지축

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1. 개요
2. 지축의 기울기
3. 다른 행성의 지축
4. 지진에 의한 지축 변화
참조

1. 개요

지축은 지구의 자전축을 의미하며, 공전면에 대해 약 23.4도 기울어져 있다. 이러한 기울기는 계절 변화, 북극성의 위치 변화, 그리고 세차 운동과 같은 현상을 발생시킨다. 지축의 기울기는 위도와 태양 고도를 이용하여 계산할 수 있으며, 다른 행성들의 지축 경사각은 다양하다. 초대형 지진은 지형 변형을 일으켜 지축을 변화시키고, 지구의 자전 주기에 미세한 영향을 줄 수 있다.

2. 지축의 기울기

지구는 태양 주위를 도는 공전 외에도, 스스로 공전 궤도상에서 팽이처럼 회전하는 자전 운동을 한다. 이 두 가지 회전 운동은 각각의 공전면(황도면)과 자전면(적도면) 또는 공전축과 자전축의 관계로 파악된다. 자전축이 공전축과 평행하면 공전면과 적도면이 동일면이 되고, 지축(지구의 자전축)은 공전면에 대해 수직(90도)이다. 지구의 경우 자전축은 공전축보다 약 23.4도 기울어져 있으며, 지축과 공전면의 각도는 약 66.5도이다.

[[File:https://cdn.onul.works/wiki/source/194df028c80_91724f2a.png|240px|thumb|지구의 자전축 경사

공전면에 수직인 점선(공전면에 대한 법선 벡터)에 대해 자전축(실선)은 약 23.4도 기울어져 있다. 공전면(Ecliptic)과 적도면(Celestial Equator)도 마찬가지이다.]]

2. 1. 지축과 계절 변화

지축이 기울어져 있기 때문에 북반구에서는 여름에 해가 높이 뜨고 낮 시간이 길며, 겨울에는 해가 낮고 낮 시간이 짧다. 단위 면적당 태양 에너지의 조사량과 일조 시간이 변화함으로써 계절이 생긴다. 북위 23.43도(23도 26분)를 지나는 북회귀선에서는 1년에 1번, 하지에 태양의 남중 고도가 90도가 된다. 또 북극권에서는 하지에 가까운 시기에 태양이 항상 지지 않고(백야) 동지 무렵에는 해가 뜨지 않는다(극야). 남극권에서는 각각 시기가 6개월 다르다.

2. 2. 지축과 북극성

지축은 공전의 영향을 받지 않으므로, 항상 일정한 방향을 가리킨다. 따라서 천구의 북반구와 지축의 교점 부근의 항성인 북극성은 하루의 어느 시간이든, 1년의 어느 계절이든 같은 고도(각도)로 보인다. 이 고도는 관측자의 위치한 지점의 위도에 의해서만 결정되므로, 북극성의 고도를 측정하면 (물론 북극성이 보이는 북반구에서이지만), 지구상의 어느 지점에서든 위도를 계산할 수 있다. GPS 등이 발달하기 이전, 수백 년 동안 북극성이 항해 등에 이용되어 온 것은 이러한 지축의 성질 때문이다.

그러나, 매우 긴 기간을 가정할 경우, 지축 자체가 가리키는 방향은 변화한다. 이것을 세차 운동이라고 한다. 세차 운동 자체는 드문 현상이 아니며, 팽이의 흔들리는 운동처럼 일상적으로 관찰할 수 있는 것이다. 지축의 세차 운동 주기는 약 2만 5,800년이다. 이 때문에, 북극성에 해당하는 항성도 상대적으로 변화하는 것처럼 관찰된다.

2. 3. 지축의 기울기 계산 방법

지축이 기울어져 있다는 것은 계절에 따라 해 뜨는 시각과 해 지는 시각이 다르다는 것을 통해 예상할 수 있었다. 그렇다면 지축의 기울기는 어떻게 측정할 수 있을까? 먼저, 북극성의 고도로부터 위도 ''x''를 측정한다. 북극성이 관측자의 바로 위에 보이면 위도 90도, 수평선에 있으면 위도 0도이다. 다음으로, 북반구에서 낮이 가장 짧은 동지의 남중 시에 높이 ''h''의 물체의 그림자 길이 ''l''을 측정한다. 그러면 다음 식으로부터 태양의 고도 ''θ''를 알 수 있다.

\theta=\tan^{-1} \left( \frac{h}{l} \right)

북반구라면, 지축의 기울기 ''φ''는,

''φ'' = 90 - ''x'' - ''θ''

이다.

3. 다른 행성의 지축

태양계 행성의 지축 경사(적도 경사각)는 다양하다.^[3]^[4] 태양계에서 지축 경사의 절댓값이 가장 큰 행성은 천왕성(97.86도)이며, 가장 작은 행성은 수성(0.01도)이다.

태양계 행성의 궤도 경사각 및 자전축 경사각
분류	천체명	공전궤도면의 경사			공전주기 （년）	자전축(적도) 경사각	자전주기 （일）
분류	천체명	궤도 경사각^[7]	태양의 적도	불변면^[8]	공전주기 （년）	자전축(적도) 경사각	자전주기 （일）
지구형 암석행성	수성	7.01°	3.38°	6.34°	0.241	0.01°	58.7
	금성	3.39°	3.86°	2.19°	0.615	177°^[9]	243^[10]
	지구	0° 기준면	7.16°	1.57°	1.00	23.4°	0.997
	화성	1.85°	5.65°	1.67°	1.88	25.2°	1.03
목성형 천왕성형	목성	1.31°	6.09°	0.32°	11.9	3.12°	0.414
	토성	2.49°	5.51°	0.93°	29.5	26.7°	0.426
	천왕성	0.77°	6.48°	1.02°	84.0	97.8°^[11]	0.718^[10]
	해왕성	1.77°	6.43°	0.72°	165	28.3°	0.671
왜소행성 소행성	명왕성	17.1°	11.9°	15.6°	248	120°^[12]^[13]	6.39^[10]
	케레스	10.6°	—	9.20°	4.60	4°	0.378
	팔라스	35.1°	—	34.4°	4.62	84°±5°	0.326
	베스타	7.14°	—	5.56°	3.63		0.223
위성^[14]^[15]	달	5.15°^[16]			27.3일	6.69°^[17]^[18]	=공전
	가니메데	0.195°			7.16일	0-0.33°	=공전
	칼리스토	0.281°			16.7일	0°	=공전
	타이탄	0.306°			15.9일	1.94°	=공전
항성	태양	해당 없음^[19]				7.25°^[20]^[21]	27.3^[22]

적도 경사각을 정확히 관측하려면 상세한 데이터가 필요하므로, 태양계 외 행성에서 정확하게 관측된 사례는 없다. 가스 행성의 경우, 광학 관측을 통해 행성 표면의 움직임으로부터 계산되는 축과 코어의 회전축이 다른 경우도 있다.

4. 지진에 의한 지축 변화

초대형 지진으로 인한 지형 변형에 의해 극운동이 자극되어 지축이 어긋나는 것이 알려져 있다.^[23] 지축이 어긋난 결과, 지진 전후로 지구의 자전 주기가 미세하게 변화하며, 2004년 수마트라 해저 지진, 2010년 칠레 마우레 지진, 2011년 동일본대지진에서는 모두 마이크로초(10^-6s) 단위로 자전 주기가 빨라졌다는 관측 결과도 있다.^[24]^[25]

참조

_[1] 문서
_[2] 웹사이트 天王星は横倒しにまわっているって本当ですか？ https://www.kahaku.g[...] 国立科学博物館
_[3] 문서
_[4] 문서
_[5] 간행물 Astronomical Almanac 2010 IAU 2010-01-01
_[6] 문서
_[7] 문서
_[8] 문서
_[9] 문서
_[10] 문서
_[11] 문서
_[12] 문서
_[13] 웹사이트 冥王星、自転軸の傾きと揺らぎで地表の環境が激変　観測結果 https://www.cnn.co.j[...] CNN.co.jp
_[14] 웹사이트 Planetary Satellite Mean Orbital Parameters http://ssd.jpl.nasa.[...] Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology 2019-01-28
_[15] 문서
_[16] 문서
_[17] 문서
_[18] 서적 The Cambridge Guide to the Solar System https://books.google[...] Cambridge University Press 2011
_[19] 문서
_[20] 웹사이트 太陽、惑星および月定数表 http://ebw.eng-book.[...] 理科年表平成22年版、国立天文台、丸善
_[21] 문서
_[22] 문서
_[23] 웹사이트 最近の大地震およびプレート運動による極運動の励起 http://www.ep.sci.ho[...] 北海道大学・宇宙測地学研究室 2012-02-09
_[24] 뉴스 Japan Quake May Have Shortened Earth Days, Moved Axis http://www.nasa.gov/[...] NASA 2011-03-14
_[25] 뉴스 Chilean Quake May Have Shortened Earth Days https://www.jpl.nasa[...] NASA 2010-03-01

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