생긴 것은 덩치가 작아 제 몸을 둥글게 주무를만한 중력이 없기 때문이다. 

 

그런데 사실 지구는 완전한 구체가 아니다. 극 지름보다 적도 지름이 43km 더 길다. 하지만 그 비율이 너무 작으므로 거의 완벽한 구형이라 할 만하다. 축을 중심으로 빠르게 자전하는 천체는 적도 방향으로 원심력이 작용하므로 적도 부분이 부풀게 되는 것이다.

 

만유인력 

 

이렇게 둥근 지구에 사는 인간은 왜 떨어지지 않을까?

모든 물체 사이에는 서로를 끌어당기는 힘이 작용한다.두 물방울이 가까워지면 서로 달라붙는 이치와 같다. 이것은 온 우주에 다 통하는 법칙이다. 이것이 바로 만유인력의 법칙이다.

 

지구의 반대쪽 사람이 지구에서 떨어지지 않는 것도 우리과 같이 지구가 꽉 잡아주고 있기 때문이다. 사람뿐 아니라, 모든 물체도 마찬가지다. 

 

이렇게 만물이 서로 끌어당기는 힘을 발견한 사람은 영국의 아이작 뉴턴이다. 사과가 땅에 떨어지는 것은 지구에 비하여 사과가 너무나 가볍기 때문이다. 그렇다면, 사과가 지구보다 훨씬 크다면 지구가 사과에 떨어졌을 법하다.

 

이러한 지구는 하루에 한 바퀴씩 스스로 돈다. 하지만 인간은 이것을 느낄 수가 없다. 지구는 지금 이 순간에도 우리 인간을 싣고 태양 둘레를 쉼없이 달리고 있다. 반지름이 1억 5천만km인 원둘레를 1년에 한 바퀴 돌게 되므로, 초속 30km의 속도가 된다.

 

 

 

 

지구를 반으로 쪼개 본다면?

 

지름이 무려 12,700km나 되는 이 거대한 흙공 속에는 과연 무엇이 들어 있을까? 이 물음은 아주 오래 된 인류의 궁금증 중의 하나이다. 지구의 밀도가 5.5인데 비해 지각의 밀도가 3.3인 것으로 미루어보아, 지구 내부에는 물보다 몇 배나 무거운 물질이 들어 있을 거라고 짐작만 할 뿐이다.

 

지진파등을 이용해 지구의 중심 물질을 알아낼 수 있게 된 것은 20세기에 들어서이다.

지구 내부를 관통하는 지진파의 굴절을 이용해 알아낸 지구의 내부는 크게 3개의 층으로 이루어져 있음이 밝혀졌다. 가장 안쪽에 있는 것부터 내핵, 외핵, 맨틀이 위치해있다.

우리가 발을 딛고 사는 지각은 맨틀 위를 살짝 덮고 있는데, 그 두께가 겨우 몇십km에 지나지 않는다. 

이 지각과 맨틀의 경계면을 발견한 지진학자의 이름을 따 모호로비치치 불연속면이라 부른다.

 

그렇다면 이들 3개 층을 이루는 물질은 무엇일까? 맨틀 아래 자리잡고 있는 지구의 핵은 지름이 7,000km로 수성보다도 크다. 성분은 대부분이 철이라서 밀도가 아주 높다. 이 고체 철이 감싸고 있는 액체 속을 끊임없이 움직임으로써 전류를 생산하고, 지구의 자석 성질을 만들어낸다.

 

이처럼 우리가 살고 있는 지구도 다른 별 못지 않게 신비하고 신기한 존재라는 걸 느끼게 한다.

 

지구도 피할 수 없는 종말

 

지구의 종말은 모항성인 태양의 일생과 긴밀히 엮여 있다. 46억년 전에 제3세대 항성으로 태어난 태양은 중심핵에서 수소를 태워 헬륨으로 바꾸는 핵융합 작용을 하는 주계열성 단계의 별이다.

태양 중심부는 초당 물질 4백만 톤을 에너지로 바꾸고 있으며, 중성미자와 태양복사에너지를 생산한다. 

이 속도라면 태양은 일생동안 지구질량 100배에 해당하는 물질을 에너지로 바꾸며 주계열 단계에서 약 10억년을 머무를 것이다.

 

지금으로부터 다음 10억 년에 지구에 닿는 태양복사의 총량은 8% 늘게 된다.

적은 양이라 생각할 지 모르지만, 기후 모델의 연구에 따르면, 태양복사가 0.1% 늘어나면 지구의 평균기온은 0.2C상승한다. 즉 태양복사가 지구에서 8% 증가하면, 3억년 뒤 지구는 평균기온이 5도 상승하고, 겨울의 평균기온은 25C가 되며, 눈이나 얼음은 거의 보이지 않게 된다. 

 

앞으로 수억 년 후 지구에서 어떤 생물도 살 수 없게 될 것을 생각하면, 이는 너무 무서울 정도의 짧은 시간이다.

 

약 50억 년 후에 태양이 수소를 거의 다 태우고 늙으면 어떻게 될까?

우선 태양은 질량이 작아 초신성 폭발을 일으키지 못하는 대신, 적색거성으로 부풀어오르게 된다. 노쇠의 징조로 벌겋게 달아오른 태양의 외피는 계속 부풀어올라 지구 궤도까지 접근해 올 것으로 예상되지만, 그 때 지구가 어떻게 될지는 확실치 않다. 적색거성 단계인 태양은 질량을 많이 잃은 상태이기 때문에 지구를 포함한 행성들은 현재 위치보다 뒤로 물러나게 되어 지구가 태양에 흡수되는 일은 면할지도 모르지만, 새로운 이론은 태양의 기조력으로 지구가 태양에게 흡수될 것으로 예상하기도 한다.

 

만약 지구가 살아남는다고 해도 , 바다는 끓어서 기체가 되고 대기와 함께 우주공간으로 달아날 것이다. 주계열성 단계에서도 태양은 서서히 밝하지면서 표면 온도가 올라가고 있다. 점진적으로 태양 광도가 커져 약 7억 년 내로 지구상은 인간이 살 수 없는 환경으로 바뀔 것이다. 이때가 되면 생명체는 지구상에 존재할 수 없다. 동실물이 멸종하여 지구 내부에서 나오는 온실기체를 정화시킬 수 있는 수단이 없어지면, 온도는 급속히 오르게 되며 동식물이 멸종한 지 1억 년도 채 되지 않아 지구표면은 끓는점에 도달한다.

 

바닷물이 끓게 되면 대기 중 수분이 1~20%로 줄어들어, 물이 산소와 수소로 분리된 후 수소는 우주공간으로 날아가게 된다. 따라서 8억 년 내로 지구의 바닷물은 모두 증발하여 사라질 것이다. 8억 년 후에 지구는 물도 없는 황량한 사막과 같이 될 것이며, 황산과 온실기체로 이루어진 구름이 지표를 덮어 금성 표면처럼 뜨거워질 것이다. 그리고 태양이 더욱 뜨거워지면 결국에는 지구에 남은 대기마저도 날아가고 지구에 있는 것은 모두 숯덩어리처럼 검게 타버릴 것이다.

 

 

 

 

                                                                                         

 

                                                                                         출처-21세기는 우주 덕후들의 시대 

                                                                                         저자-이광식