우주 과학 지구 수성

지구

지구는 태양계에서 생명이 살 수 있는 조건을 갖춘 단 하나의 행성이다. 액체인 물의 독특한 결합, 산소와 질소가 풍부한 대기, 역동적인 날씨는 식물과 동물이 다양하게 분포하기 위한 기초 조건이 된다. 수백만 년에 거쳐서 지형과 해양은 끊임없이 변해 왔고, 산들은 솟구치거나 침식되었으며, 대륙판이 지구 위에서 이동했다. 일부 과학자들은 이러한 조화로운 균형이 인구의 팽창으로 위협받고 있다고 본다.

열대우림의 파괴와 화석연료의 연소 때문에 이산화탄소가 대기 중에 쌓이는 속도가, 식물이 이산화탄소를 재활용해서 산소로 만드는 속도보다 크다. 그 결과 이산화탄소가 대기 중에서 매우 빠른 속도로 증가하고 있다. 이산화탄소는 태양열을 대기 하부증에 가두고 열이 달아나는 것을 막아, 결국 지구 온도가 올라가게 한다. 이를 온실효과라고 한다.

지형의 변화

지구의 지각은 여러 개의 판으로 이루어져 있다. 이 판들은 지구 중심핵의 용융된 철로부터 생긴 오르내리는 흐름 때문에 지속적으로 움직인다. 판들이 충돌하는 곳에서 땅이 솟구쳐 바위토성이 산맥이 만들어지고, 이것은 다시 침식을 받아 파타고니아의 이 안데스산맥처럼 울퉁불퉁한 꼴이 된다. 이러한 운도응로 생긴 장력이 가끔지진과 화산 활동을 일으킨다.

주머니 구

구는 지구 표면의 특징을 기록하기에 편리한 두고이다. 19세깅 만든 주머니 구는 세계의 지표면을 한누에 볼 수 있도록 한다. 케이스의 안쪽 면에는 모든 별자리가 표시된 천구 지도가 있다.

지구 위의 초기 생명

지구에서 최초의 생명체는 광합성을 통해 이산화탄소를 대기 중에서 섭취하고 산소를 내놓은 원시식물이었다. 동물은 필요한 사산소가 대기 중에 충분해졌을 때 진화했다. 생명 진화에 대한 지식은 화석에 담겨 있다. 생명체는 지구의 환경이 그들에게 적합할 때에만 살아남는다. 그래서 공룡은 공룡시대에는 번성했지만, 6500만 년 전에 멸종했다.

암석에 들어 있는 화석

죽은 생물체가 퇴적물 속에 묻힌다. 이 암석은 초기의 생명체 중 하나인 적은 조류의 잔해를 담고 있다.

인간의 파멸

많은 과학자들은 인간이 공룡처럼 멸종될 것인지 염려한다. 공룡은 지구의 벼변화에 적응하지 못해서 멸종되었다. 반면에 인간은 인간을 둘러싼 지구의 환경을 파괴하고 있다. 지금 60억이 넘는 사람들이 쓰레기와 오염을 만들어 내면서 지구 위에서 살고 있다. 온실효과 때문에 지구 온난화가 진행되고 있으며, 인간에게 해로운 자외선 복사를 차단해 주는 오존층을 파괴하는 화학물질이 자꾸 대기로 배출되고 있다.

생명을 주는 대기

지구의 대기는 1,600km 높이까지 있다. 대기는 생명을 유지하고 우리를 해로운 태양복사에서 보호하고 있다. 대기는 여러 층으로 이루어져 있지만 생명을 유지하는 층은 지표면 위 10~16km까지 분포한 대류권이다.

대기의 진화

지구가 형성된 뒤, 대기의 화학조성은 계속 진화해 왔다. 30억~46억 년 전에 이산화탄소가 매우 크게 줄었고, 질소가 많이 늘어났다. 그리고 산소량이 동시에 증가하기 시작했다. 이는 이산화탄소를 소모하고 산소를내보내는 원시식물이 광합성을 한 결과이다.

구형 지구

기원전 5세기에 그리스 철학자들은 지구가 구형이라고 주장했다. 기원전 3세깅는 주장을 입증할 실험을 연달아 수행했다. 그러나 1950년대 말에 최초로 인공위성이 발사되었을 때 인간은 자신의 행성인 지구가 우주에서 어떻게 보이는지 알게 되었다. 지구의 특징은 풍부한 물이다. 표면의 3분의 2 이상이 물로 덮여 있다. 물이 지구를 역동적이게 한다. 침식, 조석, 날씨 변화, 다양한 생명체가 살 수 있는 까닭은 모두 물이 있기 때문이다. 사하라사막에 있는 물이 금성에 있는 물보다 더 많다.

수성

수성은 다른 행성보다 공전 속도가 빠르기 때문에 그리스, 로마 신화에 나오는 신들의 심부름꾼인 메르쿠리우스의 이름을 따서 명명(수성은 여엉로 머큐리)되었다. 수성은 88일마다 태양을 한 바퀴 돈다. 수성은 태양에 아주 가깝게돌기 때문에 관찰하기 힘들다. 수성은 밤하늘에서 가장 밝은 천체가 될 만큼 충분히 햇빛을 반사하지만, 태양에 너무 가깝기 때문에 발게 보이지 않는다. 또한 태양이 뜨거나 지기 직전 또는 직후에 지평선 부근에 머물기 때문에 새벽이나 초저녁에 겨우 보인다. 금성처럼 수송도 위상변화를 한다. 태양에 가깝기 때문에 낮 동안 수성의 표면 온도는 여러 종류의 금속을 녹일 정도로 뜨겁다. 하지만 밤에는 기온이 영하 170도까지 떨어져 온도차이가 행성중에서 가장 크다.

크레이터가 많은 지형

수성의 표면은 크레이터로 덮은 달과 비슷하다. 수성의 크레이터도 운석의 충돌로 형성되었고 대기가 없기 때문에 침식되지 않고 유지되었다. 크레이터 가장자리에는 동심원을 이루는 언덕이 줄지어 있어서 수성 표명이 충격력에 의해 바깥으로 밀린 과정을 보여 준다.

지진파

수성의 언덕과 산 중에는 거대한 운석의 충돌로 생긴 것이 있다. 그 충돌은 칼로리스 분지라고 알려진 크레이터를 만들었다. 칼로리스 분지가 있는 자리에 거대한 운석이 떨어지면서 발생한 지진파(또는 충격파)는, 수성의 반쯤 녹은 핵을 통과해서 반대편에 도달했다. 그 결과 그곳의 지각이 휘어지고 산맥이 만들어졌다.

수성의 표면

이 영상은 매리너 10호가 1974년에 수성을 지나치면서 찍은 사진이다. 수성은 형성된 뒤 매우 많이 수축한 것으로 보인다. 잦은 수축으로 인하여 수성의 독특한 지형인, 표면을 감아도는 절벽들이 만들어졌다. 또한 수성의 표면 저체에는 크레이터가 아주 많다. 매리너 10호는 지구 자기장 세기의 약 1%에 이르는 세기의 자가장을 수성에서 별견하기도 했다.

수성의 관찰

1973년에 매리너 10호는 태양 둘레의 궤도로 보내져 미니 행성처럼 태양주위를 돌았다. 매리너 10호는 카메라가 고장나기 전까지 수성과 3번 마주쳤으며, 그때마다 수성의 영상을 지구로 보내왔다.

행성 측정

지구 위의 물체는 우리가 직접 무게를 달고 잴 수 있다. 하지만 행성의 경우 행성의 운동을 관찰해서 근처의 천체에 미치는 중력효과를 분석학하고, 우주탐사 겨결과로 얻은 자료를 써서 행성의 부피, 질량, 밀도를 계산해야 한다. 밀도는 질량을 부피로 나눈 값이다.

부피 비교

나무, 알루미늄, 철 블록은 모두 부피가 같아서 같은 공간을 차지한다. 그러나 재료의 질량과 밀도는 각각 다르며 무게도 다르다. 행성도 마찬가지이다. 예를 들면 수성은 크기가 작지만, 부피가 큰 행성보다 밀도가 크다.

밀도 비교

수성은 크기에 비해 질량이 크다. 수성은 지구의 달보다 아주 조금 크지만 지량은 달의 4배에 이른다. 이것은 수성의 밀도가 거의 지구만큼 된다는 뜻이다. 이는 수성에 철이 매우 많기 때문이다. 천문학자들은 수성이 큰 질량을 갖기 위해서는 수성 반지름의 4분의1을 차지하는 무거운 철 핵이 틀림없이 있을 것이라고 믿었다. 이 사실은 매리너 10호가 수성의 자기장을 검출함으로써 뒷받침되었다. 수성과 거대한 기체 행성인 토성의 밀도를 비교하면, 밀도가 작은 토성은 물에 뜨고 그보다 7배나 밀도가 큰 수성은 가라앉을 것이다.

질량측정

질량은 '어떤 물체가 포함하는 물질이 얼마나 되는가?'하는 것이다. 양팔저울로 어떤 재료의 질량을 잴 수 있다. 여기에서 나무 한 도막과 크기와 부피가 같은 철한 도막이 양팔저울위에 놓여 있다. 철은 질량이 더 크다. 나무와 철의 각각의 질량(g, 단위로 잼)을 각각의 부피(cm3, 단위로 잼)로 나누면, 철이 나무보다 더 밀도가 큰 재료임을 알게 된다.

공전주기

지구의 조석력은 달의 한쪽면이 항상 지구를 향하도록 달을 끌어당긴다. 이것은 달의 자전주기가 달의 공전주기와 같다는 뜻이다. 수성의 공전궤도는 달걀처럼 길쭉해서, 수성은 태양 주위를 한 바퀴 돌 때마다 1.5번 자전한다. 그래서 수성의 1년(태양을 공전할 때 걸리는 시간)이 88일인 반면, 수성의 하루(수성이 자전할 때 걸리는 시간, 곧 해가 뜨고 나서 다시 해가 뜨기까지)는 59일이다.