밀란코비치 주기

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1. 개요

밀란코비치 주기는 지구의 공전 궤도, 자전축 경사, 세차 운동과 같은 요인들의 주기적인 변화가 지구 기후에 미치는 영향을 설명하는 이론이다. 이러한 변화는 지구에 도달하는 태양 복사 에너지의 양과 분포를 변화시키며, 이심률, 자전축 경사, 세차 운동의 세 가지 주요 주기로 구분된다. 이심률 변화는 지구 궤도의 타원 정도를 변화시키며, 자전축 경사는 계절 변화의 폭을, 세차 운동은 계절이 시작되는 시점을 변화시킨다. 밀란코비치 주기는 과거 기후 변화 연구에 중요한 역할을 하며, 빙하기와 간빙기의 주기를 설명하는 데 기여한다. 하지만 10만 년 문제와 같은 문제점과 인위적인 지구 온난화의 영향으로 미래 기후 예측에는 한계가 있다.

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밀란코비치 주기
개요
이름	밀란코비치 주기
로마자 표기	Millankobichi Jugi
주요 내용	지구 공전 궤도, 자전축 경사, 세차 운동의 변화
영향	기후 변화 빙하기 주기 해수면 변화
궤도 요소 변화
밀란코비치 주기에 따른 궤도 요소 변화
궤도 이심률	지구 공전 궤도 모양 변화 (10만 년 주기)
자전축 경사	지구 자전축 기울기 변화 (41,000년 주기)
세차 운동	지구 자전축 방향 변화 (26,000년 주기)
태양 복사량 변화
65°N에서의 일일 평균 태양 복사량 변화
설명	궤도 요소 변화에 따른 태양 복사량 변화
기후 기록
지난 42만 년 동안의 기온 변화
프록시 데이터	해양 퇴적물 빙하 코어 화분 분석
기후 변화 설명
밀란코비치 가설	지구 궤도 변화가 기후에 장기적인 영향을 미친다는 가설
증거	과거 기후 변화 패턴과 궤도 요소 변화의 상관관계
논쟁	현재 기후 변화에 대한 밀란코비치 주기의 영향력 논쟁
추가 정보
관련 인물	밀루틴 밀란코비치
관련 용어	빙하기 기후 변화 지구 궤도

2. 지구의 운동

지구의 자전과 공전 운동은 지구 기후에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 밀루틴 밀란코비치는 공전 궤도 이심률, 자전축 경사, 세차운동을 연구하여 이러한 변화들이 지구에 도달하는 태양 복사 에너지의 양과 도달 위치를 변화시킨다는 사실을 알아냈다.^[3]

지구 궤도는 거의 원형에서 약간 타원형으로 변화하며, 궤도가 더 길어지면 지구와 태양 사이의 거리에 더 큰 변화가 생기고, 연중 다양한 시점에 태양 복사량에도 변화가 생긴다. 또한, 지구의 자전축 기울기(황도 경사)도 약간 변하는데, 기울기가 커지면 계절의 변화가 더욱 극심해진다. 자전축 세차 운동과 근일점 세차 운동으로 인해, 세차 운동과 이심률이 결합된 효과는 태양과의 근접 시기가 다른 계절에 발생하게 된다.^[4]

밀란코비치는 북위 65°에서 발생하는 변화를 강조했는데, 그 이유는 위도가 높은 지역에 육지가 많고, 육지는 해양보다 더 빠르게 온도가 변하기 때문이다.^[5]

밀란코비치 주기로 나타나는 일사량의 변화는 빙상 규모 변화, 빙기와 간빙기가 찾아오는 시기를 파악하는 데 유용하다. 그러나 이론과 실제가 다른 경우가 있어 항상 재계산이 필요하다. 1970년대에 해양저 보링 조사를 통해 채취된 샘플에 남겨진 미생물(유공충) 화석의 산소 동위 원소비로부터 얻을 수 있는 기후 변동 주기(해양 산소 동위 원소 단계)는 밀란코비치가 산출한 수치와 유사하며, 그가 1920년대에 수행한 계산이 1970년대의 최신 측정법에 필적하는 정밀도를 가지고 있음이 밝혀졌다.

2. 1. 공전 궤도 이심률

지구의 공전 궤도는 타원형이며, 이심률은 이 타원이 원에서 얼마나 벗어났는지를 나타내는 척도이다. 지구 공전 궤도의 모양은 시간에 따라 변하며, 이는 지구와 태양 사이의 거리 및 태양 복사량 변화에 영향을 준다.

지구 공전 궤도의 모양은 거의 원형(이심률 0.005)에서 완만한 타원 모양(최고 이심률 0.058)까지 변하며, 평균 이심률은 0.028이다. 이 변화의 가장 큰 요인은 413,000년 주기로 이심률을 ±0.012만큼 변화시키는 것이다. 다른 요인들은 95,000년에서 125,000년 주기를 가지며(공명 주기 400,000년), 대략 100,000년 주기와 일치한다. 현재 지구의 공전 궤도 이심률은 0.017이다.

케플러 제3법칙에 따르면 공전 주기는 궤도의 장반경에 의해 결정되므로, 지구의 공전 주기, 즉 항성년의 길이는 궤도가 변하더라도 달라지지 않는다. 궤도 이심률이 증가하면 단반경의 길이가 짧아져 계절의 변화가 커진다.

지구가 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때(원일점) 받는 태양 복사 에너지의 양과 가장 가까울 때(근일점) 받는 태양 복사 에너지의 양은 이심률 차이의 약 4배보다 조금 더 크다. 현재 궤도 이심률에서는 근일점과 원일점에서의 태양 복사 에너지 차이가 약 6.8%이고, 거리 차는 3.4%(510만 km)이다. 현재 근일점은 1월 3일 근처, 원일점은 7월 4일 근처에 위치한다. 궤도 이심률이 가장 클 때 근일점에서의 태양 복사 에너지는 원일점에서보다 약 23% 더 크다.

지구 자전은 자전축을 중심으로 이루어지며, 태양 주위를 공전하는 궤도는 다른 태양계 천체와의 중력 상호 작용으로 인해 시간에 따라 변화한다.

밀란코비치는 지구의 이러한 움직임 변화를 연구했는데, 이는 지구에 도달하는 태양 복사량과 위치를 변화시킨다. 이것을 '태양 강제력'이라고 한다(복사 강제력의 한 예). 밀란코비치는 위도가 높은 지역에 육지가 많기 때문에 북위 65°에서 발생하는 변화를 강조했다.

지구 궤도는 타원에 가깝다. 이심률은 이 타원이 원으로부터 얼마나 벗어났는지를 측정한다. 지구 궤도의 모양은 거의 원형(이론적으로 이심률은 0이 될 수 있음)에서 약간 타원형(지난 2억 5천만 년 동안 가장 높은 이심률은 0.0679였음)^[6]까지 다양하다. 이 변화의 주요 성분은 40만 5천 년 주기로 발생한다^[7](이심률 변화 ±0.012). 다른 성분은 9만 5천 년 및 12만 4천 년 주기를 갖는다^[7](주기 40만 년). 이들은 느슨하게 결합되어 10만 년 주기(변동 −0.03 ~ +0.02)를 이룬다. 현재 이심률은 0.0167이고^[7] 감소하고 있다.

; 이심률 변화

: 지구는 태양을 초점 중 하나로 하는 타원 궤도를 공전하는데(케플러의 제1법칙), 그 타원의 모양은 항상 일정하지 않고, 약 10만 년을 주기로 가로로 길어진 타원이 원에 가까운 타원이 되었다가 다시 가로로 길어진 타원이 된다. 타원이 가장 길어진 모양이 될 때와 타원이 가장 원에 가까운 모양이 될 때의 태양과 지구 사이의 거리는 최대 1827만 km나 차이가 난다. 이 차이가 태양으로부터의 광량에 영향을 미치고, 결과적으로 지구의 기후에도 영향을 미치게 된다.

: 현재의 빙하기 주기는 약 10만 년이며, 이심률의 변동 주기와 일치한다. 그러나, 이들을 연관시키는 메커니즘에 대해서는 완전히 이해되지 않고 있다(10만 년 문제).

2. 1. 1. 이심률 변화의 원인

지구의 공전 궤도는 타원형인데, 이심률은 이 타원이 원에서 얼마나 찌그러져 있는지를 나타내는 척도이다. 지구 공전 궤도의 모양은 시간에 따라 거의 원형(낮은 이심률 0.005)에서 완만한 타원 모양(높은 이심률 0.058)까지 변화하며, 평균 이심률은 0.028이다. 목성과 토성의 중력장과의 상호작용이 지구의 공전 궤도 이심률을 변화시키는 주된 요인이다.^[8] 만약 지구가 태양 주변을 공전하는 유일한 행성이었다면, 지구 공전 궤도의 이심률은 오랜 시간이 지나도 거의 변화하지 않았을 것이다.

2. 1. 2. 이심률 변화가 기온에 미치는 영향

지구가 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때(원일점) 받는 태양 복사 에너지의 양과 가장 가까울 때(근일점) 받는 태양 복사 에너지의 양은 이심률 차이의 약 4배보다 조금 더 크다.^[10] 현재 궤도 이심률에서는 근일점과 원일점에서의 태양 복사 에너지 차이가 약 6.8%이고, 거리 차는 3.4%(510만 km)이다.^[10] 현재 근일점은 1월 3일 근처, 원일점은 7월 4일 근처에 있다. 궤도 이심률이 가장 클 때는 근일점에서의 태양 복사 에너지가 원일점에서보다 약 23% 더 크다.^[11]

지구의 공전 궤도가 더 이심률을 가질 때, 단반축은 짧아져서 계절 변화의 정도가 커진다.^[9] 그러나 지구의 이심률은 매우 작아서, 태양 복사의 변화는 계절 기후 변화에서 축 기울기에 비해, 그리고 북반구의 더 큰 육지를 가열하는 상대적 용이성에 비해서도 사소한 요인이다.^[11]

2. 1. 3. 이심률 변화가 계절 길이에 미치는 영향

지구는 태양 주변을 타원 궤도로 공전하며, 케플러 제2법칙에 따라 근일점 부근에서 궤도 속도가 가장 빠르고, 원일점 부근에서 가장 느리다.^[13] 계절은 지구 궤도의 4분의 1 지점(동지, 하지, 춘분, 추분)으로 표시되는데, 궤도 속도가 다르기 때문에 각 계절의 길이는 달라진다.

현재 근일점은 1월 3일경으로, 이때 지구의 속도가 빨라 북반구의 겨울과 가을, 남반구의 여름과 봄이 상대적으로 짧다. 북반구의 여름은 겨울보다 4.66일 더 길고, 봄은 가을보다 2.9일 더 길다. 남반구에서는 반대로 여름이 겨울보다, 가을이 봄보다 길다.

계절 기간^[12]
연도	북반구	남반구	날짜 (UTC)	계절 기간
2005	동지	하지	2005년 12월 21일 18:35	88.99일
2006	춘분	추분	2006년 3월 20일 18:26	92.75일
2006	하지	동지	2006년 6월 21일 12:26	93.65일
2006	추분	춘분	2006년 9월 23일 4:03	89.85일
2006	동지	하지	2006년 12월 22일 0:22	88.99일
2007	춘분	추분	2007년 3월 21일 0:07	92.75일
2007	하지	동지	2007년 6월 21일 18:06	93.66일
2007	추분	춘분	2007년 9월 23일 9:51	89.85일
2007	동지	하지	2007년 12월 22일 06:08

궤도 이심률이 커지면 지구의 궤도 속도 변화가 증가한다. 그러나 현재 지구의 궤도 이심률은 감소하고 있어, 가까운 미래에는 계절의 길이가 더 비슷해질 것으로 예상된다.

2. 2. 자전축 경사 (황도 경사)

지구의 자전축 경사는 지구 공전 궤도면에 대해 22.1°에서 24.5°까지 약 41,000년을 주기로 변한다.^[3] 자전축 경사가 커지면 계절 변화가 더 뚜렷해진다.

2. 2. 1. 자전축 경사 변화의 영향

지구의 자전축 경사는 지구 공전 궤도면에 대해 22.1°에서 24.5°까지 약 41,000년을 주기로 변화한다. 자전축 경사가 증가하면 여름에는 더 많은 태양 복사 플럭스를 받고 겨울에는 더 적게 받으면서 계절에 따른 태양 복사 에너지의 진폭이 증가한다.

현재 지구 자전축은 궤도면에서 23.44° 기울어져 있고, 자전축 경사 양끝값의 거의 중간쯤에 있다. 이 경사는 줄어드는 추세에 있으며 서기 약 10,000년경에 최솟값에 도달할 것이다. 이러한 변화는 겨울을 더 따뜻하게, 여름을 더 춥게 만들고 있다. 그러나 현재 증가하고 있는 온실 기체의 영향은 이러한 자전축 변화의 효과를 거의 무시할 수 있다.

2. 3. 세차 운동

세차운동은 지구 자전축의 방향이 멀리 떨어진 별에 대해 원형으로 회전하는 현상으로 약 26,000년의 주기를 가지고 있다. 이러한 회전 운동은 회전하는 강체인 지구에 작용하는 태양과 달의 조력 때문에 일어나며, 지구가 완벽한 구가 아닌 살짝 찌그러진 모양이기 때문에 발생한다. 태양과 달이 세차운동에 끼치는 영향은 거의 비슷하다.^[3]

지구 자전은 자전축을 중심으로 이루어지며, 태양 주위를 공전하는 궤도는 다른 태양계 천체와의 중력 상호 작용으로 인해 시간이 지남에 따라 변화한다. 이러한 변화는 복잡하지만, 몇 가지 주기가 지배적이다.^[4] 밀란코비치는 지구의 이러한 움직임의 변화를 연구했는데, 이는 지구에 도달하는 태양 복사량과 위치를 변화시켜 ''태양 강제력''을 유발한다.^[5]

지구 자전축이 가리키는 항성의 방향이 바뀌는 자전축 세차 운동과 태양을 공전하는 지구의 타원 궤도가 회전하는 근일점 세차 운동이 결합하여, 태양과의 근접 시기가 다른 계절에 발생하게 된다.^[4] 지구 자전축 방향은 공전하면서 1.8만에서 2.3만 년 주기로 변화한다.

2. 3. 1. 세차 운동의 종류

세차운동은 지구 자전축의 방향이 멀리 떨어진 별에 대해 원형으로 회전하는 현상으로 약 26,000년의 주기를 가지고 있다. 이러한 회전 운동은 회전하는 강체인 지구에 작용하는 태양과 달의 조력 때문에 일어나며, 지구가 완벽한 구가 아닌 살짝 찌그러진 모양이기 때문에 발생한다. 태양과 달이 세차운동에 끼치는 영향은 거의 비슷하다.^[3]

지구 자전은 자전축을 중심으로 이루어지며, 태양 주위를 공전하는 궤도는 다른 태양계 천체와의 중력 상호 작용으로 인해 시간이 지남에 따라 변화한다. 이 변화는 복잡하지만, 몇 가지 주기가 지배적이다. 지구 자전축이 가리키는 항성의 방향이 바뀌는 자전축 세차 운동과 태양을 공전하는 지구의 타원 궤도가 회전하는 근일점 세차 운동이 있다.^[4]

2. 3. 2. 세차 운동이 계절에 미치는 영향

세차운동은 지구 자전축의 방향이 멀리 떨어진 별에 대해 원형으로 회전하는 현상으로 약 26,000년의 주기를 가지고 있다. 이러한 회전 운동은 회전하는 강체인 지구에 작용하는 태양과 달의 조력 때문에 일어나며, 지구가 완벽한 구가 아닌 살짝 찌그러진 모양이기 때문에 발생한다.^[3]

자전축이 근일점에서 태양을 가리키는 방향으로 되면, 지구의 한 쪽 반구는 더 큰 계절 차이를 가지게 되고 반대편 반구는 더 작은 계절 변화가 일어나게 된다. 근일점에서 여름이 되는 반구에서는 더 많은 태양 복사를 받게 되지만, 같은 반구에서 겨울에는 더 적은 태양 복사를 받게 되어 더 추운 겨울이 온다. 반대편 반구에서는 비교적 따뜻한 겨울과 시원한 여름이 온다.^[4]

자전축이 춘분점과 추분점 근처에서 원일점과 근일점이 일어나도록 정렬된다면 북반구와 남반구는 비슷한 계절 차이를 가지게 된다.

현재 근일점은 남반구의 여름에, 원일점은 남반구의 겨울에 위치한다. 그러므로 다른 요인들이 동일하다면 남반구의 계절은 북반구의 계절보다 연교차가 더 크게 된다.^[4]

약 10,000년 후에는 지구가 근일점에 있을 때 북극이 태양을 향해 기울어진다. 축 기울기와 궤도 이심률은 모두 북반구 여름 동안 태양 복사량의 최대 증가에 기여할 것이다. 축 세차 운동은 북반구의 방사선 변동을 더 극심하게 만들고 남반구에서는 덜 극심하게 만들 것이다. 지구의 축이 원일점과 근일점이 춘분점 근처에서 발생하도록 정렬되면 축 기울기는 이심률과 정렬되거나 반대되지 않을 것이다.

3. 밀란코비치 주기 이론의 문제점

밀란코비치 이론은 관측되는 기후 주기성과 상당히 잘 맞지만, 몇 가지 문제점이 남아있다.

지난 100만 년 동안의 기후 기록은 지구의 궤도 편심률 곡선 형태와 정확히 일치하지 않는다. 편심률은 95,000년과 125,000년 주기를 가지지만, 일부 연구에서는 이러한 주기가 나타나지 않고 100,000년의 단일 주기만 나타난다고 주장한다.^[38] 그러나 스칸디나비아의 5억 년 된 알룸 셰일 코어에서는 두 편심률 구성 요소가 분리되어 관찰된 적이 있다.^[39]

해양 동위원소 단계 5로 알려진 간빙기는 13만 년 전에 시작되었는데, 이는 밀란코비치 가설이 예측하는 시점보다 1만 년 앞선 것이다. 이러한 현상은 원인이 결과보다 먼저 나타나는 인과 관계 문제로도 알려져 있다.^[40]

3. 1. 10만 년 문제

지구 궤도는 타원에 가까운데, 이심률은 이 타원이 원에서 얼마나 벗어났는지를 나타낸다. 지구 궤도 모양은 거의 원형에서 약간 타원형까지 다양하며, 주로 40만 5천 년 주기로 발생한다. 다른 성분은 9만 5천 년 및 12만 4천 년 주기를 가지며, 이들이 결합되어 10만 년 주기를 이룬다. 현재 지구 이심률은 0.0167이고 감소하고 있다.^[7]

밀란코비치는 지구 자전축 기울기가 기후에 가장 큰 영향을 미친다고 보았고, 빙하기 주기를 41,000년으로 추론했다.^[24]^[25] 그러나 후속 연구에 따르면 지난 백만 년 동안 제4기 빙하기의 빙하기 주기는 10만 년이었으며, 이는 지구 궤도 이심률 주기와 일치한다.^[22]^[26]^[27] 이러한 불일치에 대해 다양한 설명이 제시되었는데, 일부 모델은 지구 궤도의 작은 변화와 기후 시스템의 내부 진동 간 비선형적 상호 작용으로 10만 년 주기를 재현할 수 있다고 주장한다.^[29]^[30]

브라운 대학교 정은리 교수는 세차 운동이 지구가 흡수하는 에너지 양을 변화시키며, 남반구에서 해빙이 더 많이 발생하여 더 많은 에너지를 지구 밖으로 반사하기 때문이라고 설명한다. 또한, 리 교수는 "세차 운동은 이심률이 클 때만 영향을 미칩니다. 그렇기 때문에 21,000년 주기보다 10만 년 주기가 더 강하게 나타납니다."라고 말한다.^[33]^[34]

지구는 태양을 초점 중 하나로 하는 타원 궤도를 공전하는데(케플러의 제1법칙), 그 타원 모양은 약 10만 년 주기로 변한다. 타원이 가장 길어진 모양이 될 때와 가장 원에 가까운 모양이 될 때 태양과 지구 사이 거리는 최대 1827만 km 차이가 나며, 이는 태양으로부터 광량과 지구 기후에 영향을 미친다.

현재 빙하기 주기는 약 10만 년이며, 이심률 변동 주기와 일치한다. 그러나 이들을 연관시키는 메커니즘은 완전히 이해되지 않고 있다.

3. 2. 중기 플라이스토세 천이 문제

100만 년에서 300만 년 전까지의 기후 주기는 지구 자전축 경사각의 41,000년 주기에 일치했다. 그러나 100만 년 전 이후 중기 플라이스토세 천이(MPT)가 발생하면서 궤도 이심률에 해당하는 10만 년 주기로 전환되었다. '천이 문제'는 100만 년 전에 무엇이 변화했는지 설명해야 할 필요성을 의미한다.^[36] MPT는 이산화 탄소의 감소 추세와 빙하에 의해 유발된 표토 제거를 포함하는 수치 시뮬레이션으로 재현할 수 있다.^[37]

; 이심률 변화

: 지구는 태양을 초점 중 하나로 하는 타원 궤도를 공전하는데(케플러의 제1법칙), 그 타원의 모양은 항상 일정하지 않고, 약 10만 년을 주기로 가로로 길어진 타원이 원에 가까운 타원이 되었다가 다시 가로로 길어진 타원이 된다. 타원이 가장 길어진 모양이 될 때와 타원이 가장 원에 가까운 모양이 될 때의 태양과 지구 사이의 거리는 최대 1827만 km나 차이가 난다. 이 차이가 태양으로부터의 광량에 영향을 미치고, 결과적으로 지구의 기후에도 영향을 미치게 된다.

: 현재의 빙하기 주기는 약 10만 년이며, 이심률의 변동 주기와 일치한다. 그러나 이들을 연관시키는 메커니즘에 대해서는 완전히 이해되지 않고 있다(10만 년 문제).

; 지축의 기울기 변화

: 지구의 지축 기울기는 약 21.5도에서 24.5도 사이를 주기적으로 변화하며, 그 주기는 4.1만 년이다. 현재는 극대였던 약 8,700년 전부터 작아지고 있는 시기에 해당한다. 현재는 23.4도이며, 약 11,800년 후에 극소가 된다. 지구의 지축 기울기는 계절 차이에 영향을 미치고(지축의 기울기가 클수록 계절 차이가 크다), 결과적으로 지구의 기후에도 영향을 미친다.

; 세차 운동의 변화

: 지구의 자전축의 방향은 공전하면서 주기적으로 변화하며, 이를 세차 운동이라고 부르는데, 이 주기는 1.8만에서 2.3만 년이다.

이 세 가지 요소가 지구의 기후에 영향을 미치지만, 실제로는 다른 다양한 요인들이 관여하기 때문에 단순하게 계산할 수 있는 것은 아니다. 또한 일반적으로 이심률의 변화가 지구의 기후에 영향을 미치기 쉽지만, 지구 전체의 역사로 보면 예외도 있다. 실제로 과거 70만 년의 기후 변동에서는 10만 년 주기의 이심률 변화가 아니라, 4만 년 주기의 지축 기울기 변화가 중요한 역할을 하고 있다.

3. 3. 비동기 단계 5 관측

심해 코어 샘플은 해양 동위원소 단계 5로 알려진 간빙기가 밀란코비치 가설이 예측하는 태양 강제력보다 1만 년 앞선 13만 년 전에 시작되었음을 보여준다. (이는 또한 효과가 추정된 원인보다 앞서기 때문에 인과 관계 문제로도 알려져 있다.)^[40]

4. 주기의 현재와 미래

궤도 변화는 예측 가능하지만,^[41] 궤도 강제가 기후에 영향을 미치는 메커니즘은 확정적이지 않으며, 비궤도 효과도 중요하다. 예를 들어, 환경에 대한 인간의 영향은 주로 온실 가스를 증가시켜 더 따뜻한 기후를 초래한다.^[42]^[43]^[44]

1980년 임브리의 궤도 모델은 "약 6,000년 전에 시작된 장기적인 냉각 추세는 향후 23,000년 동안 계속될 것"이라고 예측했다.^[45] 다른 연구에서는^[46] 북위 65°에서의 태양 일사량이 약 6,500년 후에 460W의 최고점에 도달한 후 약 16,000년 후에 현재 수준(450W)^[47]으로 감소할 것으로 예측한다. 지구의 궤도는 향후 약 100,000년 동안 덜 이심률적이 될 것이므로, 이러한 일사량의 변화는 경사 변화에 의해 지배될 것이며, 향후 50,000년 동안 새로운 빙하기를 허용할 만큼 충분히 감소하지 않을 것이다.^[48]^[49]

5. 다른 천체

밀란코비치 주기는 지구 외 다른 행성에도 적용될 수 있다.

화성은 큰 위성이 없어 기울기가 크게 변동해왔다. 토성의 위성 타이탄은 약 60,000년 주기로 메탄 호수의 위치가 변할 수 있다.^[56] 해왕성의 위성 트리톤은 타이탄과 유사한 변화를 보인다.^[57] 과학자들은 외계 행성 연구를 통해 극심한 자전축 기울기가 극심한 기후 변화를 일으킬 수 있지만, 행성 자체를 생명체가 살 수 없는 곳으로 만들지는 않는다고 결론지었다.^[58]

5. 1. 화성

화성은 기울기를 안정시킬 만큼 큰 위성을 가지고 있지 않아서, 기울기가 10도에서 70도까지 변동해 왔다. 이는 극관의 범위와 같이 과거의 다른 조건의 증거와 비교하여 최근의 표면 관찰을 설명할 수 있다.^[54]^[55]

5. 2. 외부 태양계

토성의 위성 타이탄은 약 60,000년 주기로 메탄 호수의 위치를 변화시킬 수 있다.^[56] 해왕성의 위성 트리톤은 타이탄과 유사한 변화를 보이며, 이는 고체 질소 퇴적물이 장기간에 걸쳐 이동하게 할 수 있다.^[57]

5. 3. 외계 행성

과학자들은 컴퓨터 모델을 사용하여 극심한 자전축 기울기를 연구하였는데, 높은 경사각은 극심한 기후 변화를 일으킬 수 있지만 행성 자체를 생명체가 살 수 없는 곳으로 만들지는 않는다고 결론지었다. 다만, 영향을 받는 지역의 육상 생명체에게는 어려움을 줄 수 있다. 그럼에도 불구하고 이러한 행성 대부분은 단순한 생명체와 더 복잡한 생명체의 발달을 허용할 것이다.^[58] 연구된 경사각은 지구가 경험하는 것보다 더 극심하지만, 달의 안정화 효과가 감소함에 따라 15억 년에서 45억 년 후에는 지구의 경사각이 현재 범위를 벗어나 극점이 거의 태양을 직접 가리키는 상황이 발생할 수도 있다.^[59]

6. 기후 변화와의 관련성

궤도 변화는 예측 가능하므로,^[41] 궤도 변화와 기후를 연관시키는 모든 모델은 미래의 기후를 예측하기 위해 실행될 수 있다. 그러나 궤도 강제가 기후에 영향을 미치는 메커니즘이 확정적이지 않으며, 비궤도 효과가 중요할 수 있다는 두 가지 주의 사항이 있다. 예를 들어, 환경에 대한 인간의 영향은 주로 온실 가스를 증가시켜 더 따뜻한 기후를 초래한다.^[42]^[43]^[44]

1980년 임브리의 궤도 모델은 "약 6,000년 전에 시작된 장기적인 냉각 추세는 향후 23,000년 동안 계속될 것"이라고 예측했다.^[45] 다른 연구^[46]에서는 북위 65°에서의 태양 일사량이 약 6,500년 후에 460 W·m⁻²의 최고점에 도달한 후 약 16,000년 후에 현재 수준(450 W·m⁻²)^[47]으로 감소할 것으로 예측한다. 지구의 궤도는 향후 약 100,000년 동안 덜 이심률적이 될 것이므로, 이러한 일사량의 변화는 경사 변화에 의해 지배될 것이며, 향후 50,000년 동안 새로운 빙하기를 허용할 만큼 충분히 감소하지 않을 것이다.^[48]^[49]

밀란코비치 주기로 나타나는 일사량의 변화는 빙기와 간빙기가 찾아오는 시기를 파악하는 데 유용하다. 그러나 이심률 변화, 지축의 기울기 변화, 세차 운동의 변화, 이 세 가지 요소가 지구의 기후에 영향을 미치지만, 실제로는 다른 다양한 요인들이 관여하기 때문에 단순하게 계산할 수 있는 것은 아니다. 또한 일반적으로 이심률의 변화가 지구의 기후에 영향을 미치기 쉽지만, 지구 전체의 역사로 보면 예외도 있다.

6. 1. 지질 시대

지구 자전은 자전축을 중심으로 이루어지며, 태양 주위를 공전하는 궤도는 다른 태양계 천체와의 중력 상호 작용으로 인해 시간이 지남에 따라 변화한다.^[3]

밀란코비치 주기로 나타나는 일사량의 변화는 북극이나 남극의 빙상 규모 변화, 빙기와 간빙기가 찾아오는 시기를 파악하는 데 유용하다. 그러나 계산이 복잡하고 이론과 실제가 다른 경우가 있어 항상 재계산이 필요하다. 1960년대까지 지질학자들은 밀란코비치가 산출한 수치를 사용했지만, 방사성 동위원소 측정법이 발전하면서 더 정확한 데이터 확보가 가능해져 굳이 계산이 번거로운 밀란코비치 주기에 의존할 필요가 없어졌다. 그럼에도 불구하고 1970년대 해양저 보링 조사를 통해 채취된 샘플에 남겨진 미생물(유공충) 화석의 산소 동위 원소비로부터 얻을 수 있는 기후 변동 주기(해양 산소 동위 원소 단계)는 밀란코비치가 산출한 수치 또는 계산법으로 얻을 수 있는 값과 유사하며, 그가 1920년대에 수행한 계산이 1970년대의 최신 측정법에 필적하는 정밀도를 가지고 있음이 밝혀졌다.

최근 100만 년 동안, 공전 궤도가 완전한 원에 가까웠던 90만 년 전, 75만 년 전, 39만~40만 년 전에는 북위 65도에서의 일사량이 480W 부근으로 변화가 적었다.

이에 비해, 95만~100만 년 전, 60만 년 전 및 20만 년 전에는 공전 궤도가 비교적 찌그러진 타원 형태였고, 자전축 또한 안정적이었던 80만 년 전(22.3~22.7도)과 달리 22.5~24도 사이에서 크게 변동함에 따라 일사량이 440W~540W 사이에서 급격하게 변화하여 추운 빙기와 따뜻한 간빙기가 반복되었다.

6. 2. 현재의 지구 온난화

지구 온난화 회의론자들은 밀란코비치 주기에 의한 자연 변동을 근거로 현재의 인위적 온난화를 부정하기도 한다.^[60] 그러나 현재의 온난화는 밀란코비치 주기로는 설명하기에는 너무 빠르며, 지구 시스템의 관측에서도 밀란코비치 주기에 의한 온난화의 흔적과는 다르다.^[61] 인위적인 온난화로 인해 다음 빙하기는 수만 년 이상 늦춰질 것으로 추정된다.^[62]

7. 밀란코비치 주기 계산의 어려움

밀란코비치 주기를 계산하기 위한 요소인 공전 운동과 자전은 태양이나 달을 비롯하여 다양한 물리적 조건에 영향을 받는다. 예를 들어 달의 인력에 의한 해수의 조석 작용으로 해수와 해저의 마찰이 일어나 지구의 자전 속도가 감속되는 것도 영향을 미친다.^[4] 즉, 자전 주기가 현재보다 짧은 약 20시간이었던 20억 년 전의 경우, 하루를 20시간의 주기로 계산하게 되며, 그 수치의 변화는 현재에 비해 단기간에 뚜렷하게 격심해질 것으로 예상된다.^[4] 당시에는 이론상 현재의 1/4 정도의 주기로 추정된다.^[4]

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