안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 지구의 자전축이 기울어진과 계절과는 어떤 관계인가요
지구의 자전축은 23.5도 기울어져 있는 상태로 공전을 하게 되고 이에 따라 계절의 변화를 경험하지요. 지구는 북극에서 남극으로 연결된 가상의 축을 중심으로 자전하고 이 자전축은 지구의 공전궤도 평면에서 약 23.5도 기울어져 있게 되며, 지구의 자전축은 공전하는 동안에도 항상 같은 방향을 유지하게 됩니다. 지구의 자전축 기울기는 태양 빛이 지구의 각 지역에 도달하는 양과 각도를 변화시키게 되며 이에 따라 계절의 변화가 나타나게 되지요. 북반구가 태양 쪽으로 기울어져 있기에 태양빛이 직사로 내리 쬐게 됩니다. 북반구에서 낮의 길이가 일거지고 태양의 고도가 높아지면서 더 많은 에너지가 지표면에 전달되게 됩니다 직사광선으로 에너지가 집중되며 기온이 상승하며 여름이 되게 되는것이지요. 북반구가 태양에서 멀어져 있어, 태양빛이 경사진 각도로 지표면에 도달하고 낮이 짧아지며 태양의 고도가 낮아지고 빛의 더 넓은 지역에 퍼져 약해지고 햇빛의 에너지가 약해져 추운 겨울이 되게 됩니다. 봄과 가을은 지구의 자전축이 태양에 대해 기울어지지 않고, 태양빛이 적도에 수직으로 비추게 됩니다. 지구의 모든 지여에서 낮과 밤의 길이가 거의 동일하게 되는것이지요.남반구는 북반구와 정확하게 반대가 된답니다! 하지만 자전축은 세차운동을 하게 되며 41,000년을 주기로 22.1도에서 24.5도 사이에서 기울기가 변화하게 됩니다.
Q. "암흑물질"이 정확한 어떤 것이고 실존하나요?
암흑물질이란 우주에서 빛이나 다른 전자기파를 흡수하거나 방출하지 않는 미지의 물질로서 직접 관측은 안되었지만 중력적인 영향으로 흡수하거나 방출하지 않는 미지의 물질입니다. 은하의 회전 곡선을 관찰할때 은하 중심에서 멀리 떨어진 별들도 예상보다 빠르게 회전하고 있었는데 만약 중력이 오직 보이는 물질에 의해서만 발생한다면, 외곽의 별들은 훨씬 느리게 우밎ㄱ여야 하지만 별들이 빠르게 회전하고 있다는 사실을 발견하였고 이를 통해 보이지 않는 질량인 암흑물질이 있구나 라고 생각하게 됩니다. 은하단내의 은하들은 서로 중력으로 묶여 있게 되는데 보이는 물질의 질량만으로는 은하들을 잡아 둘 수 없게 됩니다. 은하단의 질량을 정확하게 설명하기 위해 필요한 것이지요. 아이슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 질량이 큰 물체는 빛을 휘게 할 수 있게 되는데 이를 중력렌즈라고 하지요. 관측된 중력 렌즈현상에서 렌즈 역할을 하는 질량이 실제로 보이는 물질보다 훨씬 크며 이를 통해 암흑물질의 존재를 시사하게 합니다. 이후 빅뱅 이후 남겨진 우주 배경 복사를 분석하였을대 우주의 밀도 변동 패턴이 암흑 물질의 존재와 일치하게 된것이죠!
Q. 천둥 번개는 왜 비가 올때만 치는 건가요?
천둥과 번개는 뇌운에서 발생하는데 이는 따뜻하고 습한 공기가 빠르게 상승하며 구름을 형성하게 되고 상승 기류에 의해 공기가 높은 고도까지 올라가게 되면서 온도가 낮아져 응결이 발생하게 됩니다. 이 과정에서 구름이 점점 커지고 최대 10~20km의 수직 구름을 만들게 되지요~ 상부는 양전하 하층부는 음전하를 형성하고 구름 내의 물방울, 얼음결정, 눈결정이 서로 충돌하게 되면서 발생하게 되는것입니다. 이로 인한 전기적 불균형으로 특정한 임계치가 넘게 되고 구름 내에서 전기가 방전되고 번개를 만들어내게 됩니다. 이때 엄청난 에너지가 방출되고 순간적으로 팽창하며 충격파를 발생시키는 것이 천둥이지요! 적란운 자체가 비를 많이 포함하는 구름이기에 천둥번개는 비가 올때 발생하게 된답니다! 맑은 날도 생길수는 있지만 거의 드물지요!
Q. 구름은 어떻게 하늘에 떠 있을 수 있나요??
구름이 하늘에 떠 있을 수 있는 이유는 구름의 경우 매우 작은 물방울로서 미세한 얼음 결정으로 구성되어 있습니다. 구름 속의 물방울은 일반적으로 0.02mm 이하로 매우 작으며 기온이 낮은 고도에서 물방울이 얼어 미세한 얼음 결정으로 변하게 되며 이 작은 물방울이나 얼음 결정이 매우 가벼워 중력에 쉽게 떨어지지 않게 됩니다. 구름이 공중에 떠 있을 수 있는 가장 큰 것은 상승기류(따뜻한 공기가 지표면에서 상승하며 구름 입자들을 위로 밀어 올림)로 인하여 나타나며 구름입자의 경우 지구의 중력으로 아래로 끌려가는 힘을 받지만 작은 물방울이나 얼음 입자가 공기와의 마찰을 받게 되며 항력으로 떠있을수 잇께 되는것입니다!구름은 공기가 포화 상태가 되면서 수증기가 응결하며 형성되게 됩니다~
Q. 왜 비 오기 전날은 날씨가 매우 무더울까요?
비가 오기전에 날씨가 무더운것은 기압과 습도 등에 영향을 받게 됩니다. 비가 오기전엔 저기압이 다가오는 경우가 많게 되는데 저기압은 공기를 상승시키고 공기가 상승하면서 응결하여 비구름을 만들게 되는것이지요. 저기압 지역에선 공기가 위로 상승하며 주변의 따뜻한 공기가 지표면으로 모이며 기온을 상승시키는 것이지요. 비가 오기 전엔 남서쪽에서 따뜻하고 습한 공기가 우리나라에 유입되는 경우가 많게 됩니다. 여름철 장마나 태풍 전엔 이러한 공기로 인해 뜨겁고 습한 공기가 나타나며 많은 수증기로 인해 체감 온도를 높이게 되는것이지요. 낮 동안 태양으로부터 많은 에너지를 받은 지면이 열을 축적하고 비가 오기 전날 구름이 많아져도 여전히 지면은 열을 흡수하고 공기를 덥게 만들어줍니다. 밤에도 열이 빠르게 방출되지 않기에 무더운 밤을 경험하고 비가 오기전엔 고도가 높아질수록 기온이 낮아지는 일반적인 현상이 아니라 고도가 높아질수록 기온이 높아지는 기온 역전 현상이 나타나게 되어 차가운 공기를 덮어버리고 지표면의 열이 빠져 나가지 않도록 무더운 상태를 지속하게 하는것이지요! 비가 오기전에 습도가 높아지기에 체감 온도를 높이게 되고 여름철에 이러한 현상이 가속되게 된답니다!