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밀물과 썰물 현상은 왜 일어나는지 궁금합니다.

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.인력과 원심력만으로 밀물과 썰물이 생기는 것은 아니구요.인력과 원심력의 합력인 기조력에 의해서 밀물과 썰물이 생기는 것입니다.기조력은 또한 달이 지구에 한면만을 보이게 하는 원인도 되는데,기조력이 뭔지를 설명 드려야 겠군요. 아래는 기조력에 대한 설명입니다. 일반인들이 많이 알고 있는"자전과 공전속도가 똑같기 때문이다??" 뭐 틀린말은 아닙니다.고등학교까지 대부분 이런 이유때문에 달이 한면만 보인다고 배우게 됩니다.하지만, 단 1초도 틀리지 않는 것일까? 하루에 단 1초만 자전과 공전주기가 달라도,10년 후에는 15도 틀어진 달의 옆면을 볼 수 있고, 60년 후에는 완전히 달의 뒷면을 볼 수 있습니다.그러나, 우리 아버지, 선생님때부터, 혹은 미국에서 고전 드라마나 영화같은데서 나오는달 장면을 보면, 지금과 그리 많이 다르지 않습니다.어떻게 1초도 틀리지 않을까. 이런 의문 드신적 없으신지요. 보통 사람들은 달이 지구를 공전한다라고만 생각하기 때문에 이와 같은자전과 공전속도가 똑같기 때문이다라는 주입식 문구에 익숙해 있는 것입니다. 물리에 대해서 공부한 사람들은 어떤 힘이란 것은 혼자 발생하는 것이 아니라두 물체간 상호작용에 의해서 힘이란 것이 발생한다고 말하기 때문에자전과 공전속도가 똑같아서.. 라는 대답은 생각하기에 따라서는 완전히 틀린답이될 수도 있습니다.그래서 물리를 공부한 사람들은 "힘이 곧 상호작용이다"라고도 말합니다.그러므로, 달과 지구의 인력은 둘 간의 상호작용에 의해 생겨나기 때문에달은 지구를 돌고, 지구는 달을 돌지 않는다란 생각은 틀립니다.달과 지구는 엄연히 서로가 서로를 공전하고 있는 것이죠. 그림처럼 달과 지구는 서로가 서로를 공전합니다.이것은 두 천체가 모두 인력이 있기 때문이고,지구도 미세하게나마 달을 공전합니다.지구는 달보다 81배가 더 무겁기 때문에 달이 지구를 도는 공전궤도 거리보다81배나 짧은 공전궤도로 지구가 달을 공전하는데요.달과 지구가 공전하는 그 중심점을 "지구와 달의 공통질량 중심"이라고 부릅니다. 지구 중심에서 이 공통질량 중심까지 거리는 대략 469 km정도로지구 반지름 내에 공통질량 중심이 있는데,이 공통질량 중심을 기준으로 지구도 공전하고, 달도 공전을 하는 것입니다. 이때, 달과 지구의 거리가 가까우면 가까울수록 기조력이라는 것이 발생합니다.달이 이 공통질량 중심을 공전하면서 생긴 원심력과지구 인력과의 합력(엄밀히 따지면 서로 당기는 것이니까 지구와 달의 인력이겠지요)을기조력이라 부르는데요. 그러면, 기조력이란 왜 생길까..솔직히 행성이나 달등, 이런 천체들이 너무 커서 생깁니다.당구공, 농구공 이런 녀석들은 인력을 계산하기도 힘들만큼 작을 뿐더러기조력을 테스트하기엔 너무나도 작습니다.하지만, 지구나 달 크기 정도가 되면, 아래 그림과 같은 힘이 발생하게 됩니다.윗 그림은 달을 위에서 보건 옆에서 보건 마찬가지입니다.원심력이란 지구의인력에 대해서 원운동하면서 생겨난 반발력이죠.원심력은 항상 그 방향이 한군데로 진행하는데 반해서지구의 인력은 지구 중심방향으로 발생하기 때문에 달 표면의 각 위도마다 지구쪽으로당겨지는 힘의 방향이 다릅니다.윗 그림과 같이 지구의 인력과 달의 원심력사이의 힘을 벡터로 그리게 되면,두 힘의 방향에 각이 생기게 되는데, 이 때문에,이 두 힘의 합력인 빨간색 부분으로 칠한 "기조력"이 생기게 됩니다. 기조력은 달 표면 전체에 걸쳐 발생하게 되고,이런 힘이 수억년을 계속해서 받게 되다 보니까, 스스로 공전속도와 다른 속도로 자전을 하던달이라 할지라도 이젠 지구의 인력에 의해 한쪽면만이 붙잡힌 꼴이 된것입니다. 사실, 자전이란 어떤 천체가 다른 천체의 영향을 받지 않고 스스로 주기를 갖는다는 의미에서생겨난 말이기 때문에, 이 같은 이유로 달은 자전하는 것이 아니다. 라고 말하는 사람도 있었죠.그 사람은 이 내용을 모르는 다른 사람들에게 웃음거리가 되었지만,달은 자전하는 것이 아니다라고 말할만 한 것입니다.그래도, 정지해 있는 기준계에 대해서 달이 완전히 한바퀴 돈다면 자전이라 해야겠지요.^^; 기조력에 의한 현상은 또 무엇이 있을까?지구의 자전주기는 하루인데 반해서달의 자전주기는 27일, 금성의 자전주기는 243일, 수성의 자전주기는 59일.여기서 느껴지는 것 없습니까?큰 천체에 가까이 있는 작은 행성이나 위성들의 자전일수가 지구에 비해 엄청나게 긴 편에 속하는데요.이 행성들의 자전주기가 느린 이유도 기조력에 의해서 느려졌기 때문입니다.수성이 태양쪽으로 조금만 더 가까이 있었다면, 달처럼 수성의 한면만이 태양을 향하게 되는 것이죠.또, 94년에 목성에 충돌한 슈메이커-레비 9 혜성이 부서진 이유,(기조력에 의해 천체가 부서지지 않을 조건, 부서지지 않는 한계를 로쉬한계라고 부르는데,슈메이커-레비 9 혜성은 로쉬한계를 넘어서 여러조각으로 부서졌지요.)목성 위성인 이오에서의 화산분출 이유,지구의 조석 간만의 차등은 모두이런 기조력때문입니다.또, 지구의 경우 이 기조력과 자전의 영향으로 인해서 지구중심으로부터 적도지방의 지름이극지방의 지름보다 더 크죠.물이 빠져서 채워지는 것도 완전 틀린말은 아니지만,보통은 달과 태양에 의해서 밀물시간대가 결정되므로,달과 태양의 인력이 작용하는 곳에 지구의 특정 부분이자전으로 다가가면서 밀물이 생기고, 그 지역에서멀어지면서 썰물이 되는 것입니다.

학문 / 지구과학·천문우주

23.04.04

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