안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 태양이 지는 방향 방위각으로 몇도나 되는지요?
태양이 지는 방위각은 계절과 위도에 따라 다르게 되며 대표적으로 춘분(약 270도), 하지(약 295도), 추분(약 270도), 동지(약 245도)로 나뉘게 됩니다.여름의 경우 태양은 북동쪽에서 떠서 서북쪽으로 지게 되는것이며 겨울의 경우 태양이 남동쪽에서 떠서 서남쪽으로 지게 되는것입니다. 이러한 방위각의 변화는 지구의 자전축이 23.5도 기울어져 있기 때문이며 이로 인해 계절별로 떠오르고 지는 방향이 달라지게 되는 것입니다.
Q. GPS가 지구와 교신시 시간 오차가 발생하는 이유가 궁금합니다.
GPS 위성은 고도 약 20,200km상공을 돌면서 정확한 시간 정보를 지상의 수신기로 전송하려하지만 특수상대성이론에 의해 조금씩 시간이 다르게 흐르게 되는데요. GPS 위성은 시속 14,000km정도로 지구 주위를 공전하는데 빠르게 움직이며 지상보다 위성의 시간이 느리게 됩니다. 이에 따라 하루에 약 7마이크로초 차이가 발생하게 되며 일반상대성 이론에 의해 중력이 약한 곳에서 시간은 빠르게 가기에 GPS 위성은 지구 중력장에서 멀리 떨어져 있어 지상보다 중력의 영향이 작기에 약 45마이크로초 정도 시간이 빠르게 흐르게 됩니다.이에 따라 이를 보정하지 않으면 하루에 약 38마이크로초 빠르게 되는데, 시간오차를 바탕으로 이를 계산하면 광속이 30만km/s이기에 오차가 하루에 누적되면 10km이상이 되버리게 되는것이지요. 이에 따라 GPS 위성은 시계를 미리 느리게 조정해서 발사하게 되고 지상에서 지속적으로 위성 시간의 보정을 하게 되어 수신기에 여러 위성들이 오는 신호를 교차해 최소화된 오차를 도출하게 합니다.
Q. 우주에도 번개가 칠수 있는지 궁금합니다.
지구에서 번개는 구름 내부나 구름과 지면 사이의 정전기적 방전현상으로서 구름 내부의 입자들이 부딪히며 전하를 분리시키고 큰 전위차를 만들게 되어 이 차이가 공기를 통과하면서 방전되고 번개가 생겨나게 됩니다. 공기는 절연체지만 임계 전압 이상이 되면 이온화되며 ㄷ체처럼 작동하고 번개를 만들어내게 합니다. 우주에센 기상현상이 없기에 똑같은 번개는 아니지만 비슷한 물리 원리를 가진 현상들이 존재합니다. 목성, 금성, 토성과 같이 두꺼운 대기를 가진 행성에선 지구와 유사하게 번개가 관측되기도 하였으며 성간 구름이나 혜성 근처에 플라즈마 내의 전자기 방전이 나타나 빛나는 번개보다 전기적 충돌과 방출로 발생하게 되는 현상이 나타납니다.
Q. 우주에서는 저항이 0이라고 봐야하나요?
우주의 저항이 없다는 의미는 공기저항과 같은 매질 저항이 거의 없다는 의미이며 우주는 대부분 진공에 가까운 공간이기에 지구대기처럼 입자가 빽빽하게 있진 않게 됩니다. 물체가 한 번 운동하면 거의 멈추지 않고 계속 움직일 수 있는 공간이 되며 이는 뉴턴의 제1법칙이 성립하게 된다는 것을 의미하지요. 하지만 우주에도 완전히 진공은 아닌데 미세한 저항과 영향을 줄수 있는 것들이 있습니다. 성간매질(우주 공간에 있는 수소원자, 헬륨, 플라즈마, 먼지가 희박하게 퍼져 밀도가 낮지만 수백년에서 수천년 동안 항해하는 탐사선에게 저항이 될수도 있음), 태양풍(태양에서 방출되는 고속의 양성자와 전자 입자들로 전하를 띄고 있으며 우주선의 궤도나 전자기적 성능에 영향을 줄수 있음), 우주 방사선(고에너지 입자가 광속에 가까운 속도로 우주를 날아다니며 저항보단 전자기 장비나 생명체에 대한 방사선 위험)등이 영향을 주게됩니다. 지구 주변의 저지구 궤도에선 대기 잔여물의 저항이 존재해 인공위성의 고도를 점점 낮추는 현상이 있으며 달궤도 너머 특히 심우주에선 이러한 저항이 거의 무시될 정도로 작게 됩니다.
Q. 웜홀을 통한 이동은 실제 상대성 이론에서 이론적으로 가능한가?
웜홀이란 시공간의 두 지점을 연결하는 터널같은 구조이며 수학적으론 아이슈타인의 일반상대성 이론의 해 중 하나이며 두개의 블랙홀 또는 블랙홀과 화이트홀 사이에 연결되어 있을수 있습니다. 이론적으론 웜홀의 경우 일반상대성이론의 방정식을 풀게 되면 해가 나오게 되지만 물리적으로 가능한 존재인지에 대해서는 음의에너지(웜홀의 입구가 붕괴되지 않기 위해선 일반적인 물질이 아닌 음의 에너지를 가진 물질이 필요로 하지만 아직까지 관측된 적이 없음), 안정성의 문제(매우 불안정하고 사람이 통과한다면 순간적으로 붕괴될 가능성을 가짐)등을 필요조건으로 가지게 됩니다. 아직까지는 웜홀의 존재에 대해서 직접적인 증거가 없으며 이것을 탐지하거나 안정화하기 위해 현재의 과학기술로 살펴보기란 불가능에 가깝습니다.