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자북극

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1. 개요

자북극은 나침반 바늘이 가리키는 방향으로, 지구 자기장의 북쪽을 나타낸다. 1831년 제임스 클라크 로스에 의해 부시아 반도에서 처음 발견되었으며, 이후 여러 탐험가들이 자북극의 위치를 측정했다. 자북극은 지구 내부의 액체 철 운동에 의해 이동하며, 20세기 동안 1100km 이상 이동했고, 이동 속도는 점차 빨라지고 있다. 자북과 진북 사이의 각도 차이를 자침각이라고 하며, 나침반 사용에 중요한 요소이다. 지구 자기장은 지자기 북극과 지자기 남극으로 모델링할 수 있으며, 지구 자기장의 방향이 바뀌는 지자기 역전 현상도 발생한다.

2. 역사

초기 유럽의 항해사들은 나침반 바늘이 북쪽 어딘가에 있는 "자석 섬"이나 북극성을 가리킨다고 믿었다.[12] 1600년 영국의 윌리엄 길버트는 지구가 거대한 자석이라는 개념을 제시하고, 자북극을 처음으로 정의했다.[32]

1831년 6월 1일, 제임스 클라크 로스가 이끄는 탐험대가 부시아 반도의 아델레이드 곶에서 처음으로 자북극을 발견했다.[13] 1903년, 로알 아문센은 로스가 발견한 위치와 약간 다른 곳에서 자북극을 발견했다.[34] 이후, 캐나다 정부 과학자들을 비롯한 여러 탐험대에 의해 자북극 위치 측정이 이루어졌다.

2. 1. 탐험과 측정

1831년 6월 1일, 제임스 클라크 로스가 이끄는 탐험대가 부시아 반도의 케이프 애들레이드에서 최초로 자북극을 발견했다.[13] 1903년, 로알 아문센은 자북극이 약간 다른 위치에 있다고 보고했다. 1947년, 캐나다 정부 과학자 폴 서슨과 잭 클라크는 프린스 오브 웨일스 섬의 앨런 호수에서 자북극을 발견했다.[13]

냉전 초기, 미국 전쟁부는 북아메리카 북극에 대한 종합적인 조사가 필요하다고 판단하여 미국 육군에 임무를 부여했다. 1946년, 전략 공군 사령부는 북극해 지역 전체 탐사 임무를 맡았고, 제46(후에 제72로 재지정된) 사진 정찰 비행대대가 프로젝트 나눅이라는 기밀 임무를 수행했다. 이 프로젝트의 일환으로 캐나다 북극 제도 전체를 레이더, 사진 및 육안으로 연구하는 프로젝트 폴라리스가 진행되었으며, 각 비행에는 캐나다 관측 장교가 동행했다.

프로젝트 책임자 프랭크 O. 클라인은 플럭스게이트 나침반이 예상보다 안정적이며, 북부 지상 자성을 연구하여 북자기 쌍극자 중심이 프린스오브웨일스섬에 있다는 것을 발견했다. 이는 아문센과 로스가 측정한 위치에서 북서쪽으로 약 약 402.33km 떨어진 곳이었다. 클라인의 발견 후, 캐나다 육상 원정대가 자극 위치를 찾기 위해 파견되었다. 1948년, 캐나다 자원부 산하 천연자원부의 지상 자성 책임자 R. 글렌 매딜은 클라인 소위에게 프린스오브웨일스섬 북서부에 주요 자기 극점이 존재한다는 것에 동의하는 내용의 편지를 보냈다.[14]

1996년, 데이비드 헴플먼-아담스가 이끄는 탐험대가 자북극에 도달했다. 이 팀에는 최초의 영국 여성 수 스톡데일과 최초의 스웨덴 여성도 포함되어 있었다.[20][21][22] 이 팀은 오타와 대학교를 대신하여 자력계와 경위의를 사용하여 자북극 위치()를 확인했다.[23][24]

2003년부터 2011년까지 격년으로 극지 레이스가 개최되었다. 이 대회는 캐나다 북부 누나부트 준주 리졸루트에서 1996년 자북극 위치()까지 진행되었다.

2007년 7월 25일, BBC Two에서 방영된 ''탑기어: 극지 특집''에서 제레미 클락슨, 제임스 메이와 팀은 자동차로 1996년 자북극 위치에 도달했다고 주장했다.[25]

캐나다 지질 조사부에 따르면, 북자기극은 지속적으로 북서쪽으로 이동하고 있다. 1996년 조사에서 측정된 위치는 이다.[36] 2005년 시점, 북자기극은 캐나다 엘즈미어 섬 서쪽 에 있을 것으로 예상된다.[37] 20세기 동안 1100 km 이동했으며, 1970년대 연간 9km에서 2001년~2003년 평균 연간 41km로 이동 속도가 빨라졌다.

연도위치
1996[36]
2001[37]
2004 (추정)[37]
2005 (추정)[37]



2019년 2월, 미국 해양대기청(NOAA) 국립 환경 정보 센터는 "북극 지방에서의 예상치 못한 변화 때문에" 세계 자기 모델을 1년 앞당겨 갱신했다. 연구자들에 따르면, 북자기극은 1년에 55km 이동하고 있으며, 이는 지구 외핵의 액체 철 운동에 의한 것이지만, 최근 이동 가속 원인은 불명확하다.[40]

3. 자북극의 이동

자북극은 시간이 지남에 따라 서서히 이동한다. 20세기 동안 자북극은 1100km 이상 이동했으며, 1970년 이후 이동 속도가 연간 9km에서 52km로 빨라졌다.[16] 2001년, 캐나다 지질 조사국은 자북극의 위치를 엘즈미어 섬 부근, 로 확인했다.

이러한 일반적인 움직임 외에도 자북극은 대략적인 타원을 그리며 평균 위치에서 최대 80km 벗어나는 일주기적인 변동을 보인다.[17]

2019년 초, 자북극은 캐나다에서 시베리아 방향으로 연간 약 55km의 속도로 이동하고 있었다.[18] 미국 해양대기청(NOAA)은 2024년 자북극의 위치를 북위 86도, 동경 142도로 제시했으며, 2025년까지 동경 138도로 이동할 것으로 예측했다.[19]

다음은 자북극의 위치 변화를 나타낸 표이다.

연도위치
2001년
2004년 (추정)
2005년 (추정)
2024년북위 86도, 동경 142도
2025년 (예측)동경 138도 (위도는 동일)


3. 1. 이동 원인

1831년부터 2001년까지 북자기극의 실제 이동(분홍색 원)과 1600년부터 2000년까지의 이동 모방(파란색 원)


자북극의 이동은 주로 지하 3000km에 있는 지구 외핵을 구성하는 액체 철의 운동에 의해 발생한다.[40] 이 운동은 지자기 역전을 일으키지만, 최근 자북극 이동이 가속화되고 있는 원인은 밝혀지지 않았다.[40]

태양으로부터의 하전 입자 등 외부 자기장에 의해 지구 자기장이 왜곡되어 자북극이 부자연스러운 타원을 그리는 일주기적인 변화도 있으며, 본래 위치에서 최대 80km 벗어난다.[38]

4. 자북과 편각

나침반 바늘이 가리키는 방향을 자북이라고 한다. 자북은 일반적으로 북자기극의 방향과 정확히 일치하지 않고, 지구 표면과 시간에 따라 변하는 국지적인 지구 자기장에 맞춰진다. 자북과 진북 사이의 각도 차이를 자침각이라고 한다. 대부분의 지도 좌표계는 진북을 기준으로 하므로, 지도에는 자침각이 표시되어 나침반이 가리키는 북쪽에서 진북의 방향을 알 수 있도록 한다.[28]

2000년 당시 자침각이 동쪽으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타낸 지도


북아메리카에서 영 자침각선('아곤선')은 북자기극에서 슈페리어호를 거쳐 남쪽으로 멕시코만까지 이어진다(그림 참조). 이 선을 따라 진북은 자북과 같다. 아곤선의 서쪽에서는 나침반이 진북보다 동쪽을 가리키며 자침각은 양수이다. 반대로, 아곤선의 동쪽에서는 나침반이 진북보다 서쪽을 가리키며 자침각은 음수이다.[29] 오리엔티어링에서는 나침반과 지도만 의존하기 때문에 자침각은 매우 중요하다. 자침각은 대한민국을 포함한 많은 국가에서 측정되고 있다.[41]

5. 지자기 북극

1차 근사로, 지구의 자기장은 지구 중심에 있는 자기 쌍극자(막대 자석과 같은)로 나타낼 수 있다. 이 쌍극자는 지구 자전 축에 대해 약 10° 기울어져 있으며, 이 쌍극자가 지구 표면과 만나는 점이 지자기 북극과 지자기 남극이다. 지구 자기장이 완전한 쌍극자라면 자기력선은 지자기극에서 수직이 되어 자북극과 일치하겠지만, 실제로는 그렇지 않아 두 극은 어느 정도 떨어져 있다.[30]

북쪽 지자기극은 막대 자석의 북극을 끌어당기므로, 실제로는 자기 ''남''극에 해당한다. 이곳은 자기권에서 오로라를 볼 수 있는 지역의 중심이다. 2005년 기준으로 지자기 북극은 그린란드 북서쪽에 위치해 있었으며,[42] 자북극과 마찬가지로 북아메리카에서 시베리아 방향으로 이동하고 있다.

6. 지자기 역전

지구 역사 동안 지구 자기장의 방향은 여러 번 뒤집혔으며, 자기 북극이 자기 남극이 되고 그 반대도 마찬가지였다. 이러한 현상을 지자기 역전이라고 한다. 지자기 역전의 증거는 해령에서 볼 수 있는데, 이곳에서는 판이 갈라지고 해저가 마그마로 채워진다. 마그마가 맨틀에서 스며 나와 냉각되어 화성암으로 굳어지면서, 마그마가 냉각될 당시의 자기장 방향에 대한 기록이 열잔류 자화로 새겨진다.[31]

참조

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[2] 논문 Recent north magnetic pole acceleration towards Siberia caused by flux lobe elongation https://doi.org/10.1[...]
[3] 서적 The magnetic field of the earth: paleomagnetism, the core, and the deep mantle Academic Press
[4] 웹사이트 Magnetic north just changed. Here's what that means. https://www.national[...] 2019-02-05
[5] 웹사이트 Magnetic North, Geomagnetic and Magnetic Poles http://wdc.kugi.kyot[...] 2012-07-03
[6] 뉴스 North Magnetic Pole Moving East Due to Core Flux https://web.archive.[...] National Geographic 2009-12-24
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[9] 웹사이트 The Magnetic North Pole http://deeptow.whoi.[...] Woods Hole Oceanographic Institution 2017-02-06
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[11] 웹사이트 Earth's Magnetic Poles http://www.windows2u[...] National Earth Science Teachers Association 2012-04-19
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[14] 서적 World in Peril: The Origin, Mission & Scientific Findings of the 46th / 72nd Reconnaissance Squadron K. W. White & Associates
[15] 서적 The Secret Explorers: Saga of the 46th/72nd Reconnaissance Squadrons Seeger's Print
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[20] 웹사이트 Scot of the Arctic; Sue conquers the North Pole. http://www.highbeam.[...] Daily Record 2014-01-29
[21] 뉴스 North Pole party for 'Grand Slam' Briton http://news.bbc.co.u[...] 1998-04-30
[22] 웹사이트 I have to do this not just for me … but for Scotland; Pole star: Sue's going where no Scotswoman has gone before http://www.thefreeli[...] Daily Record 2014-01-29
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[25] 웹사이트 Polar Challenge http://www.bbc.co.uk[...] 2012-04-19
[26] 웹사이트 Wandering of the Geomagnetic Poles https://www.ngdc.noa[...] 2019-12-19
[27] 웹사이트 Compass https://education.na[...] 2013-12-03
[28] 웹사이트 Magnetic declination http://www.geomag.nr[...] Government of Canada 2018-08-25
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[33] 문서 The Geodynamo http://www.maths.gla[...] University of Glasgow 2004-08-19
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[35] 웹사이트 Hilux Arctic Challenge http://www.invincibl[...]
[36] 웹사이트 1996 Certified Position of the Magnetic North Pole http://polarrace.com[...] Jock Wishart
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[38] 웹사이트 Geomagnetism — 北磁極の一日の動き http://gsc.nrcan.gc.[...]
[39] 웹사이트 South Magnetic Pole http://www.antdiv.go[...] 2004-09-05
[40] 웹사이트 北磁極の移動加速、1年に55キロ 「世界磁気モデル」 1年前倒しで更新 https://www.afpbb.co[...] AFP 2019-02-06
[41] 웹사이트 http://vldb.gsi.go.j[...]
[42] 웹사이트 Geomagnetic Field FAQ http://www.ngdc.noaa[...] 2007-05



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