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세차운동 - 팽이 그리고 지구

세차운동은 회전축 자체가 원운동을 보이는 현상이다. 회전축의?원운동은 자이로스코프 효과와 외부 모멘트 사이의 균형에서 나타난다. 회전하는 물체의 대표로는 팽이와 지구를 들 수 있다.

먼저 팽이.
회전축이 하늘을 향한다고 하자. 이는 지구를 바라볼 때의 자전방향과 일치하는데 이해를 돕기 위한 것이다.
힘차게 도는 팽이는 당연히 똑바로 곤두선다. 팽이의 무게중심은 회전축 상에 있는데 어떤 외력이 작용해서 팽이가 살짝 기울어지면 지구 중력에 의한 모멘트가 팽이의 무게중심에 작용한다.
원래의 회전관성 위치로부터 이탈하자마자 팽이에는 자이로스코프 회복력이 모멘트 형태로 나타나는데 이 최초의 '기울어지는 운동'은 회전축이 팽이 회전방향과 같은 방향으로 돌게 만든다. 일단 회전축 자체가 회전을 시작하면 자이로스코프 회복력은 팽이를 원래의 꼿꼿한 자세로 세우는 방향으로 작용한다.
팽이의 원래 회전이 충분히 강하면 웬만한 외력이 팽이를 기울여도 팽이는 얼른 다시 오뚜기처럼 일어선다.
만약 회전이 충분히 강하지 못하면 그냥 엎어진다.
그리고 팽이를 엎어뜨리려는 중력에 의한 모멘트와 자체 회전에 의한 자이로스코프 회복 모멘트가 균형을 이루면 팽이는 세차운동 상황에 들어간다. 팽이도 돌지만 팽이의 회전축도 원래 회전방향과 동일하게 빙글빙글 돌게 된다.
팽이 꽤나 돌려본 사람들은 얼른 이해가 갈 것이다.

다음으로 지구.
지구도 따지고 보면 거대한 팽이다. 더구나 자세히 보면 약간 납작하다. 자전에 의한 원심력 때문에 그렇다. 그리고 지구 자전축은 정확한 원인은 모르지만 태양 공전면에 대해 이십몇도 기울어져 있다.
지구의 납작함을 좀 과장해서 레코드판처럼 대단히 납작하다고 보자. 그리고 이 레코드의 회전축은 태양 공전면에 대해 기울어져 있다. 태양의 중력은 이 레코드의 회전축을 공전면에 직각되게 세우는 방향으로 작용한다.
지구 위에서 돌던 팽이와는 반대 방향으로 외력이 작용하는 것이다. 지구의 중력은 팽이를 눕히는 방향으로 작용했지만, 태양의 중력은 지구라는 회전하는 레코드를 세우는 방향으로 작용한다.
이 외력이 반대방향이므로 당연히 지구 자전축의 세차운동은 지구 자전방향과는 반대 방향으로 돈다.

여전히 지구 자전축이 애초에 왜 기울어졌는지는 정확하게 모른다. 아마 지구가 형성되는 과정에서 엄청나게 많은 운석에 두들겨 맞은 결과일 수도 있다. (자전축의 기울어짐과 이로 인한 필연적 세차운동이 인간원리 관점에서 해석되는 경우도 있다.)
어쨌거나, 지구의 자전과 이에 반대방향인 세차운동, 그리고 태양의 지구 자전축 세우기방향 중력작용의 조합으로 지금의 지구 세차운동이 유지되고 있다.
아래 그림(출처 = wikipedia - Precession)을 보면 이해가 더 빠를 것이다. (그림 속에서 북극 지역은 백야 조건에 있다.) 태양의 중력은 납작한 지구의 자전축을 똑바로 세우려 하고, 지구의 자전 자체는 그림에 흰색 큰원으로 나타난 세차운동과 결합되어 지구 자전축을 태양 방향으로 눕히려고 한다. 이 둘이 평형을 이룬 결과가 지금 이 순간이다.

사용자 삽입 이미지


지구 자전축 세차운동의 주기는 대략 26,000년 정도라고 한다. 참 길다.~
만약 지구의 자전이 조금 더 느려지면 지구 자전축은 태양 공전면에 대해 직각으로 서게 된다. 이렇게 되면 사계절이 없어질 것으로 예상된다.

* 팽이의 세차운동은 이미 완성된 형태의 팽이를 돌리고 나중에 이를 누군가 툭 쳐서 유발시키는 것으로 최초 원인을 이해할 수 있다.
* 반면, 지구의 세차운동은 팽이처럼 원인부터 따지고 보면 헷갈리기 일쑤다. 우주의 먼지로부터 뭉치던 티끌모으기 단계에서부터 잘 고찰해야 한다.


출처: http://cafe.naver.com/truthquest/213


세차운동이란 자신의 회전력과 지구 중력간의 상호 작용 때문에 지구축이 흔들리게 되는 현상으로, 그 결과 북극성을 가리키는 북극과 남극의 축이 하늘에 거대한 가상의 원을 그리게 된다.
때문에 지구는 1년에 약 15초 정도의 각도로 별자리들보다 늦게 돌게 되며, 72년에 1도 정도의 역행을 보인다.
세차운동에 의해 천구의 북극이 계속 이동하고 있기 때문에 북극성도 변한다.
현재의 북극성은 작은곰자리의 α별 폴라리스이지만
기원전 3000년 경에는 북극성이 용자리의 α별인 투반(Thuban)이었다.
앞으로 12000년 후에는 직녀별 베가(Vega)가 북극성이 될 것이며 오랜 세월이 지나 약 26000년 후가 되면 다시 폴라리스가 북극성의 위치에 서게 될 것이다.
결국 지구의 북극의 축이 다시 북극성을 가리키게 되는 이른바 '대주기(grand circle)'는
25,920년에 한 번 돌아온다(72X360=25,920).
이것을 천문학자들은 '대년(大年)' 혹은 '플라톤의 해'라고 부른다.


사용자 삽입 이미지


별이 뜨고 지는 것은 고대 세계에서 아주 중요한 일로 여겨졌으며
특히 새해의 시작을 여는 것으로 알려졌던 춘분
그것이 일어나는 12궁 중 하나의 별자리와 연결되어 그 정확한 시점이 결정되었다.
세차운동의 결과 춘분을 비롯한 다른 천문 현상들은 매년 조금씩 늦어져
하나의 궁에서 다른 궁으로 넘어가는 데 2,160년이 걸린다.
예를 들면, 다가오는 서기 2,100년부터는 춘분이 물병자리에서 일어나게 되지만
기원전 60년부터 오늘날까지 춘분은 물고기자리에서 일어났다.
흔히 앞으로는 물병자리의 시대로 들어간다고 말하는 것은 이런 사실을 표현한 것이다.

 
출처: http://blog.naver.com/yi_rani/100051521394

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Posted by 짜라