[이광식의 천문학+] 지구 속도는 초속 몇 km? 자전 멈추면 ‘종말’
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기사입력 2016-08-26 10:16 | 최종수정 2016-08-26 11:27

[서울신문 나우뉴스]


160만km 밖의 우주공간에서 DSCOVR 위성이 잡은 지구의 모습.(사진/NASA)


당신은 지금 무엇을 하고 있는가? 만약 당신이 책상 앞에 앉아서 이 글을 읽고 있는 중이라면, 당신은 아무런 움직임도 없이 가만히 멈추어 있다고 생각할 것이다. 하지만 그것은 착각이다. 지금 이 순간에도 당신은 무서운 속도로 공간이동을 하고 있는 중이다.

어떻게 그것을 알 수 있는가? 간단하다. 고개를 들어 하늘을 올려다보면 바로 알 수 있다. 태양이 지평선에 걸려 있는 저녁시간이면 더욱 좋다. 저녁놀 속으로 시시각각 내려앉는 태양이 바로 그 증거다. 그것은 사실 태양이 가라앉는 것이 아니라, 지구가 반대로 돌고 있기 때문이다.

옛날 사람들은 지구가 우주의 중심이라는 천동설을 믿었지만 지금은 지동설이 진실임을 누구나 안다. 물론 가장 문명화된 미국도 인구의 21%가 아직까지 천동설을 믿고 있다고 하니, 그들은 결코 자신이 지금 이 순간에도 강제로 공간이동을 당하고 있다는 사실을 믿지 않는 사람도 적지 않을 것이다.

우리는 얼마나 빨리 공간이동을 할까?

그렇다면 우리는 지구 행성 위에서 얼마나 빠른 속도로 공간이동을 당하고 있는 걸까? 일단 지구의 자전속도를 생각해보자. 지구는 하루에 한 바퀴씩 자전한다. 지구의 둘레는 4만km다. 이걸 초 단위로 나누면, 적도에 있는 사람은 초속 약 500m, 북위 40도쯤에 있는 사람은 초속 400m로 공간이동을 하는 셈이다.

초속 500m면 음속을 돌파하는 것이다. 만약 이 속도로 차가 달린다면 시속 1600km로, 날개가 없어도 공중부양할 것이다. 물론 당신이 정확히 북극점 위에 서 있다면 최소한 지구 자전으로 인한 공간이동은 없다. 다만 회전운동은 있겠지만, 하루에 한 바퀴 도는 것이니까 좀 지루할 수는 있겠다. 물론 지구의 뺑뺑이 운동으로 인한 어지럼증도 없을 것이다.

그런데 지구의 이 뺑뺑이 운동으로 큰 덕을 보고 있는 사람들이 있다. 바로 나사(NASA) 같은 우주 기구에서 일하는 과학자들이다. 그들이 스페이스 셔틀로 국제우주정거장에 사람을 보낼 때는 항상 적도 가까운 우주공간에서 도킹하게 한다. 로켓이 플로리다에서 발사되니까, 지구 스핀 운동량이 가장 큰 적도 상공으로 발사하면 더 빠른 속도를 얻을 수 있기 때문이다.

만약 지구가 갑자기 자전을 멈춘다면 어떤 일들이 벌어질까? 인간을 포함하여 지상에 있는 모든 것들이 우주공간으로 내팽개쳐져 버릴 것이다. 하지만 걱정할 필요는 없다. 멀리는 빅뱅에서, 가까이는 태양계를 출발시킨 초신성 폭발에서 나온 지구의 각운동량이 갑자기 사라져버릴 확률은 0에 가깝기 때문이다.

어쨌든 우리는 지구의 자전으로 엄청나게 이동하고 있지만, 아시다시피 지구는 자전만 하는 게 아니라 공전운동도 한다. 이건 더 무시무시한 속도다.

지구와 태양 사이의 거리가 1억 5000만km니까, 이걸 반지름으로 한 엄청난 원을 1년에 한 바퀴씩 돈다. 이 원둘레는 초등학교 때 배운 공식(반지름×2×3.14)에 넣으면 바로 나온다. 약 9억 5000만km. 1년을 초 단위로 바꾸면 약 3200만 초니까, 이걸로 나누면 무려 초속 30km다. 우리는 1초에 30km라는 무서운 속도로 태양 둘레의 우주공간을 내달리고 있다는 뜻이다. 알고 보면 지구는 완벽한 우주선인 셈이다. 궤도를 벗어날 수 없다는 게 좀 아쉽지만.

이쯤에서 끝났면 좋으련만, 또 태양이 그 자리에 가만 있는 천체가 아니다. 이 태양계 식구 전체를 이끌고 은하 중심을 초점삼아 공전을 하고 있는 것이다. 그 속도는 무려 초속 200km다. 그래도 우리은하를 한 바퀴 도는 데 약 2억 3000만 년이 걸린다. 그만큼 우리은하가 어마무시하게 크다는 뜻이다. 이 광대한 태양계도 우리은하에 비긴다면 조그만 물웅덩이 하나에 지나지 않는다.

지금까지 태양은 우리은하를 25바퀴쯤 돌았다. 앞으로 그만큼 더 돌면 태양은 적색거성이 되어 죽음을 맞는다. 물론 지구를 포함하여 우리 태양계도 그때 함께 사라질 것이다.

초속 600km로 달리는 우리은하

우리은하도 한자리에 가만히 머물러 있는 존재는 아니다. 우리은하 역시 맹렬한 속도로 우주공간을 주파하고 있는 중이다. 우리은하는 안드로메다 은하, 마젤란 은하 등, 약 20여 개의 은하들로 이루어져 있는 국부 은하군에 속해 있다. 지금 이 국부 은하군 전체가 처녀자리 은하단의 중력에 이끌려 바다뱀자리 쪽으로 달려가고 있는데, 그 속도가 무려 초속 600km나 된다.

마지막 다섯번째 결정적으로, 우주 공간 자체가 지금 이 순간에도 빛의 속도로 무한팽창을 계속해가고 있다. 최근의 별견에 의하며 우주의 팽창속도가 점점 더 빨라지고 있다고 한다. 그 원인은 암흑 에너지로, 이것이 우주팽창의 가속 페달을 밟고 있다는 것이다.

이처럼 팽창하는 우주 속에서 수많은 별들이 탄생과 죽음의 윤회를 거듭하고 있다. 광막한 우주공간을 수천억 은하들이 비산하고, 그 무수한 은하들 중에 한 모래알인 우리은하 속에서, 태양계의 지구 행성 위에서 우리가 살고 있는 것이다.

따지고 보면, 이 우주 속에서 원자 알갱이 하나도 잠시 제자리에 머무는 놈이 없는 셈이다. 이처럼 삼라만상의 모든 것들이 무서운 속도로 쉼없이 움직이는 것이 이 대우주의 속성이다. 이를 일컬어 옛 현자들은 '일체무상(一切無常)'이라 했다.

그런데도 우리는 왜 그런 움직임을 전혀 못 느낄까? 그것은 우리가 지구라는 우주선을 타고 같이 움직이고 있기 때문이다. 바다 위를 고요히 달리는 배 안에서는 배의 움직임을 알 수 없는 거나 마찬가지다. 관찰자가 정지해 있거나 일정한 속력으로 움직이는 경우, 모든 물리 법칙은 동일하게 적용되기 때문이다.

이 법칙을 갈릴레오가 가장 먼저 발견하여 갈릴레오의 상대성 원리라고 한다. 아인슈타인의 특수상대성 이론은 이를 기초로 하여 나온 것이다.

이 갈릴레오의 상대성 원리 때문에 당신이 느낄 수는 없지만, 지금 당신은 이 순간에도 우주의 '일체무상' 속에 몸을 담근 채 무서운 속도로 공간이동을 하고 있는 중이다.

이것은 소설이나 공상이 아니라, 실제상황이다. 어떤 이들은 어쩐지 어지럽다고 했어 하며 우스개 소리도 하지만, 우주는 너무나 조화로워 우리는 나뭇잎이 산들바람에 흔들리는 것을 보며 이렇게 평온 속에 살아가고 있는 것이다. 여기에 우주의 신비와 경이로움이 있는 것이다.

아래 동영상은 NASA의 DSCOVR 위성에 탑재된 EPIC 카메라가 지구로부터 160만km 떨어진 우주 공간에서 2015년부터 지구의 1년을 촬영한 것에서 3000개 이미지를 연결해 만든 것이다.