태양과 지구의 복사 평형에 대해서 질문합니다

 복사 평형을 알려면 그 전에 물체가 복사하는 것의 원리를 알아야 합니다.

 

물체는 저마다 복사를 하는데, 이것의 이상적인 모습이 "흑체 복사"입니다. 물체가 전자기파 복사를 할 때, 복사하는 에너지의 총량은 물체의 온도에 따라 변합니다. 온도가 높은 물질은 복사하는 에너지 파장도 짧고 총량도 많습니다. 반면에 온도가 낮은 물질은 복사에너지의 양도 적도 파장도 깁니다.

 

태양에서 복사 에너지를 받을 때, 지구는 30퍼센트 정도를 반사합니다. 이를 알베도라고 하는데, 이는 지구가 전혀 흡수하지 않는 에너지입니다. 태양 복사 에너지를 지구가 70%정도를 흡수하게 되면, 지구는 에너지를 갖게 됩니다. 지구는 곧 복사를 하게 됩니다. 온도를 가진 모든 물체는 복사를 하기 마련입니다. 그런데 복사하는 에너지의 양은 지구의 온도에 따라 달라집니다. 즉, 온도가 낮으면 복사하는 양이 너무 적어서 태양이 준 에너지를 모두 방출하지 못합니다. 반대로 온도가 너무 높으면 복사하는 에너지 양이 흡수한 양보다 많겠죠.

 

그러므로 지구 온도는 어느 정도에 머무르게 되고 이것을 복사 평형이라고 말하게 됩니다.

 

태양에서 100이라는 에너지를 받으면 100이라는 에너지를 결과적으로 우주로 방출하게 됩니다.

 

온실 효과는 조금 다른 개념입니다. 대기라는 층이 하나 덧붙여져서 대기가 또 다른 복사 물질로 작용하게 되는 것을 말합니다. 대기는 지표와 태양 모두에게서 에너지를 일부 흡수하여 재방출하게 됩니다. 표층 대기의 온도는 이 새로운 평형 시스템에 의해 보다 높은 온도에 머무르게 됩니다. 이를 온실효과라고 하는 것이죠.

 

온실효과는 대기가 더 높은 온도로 평형을 이루려는 것을 말합니다. 한편 지구온난화는 대기의 에너지 흡수 효율이 높아져서 그 평형이 깨지고 더 높은 온도로 향해가는 것을 말합니다.

 

 

정리하자면, 복사 평형은 과정이 무엇이던간에 100을 받으면 100을 내놓아야합니다. 모든 평형은 그렇습니다.

 

학생이 햇갈리는 것은 그것이 대기라는 성분이 들어가 온실효과가 고려되는 좀 더 복잡한 시스템이기 때문입니다. 대기는 지구, 태양과 함께 제 3의 시스템으로 받아들이시고 이해하는 것이 좋습니다. 대기는 그리고 기본적으로 태양 에너지에 대해 거의 투명합니다(자외선을 제외).

 

태양에너지가 들어오면 대기를 투과하여 지표에 닿게 됩니다. 지표는 이 에너지를 받은 만큼 방출하게 됩니다. 그런데 지표에서 복사한 에너지의 많은 비율은 대기에서 흡수하게 됩니다. 대기는 에너지를 받았으므로 그 에너지에 해당하는 만큼 복사해야합니다. 그럼 추가적으로 지표는 에너지를 받게 되겠죠. 즉, 온도가 더 올라간 상태로 복사를 해야 대기에서 방출하는 에너지의 수지에 맞춰줄 수 있습니다. 이게 온실효과입니다. 우주에서 바라볼 때 대기는 지표에서 바로 빠져나와야할 에너지를 흡수하며, 그것을 우주로 재방출하고 있는 모습이죠. 결국 우주는 태양이 준 에너지를 고스란히 돌려받는 셈입니다. 대기와 지표가 서로 무슨 영향을 주는 지에는 상관없이 결국은 100이라는 에너지를 돌려받으니까요.