지구

지구는 태양에서 세 번째로 가까운 태양계 행성(그림 1 참조)으로서 1개의 위성을 가지고 있다. 질량은 5.97237 ×10²⁴ kg, 평균 밀도는 5.514 g@@NAMATH_INLINE@@\,@@NAMATH_INLINE@@cm^-3, 표면중력은 9.807 m@@NAMATH_INLINE@@\,@@NAMATH_INLINE@@s^-2이다. 적도지름은 12,756.270 km, 극지름은 12,713.500 km, 따라서 편평도는 0.003에 해당한다. 지구의 탈출속도는 11.186 km@@NAMATH_INLINE@@\,@@NAMATH_INLINE@@s^-1, 자전주기는 0.99726968 일(23.934 시간), 적도에서의 자전속도는 0.4651 km@@NAMATH_INLINE@@\,@@NAMATH_INLINE@@s^-1이다.

근일점에서 태양까지의 거리는 147,098,074 km(0.983 AU), 원일점에서의 거리는 152,097,701 km(1.016 AU)이다. 공전궤도 이심률은 0.016 이며, 공전주기는 365.256363004 일, 공전속도는 29.78 km@@NAMATH_INLINE@@\,@@NAMATH_INLINE@@s^-1이다. 공전궤도면은 태양의 적도와 약 7.155° 기울어져 있다.

그림 1. 지구 모양. 중심에서부터 거리를 나타냈다.()

목차

지구는 태양계 형성 시점인 약 46억년 전 생성되었다. 원시태양계원반이 가열되면서 휘발성 성분이 날아가 규소를 주성분으로 하는 암석 종류와 철, 니켈 등의 금속 성분이 남았다. 이 과정을 거쳐 미행성(planetesimal)들이 만들어졌고, 미행성들이 충돌, 병합, 파괴를 거쳐 원시지구와 행성들이 되었다. 천체의 표면이 완전히 녹은 상태를 마그마 바다(magma ocean)라고 하는데 원시지구 역시 이와 같은 과정을 거쳤다. 지구와 같은 천체가 완전히 용융되면 물질의 비중에 따라 무거운 것은 가라앉아 금속 핵(metalic core)이 되고, 그보다 가벼운 물질은 맨틀(mantle), 가장 가벼운 물질은 지각(crust)을 이룬다. 지구는 이와 같은 분화(differentiation)가 완료된 뒤, 대규모 충돌이 끝날 무렵 식기 시작했다. 이어, 마그마 바다가 식으면서 최초의 지각이 만들어졌다.

암석과 마그마로부터 방출된 기체들이 지구의 중력으로 묶이면서 원시 대기를 형성하였다. 마그마 바다가 식어 고체의 바닥이 만들어진 후 원시 대기의 수증기가 응결해 비가 내리기 시작했다. 이 비는 원시 바다를 이뤘고 땅과 대기에 남은 염분은 바다로 녹아들었다.

대륙 지각이 생성된 후 지구 표면의 대륙들이 모이고 합쳐지기를 되풀이했다. 대륙이 모두 뭉쳐 형성한 하나의 큰 대륙을 초대륙 (Supercontinents)이라고 한다. 고생대 (Paleozoic era) 페름기 (Permian period)와 중생대 (Mesozoic era) 트라이아스기(삼엽기) (Triassic period)에 존재했던 초대륙이 바로 판게아 (Pangaea)인데, 쥐라기 (Jurassic period)에는 이것이 남쪽의 곤드와나 (Gondwana) 초대륙과 북쪽의 로라시아 (Laurasia) 초대륙으로 나뉘었다. 이렇게 나뉜 초대륙은 점차 분리되어 현재와 같은 대륙이 되었다. 지각은 맨틀 대류에 의한 판의 이동으로 설명할 수 있다. 판의 이동을 설명하는 가장 최근 이론은 플룸구조론 (plume tectonics)이다.

지구를 포함한 수성, 금성, 화성을 지구형행성이라고 한다. 이들은 주로 암석과 금속으로 이루어져 밀도가 높다. 그 중에서도 지구는 질량이 가장 크고 밀도가 가장 높다. 앞서 설명한 분화에 의해 지구 내부는 층상 구조를 이루게 되었다. 가장 바깥부분부터 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 나뉜다(그림 2 참조).

지각은 다시 대륙지각과 해양지각으로 분류된다. 대륙지각은 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분이고, 해양지각은 철, 마그네슘 같이 무거운 원소를 갖는 규산염 광물 화합물이 주성분이다. 대륙지각의 두께는 30-70km에 달하는 반면, 해양지각의 두께는 10km도 채 되지 않는다. 지각의 맨 아래 부분의 경계를 모호로비치치 불연속면이라고 하는데 그 아래 부분이 맨틀이다. 맨틀은 모호면 아래에서 시작해 2900km 에 이른다. 맨틀은 종종 상부맨틀과 하부맨틀로 구분되기도 한다. 핵과 맨틀의 경계는 뚜렷한데, 이 면을 구텐베르크면이라고 한다. 핵의 주성분은 주로 철과 니켈과 같은 금속이다. 핵은 액체 상태의 외핵과 고체 상태의 내핵으로 나뉜다. 내핵과 외핵의 경계면을 레만면이라고 한다. 전도성이 높은 유체인 외핵의 운동에 의해 지구 자기장이 유지되고 있다.

그림 2. 지구의 층상구조. 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 구성되어 있다. 지각과 연약권 위에 위치한 상부 맨틀 일부를 암석권이라고 한다.()

지자기(Earth magnetic field)는 에너지가 높은 우주선이 지구 대기로 들어오는 것을 차단, 인공위성 뿐 아니라 생명체를 보호하는 중요한 역할을 한다. 태양에서 흘러나오는 하전입자의 흐름인 태양풍과 만나 지구 자기장이 영향력을 유지하는 곳을 자기권(magnetoshpere) 이라고 부른다. 지구 자기장은 대략적으로 쌍극자 모양이며, 그 축은 자전축에 대해 10° 정도 기울어져 있다. 막대 자석의 자기장과 달리 시간에 따라 변화한다. 지구 표면에서 측정된 지구 자기장의 세기는 약 0.25-0.65G이다.

지구는 북극과 남극을 잇는 선을 축으로 시계 반대 방향으로 23시간 56분 4.0989초(86164.0905초)의 주기로 자전한다. 자전 때문에 우리는 별들이 일주운동하는 것을 볼 수 있다. 지구 자전축은 25800년 주기로 원뿔 모양을 그리면서 회전하는데, 이를 세차운동 (precession)이라고 한다. 세차운동은 태양과 달의 중력이 지구의 타원체에 차등적으로 작용해 생기는 현상이다. 달 때문에 지구 자전축은 18.6년을 주기로 흔들리는데 이를 장동 (nutation)이라고 한다. 이 외에도 자전축이 불안정해 지구 표면 위에서 조금씩 이동해 움직이는데 이를 극운동이라고 한다. 극운동은 준주기적인 연간운동이 외에도 14개월 주기의 챈들러흔들림 (Chandler wobble)을 나타낸다.

현재 지구의 공전궤도에서 지구는 1월 3일 무렵 근일점에, 7월 4일 무렵 원일점에 위치한다. 공전궤도면은 지구 적도면과 일치하지 않고 23.4392811° 기울어져 있다(그림 3 참조). 이 기울기 때문에 계절의 변화가 생긴다.

그림 3. 지구의 자전축 경사와 공전궤도면.(출처: )

지구는 하나의 위성, 즉, 달을 거느리고 있다. 달과 지구는 공통질량중심을 27.32일의 주기로 회전하며 이를 항성월이라고 한다. 지구의 공전 때문에 태양과 달의 상대적 위치는 항성월 보다 조금 더 긴 29.53일이 걸리는데 이를 삭망월이라고 한다. 한편 달의 공전궤도면은 지구 공전궤도면과 약 5도 기울어져 있기 때문에 매 삭망마다 일식과 월식이 반복되지 않는다.

지구와 1: 1 공명궤도를 따라 태양을 공전하며 여러 주기 동안 그 행성에 근접해 있는 천체이다(그림 4 참조). 실제로는 태양을 공전하지만, 주기 일치로 지구의 관점에서는 지구를 따라 공전하는 것처럼 보인다. 2019년 현재 5개의 준위성(Quasi-satellite)((164207) 2004 GU@@NAMATH_INLINE@@_9@@NAMATH_INLINE@@,(277810) 2006 FV@@NAMATH_INLINE@@_{35}@@NAMATH_INLINE@@, 2013 LX@@NAMATH_INLINE@@_{28}@@NAMATH_INLINE@@, 2014 OL@@NAMATH_INLINE@@_{339}@@NAMATH_INLINE@@,(469219) 2016 HO@@NAMATH_INLINE@@_{3}@@NAMATH_INLINE@@)이 있다.

그림 4. 준위성과 지구의 공전궤도.()

지구의 준위성이 되기를 반복하는 1: 1 궤도 공명 천체이며, 아텐그룹 소행성(Aten Group asteroid) 소행성이다. 1986년 월드론(Duncan Waldron)이 발견했다. 이심률이 0.51로 높고 수성과 화성의 공전궤도를 지나며, 1994년 부터 2015년까지 매년 11월 마다 지구에 접근한다. 지구에서 보면 말발굽 모양의 궤적을 따라 움직이는 근지구천체(Near-Earth objects, NEO) 가운데 하나다(그림 5 참조). 지구에 가장 가까이 근접할 때 지구-크뤼트네의 거리는 0.080 AU이다. 3753 크뤼트네 (3753 Cruithne)처럼 지구와 1: 1 공명 궤도에 있는 근지구천체에는 54509 YORP,(85770) 1998 UP1, 2002 AA29, 2009 BD 등이 있다.

그림 5. 지구에서 본 크뤼트네의 상대적 궤도. 노란 궤도를 따라 움직이는 것으로 보인다.()