안녕하세요.
지구과학·천문우주
Q. 비가 많이 올때 천둥과 번개가 치는데 천둥과번개는 얼마의 간격으로 생기나요?
구름 속에서 전하의 방전으로 일어나는 천둥과 번개는 동시에 일어납니다. 그러나 번개는 빛의 속도로, 천둥은 소리의 속도로 전파되기 때문에 시간 차이가 나는 것입니다. 빛의 속도는 초속 30만km, 소리의 속도는 일반적으로 초속 340m입니다. 따라서 번개를 본 후 천둥 소리가 들릴 때까지 시간을 측정한 후 340m를 곱하면 번개가 발생한 곳까지의 거리를 구할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구가 자전하거 공전하는 현상을 어떻게 관찰 할 수 있을까요?
지구는 북극과 남극을 잇는 축을 기준으로 자전하고 있습니다. 지구가 자전한다는 증거는 여러가지가 있습니다. 첫째는 푸코진자의 진동면을 통해서 알 수 있습니다. 푸코 진자는 특별한 것이 아니라 그냥 단진자입니다. 푸코가 처음으로 이 현상을 발견했기에 푸코 진자라 부릅니다. 지구가 자전하지 않는다면 진자는 바닥면을 기준으로 진동 방향이 바뛰지 않을 걱입니다. 그러나 자전효과가 작용하지 않는 적도를 제외한 다른 곳에서는 지구 자전으로 인해 진자의 진동 방향이 바뛰는 것을 볼 수 있습니다. 북반구에서는 진동면이 시계방향으로 회전하고 남반구에서는 시계반대방향으로 회전합니다. 이를 통해 지구가 북극에서 볼 때 시계 반대 방향, 즉 서에서 동으로 자전하고 있음을 알 수 있습니다. 진동면이 회전하는 주기는 양극에서는 24시간이고 다른 지역은 (24시간/위도의 sin값)입니다. 둘째 증거는 인공위성 궤도의 서편 현상입니다. 인공위성은 지구 주위를 일정한 궤도로 돌고 있습니다. 인공위성이 지구를 한바퀴 돌 때마다 그 궤도가 서쪽으로 일정한 간격으로 이동합니다. 이것은 지구의 자전으로 인해 나타나는 현상입니다.공전의 증거는 첫째 연주시차가 있습니다. 멀리 있는 별을 배경으로 비교적 가까이 있는 별을 관측하면 별의 위치가 6개월 간격으로 왕복하는 것처럼 보입니다. 이것은 눈앞에 손가락을 세우고 왼쪽 눈과 오른쪽 눈으로 번갈아 볼 때 멀리 있는 배경을 기준으로 손가락이 왔다갔다 하는 것처럼 보이는 현상과 같은 이치입니다. 둘째는 광행차입니다. 광행차는 비가 내릴 때 우산을 쓰는 것을 생걱하면 됩니다 비가 수직으로 내리는 경우 서있을 때는 우산을 똑바로 들고 있지만 속도를 내서 달려갈 때는 약간 앞으로 숙이는 것과 같습니다. 이것은 비가 내리는 방향이 비가 내리는 속도와 내가 달려가는 속도가 합쳐진 방향으로 내리는 것처럼 보이는 것과 같은 이치입니다.천구의 북극 방향에 있는 별빛을 관측할 때 지구가 공전하지 않는다면 망원경을 수직으로 세워야 하지만 지구의 공전으로 인해 약간 앞으로 기울여야 합니다. 셋째는 별빛의 도플러 효과입니다. 별빛을 관측할 때 6개월 간격으로 별빛의 파장이 길어졌다 짧아졌다 하는 현상입니다. 지구가 공전하면서 별쪽으로 갈 때에는 별빛의 파장이 짧아지고, 별로부터 멀어지는 때에는 파징이 길어집니다.
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Q. 천둥 번개는 어떠한 원리로 발생하는건가요?
구름을 이루고 있는 물방울들이 부딪치고 깨지는 과정에서 전기적으로 대전됩니다. 양전하와 음전하로 대전된 입자들 사이에 전하의 흐름이 생겨 급격하게 이동할 때 나타나는 방전현상이 번개입니다. 그리고 전하의 급격한 이동으로 주변 공기가 급격히 팽창함에 따라 소리가 발생하는 데 이것이 천둥입니다. 번개가 보인 후 천둥소리가 들릴 때까지의 시간(초)을 측정한 후 340m를 곱하면 거리를 구할 수 있습니다.
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Q. 오로라는 어떤 현상으로 인해생기는건가요?
오로라는 대전입자들에 의한 방전현상이하고 생각하시면 됩니다. 우리 지구로 들어오는 여러 입자들 중에 전기적으로 대전된 입자들이 있습니다. 주로 태양에서 오는 것들인데, 이들 대전된 입자들은 자기장 때문에 양극 지방으로 많이 모입니다. 오로라는 이들이 대기권의 열권에서 충돌하면서 나타나는 현상인 것로 알고 있습니다.
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Q. 우박이 떨어지는 이유가 뭔가요?
눈은 수증기가 승화하여 결정이 된 것입니다. 우박은 눈과 달리 물방울이 응결한 것입니다. 우박은 상승기류가 강한 적란운에서 주로 만들어집니다. 강한 상승기류로 인해 물방울이 상승하는 도중에 다른 구름방울들과 병합이 되고 빙점 이하 까지 상승하면 얼음이 됩니다. 얼음의 무게가 증가하여 낙하하면 우박이 됩니다. 상승기류가 더욱 강한 경우에는 오르락내리락을 여러 차례 반복하게 되고 얼음은 더욱 커집니다. 우리나라에서는 직경 10cm 정도되는 우박이 떨어진 사례도 있습니다. 아주 더운 여름에는 우박이 내려오다가 녹아서 비가 됩니다. 따라서 우박은 봄 가을에 많이 발생합니다.