지구의 자전
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1. 개요
지구의 자전은 지구가 서에서 동으로 회전하는 현상으로, 낮과 밤, 별과 태양의 일주 운동을 발생시킨다. 고대 그리스 시대부터 지구 자전에 대한 논의가 있었으며, 16세기 코페르니쿠스의 태양중심설 이후 현대적인 이해가 확립되었다. 지구의 자전 속도는 조석력, 지진, 지구 내부 질량 분포 변화 등 다양한 요인에 의해 변화하며, 최근에는 지구 온난화로 인한 빙하 감소도 영향을 미친다. 지구 자전의 증거로는 코리올리 효과, 푸코 진자, 지구의 타원체 형태 등이 있으며, 지구 자전은 태양계 형성 과정에서 각운동량 보존의 법칙에 의해 시작되었고, 거대 충돌 가설에 의해 자전 속도와 기울기가 재설정되었다.
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2. 역사
지구 자전에 대한 개념은 고대부터 존재해 왔으며, 여러 문명에서 지구 자전에 대한 다양한 이론과 관측이 이루어졌다.
피타고라스 학파를 시작으로 지구가 자전한다는 주장이 있었으나, 아리스토텔레스와 프톨레마이오스 등은 지구가 우주의 중심이며 자전하지 않는다는 지구중심설을 지지했다.
중세에는 아리아바타와 일부 무슬림 천문학자들이 지구가 자전한다는 주장을 다시 제기하였고, 마라게 천문대와 울루그 베그 천문대에서 지구 자전에 대한 논의가 활발하게 이루어졌다. 그러나 중세 유럽에서는 여전히 아리스토텔레스의 견해가 지배적이었다.
니콜라우스 코페르니쿠스가 태양중심설을 주장하면서 지구 자전에 대한 현대적인 이해가 확립되기 시작했다. 이후 케플러, 갈릴레오, 뉴턴 등의 과학자들이 지구 자전 이론을 발전시켰다.
2. 1. 고대
고대 그리스 시대 피타고라스 학파는 하늘의 일일 운동으로 보이는 현상과는 반대로, 지구의 자전을 믿었다. 필롤라우스 (기원전 470–385년)는 최초로 지구 자전을 주장한 인물로 여겨지지만, 그의 체계는 중심 불 주위를 매일 회전하는 반지구를 포함하는 등 복잡했다.[6]기원전 4세기 히케타스, 헤라클레이데스, 에크판토스는 지구가 자전한다고 가정했지만, 지구가 태양 주위를 공전한다고 주장하지는 않았다. 기원전 3세기 사모스의 아리스타르코스는 태양중심설을 제안했다.
그러나 기원전 4세기 아리스토텔레스는 필롤라우스의 주장이 관찰이 아닌 이론에 근거한 것이라고 비판했다. 그는 지구가 중심이고 항성의 구가 지구 주위를 회전한다는 아이디어를 정립했다.[7] 이는 클라우디오스 프톨레마이오스 (2세기)를 포함한 많은 사람들에게 받아들여졌으며, 프톨레마이오스는 지구가 자전하면 폭풍에 의해 파괴될 것이라고 생각했다.[8]
2. 2. 중세 및 근대
인도 천문학자 아리아바타는 지구가 축을 중심으로 회전하며 별들의 겉보기 운동은 지구 자전에 의한 것이라고 주장했다. 그는 배를 타고 가는 사람이 둑에 정지해 있는 물건들이 반대 방향으로 움직이는 것을 보는 것과 같은 비유를 제시했다.[9][10] 10세기, 일부 무슬림 천문학자들은 지구가 축을 중심으로 회전한다는 것을 받아들였다.[11] 알 비루니에 따르면, 알 시지는 지구가 회전한다는 아이디어를 바탕으로 ''알-주라키''라는 천구의를 발명했다.[13][12] 마라게 천문대와 울루그 베그 천문대에서 투시와 쿠쉬지는 지구 자전에 대해 논의했으며, 이들의 논쟁과 증거는 코페르니쿠스와 유사했다.[15]중세 유럽에서 토마스 아퀴나스, 존 부리단, 니콜 오렘 등은 아리스토텔레스의 견해를 받아들였다.[16][17][18] 1543년, 니콜라우스 코페르니쿠스가 태양중심설을 발표하면서 지구 자전에 대한 현대적인 이해가 확립되기 시작했다. 코페르니쿠스는 지구의 움직임이 격렬하다면 별들의 움직임은 훨씬 더 격렬해야 한다고 지적했다. 티코 브라헤는 정지된 지구를 가정하는 시스템을 제시했지만, 케플러는 브라헤의 관측 결과를 바탕으로 행성 운동 법칙을 발표했다. 1600년, 윌리엄 길버트는 지구 자기에 관한 논문에서 지구 자전을 강력하게 지지했으며,[20] 케플러, 갈릴레오, 뉴턴 등의 연구는 지구 자전 이론을 뒷받침했다.
2. 3. 현대
지구의 자전은 적도 팽창과 지리적 극점의 편평함을 의미한다. 뉴턴은 저서 자연철학의 수학적 원리에서 이러한 편평도가 230분의 1에 달할 것이라고 예측했으며, 1673년 리셰가 측정한 진자 측정을 중력 변화의 증거로 제시했다.[23] 1730년대 모페르튀와 프랑스 측지 탐험대의 측정 결과는 지구의 형상이 타원체임을 입증하여 뉴턴과 코페르니쿠스의 입장을 확인했다.[24]지구의 회전하는 좌표계에서 자유롭게 움직이는 물체는 고정된 좌표계에서 따를 경로와는 다른 겉보기 경로를 따른다. 코리올리 효과로 인해 낙하하는 물체는 낙하 지점 아래의 수직 추선에서 약간 동쪽으로 벗어나고, 발사체는 북반구에서는 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 발사 방향에서 벗어난다. 코리올리 효과는 주로 기상학적 규모에서 관찰되며, 북반구와 남반구에서 사이클론의 회전 방향이 반대인(각각 시계 반대 방향 및 시계 방향) 이유를 설명한다.
18세기 말과 19세기 초 조반니 바티스타 굴리엘미니는 볼로냐에서, 요한 프리드리히 벤젠베르크는 함부르크에서, 페르디난트 라이히는 프라이베르크에서 더 높은 탑을 사용하고 무게를 신중하게 떨어뜨려 코리올리 효과를 확인하는 실험을 진행했다.[25] 158.5m 높이에서 떨어진 공은 수직에서 27.4mm 벗어났는데, 계산된 값은 28.1mm였다.
레옹 푸코가 1851년에 처음 만든 푸코 진자는 지구 자전에 대한 가장 유명한 실험이다. 이 진자는 파리의 팡테옹 꼭대기에서 67m 길이의 줄에 매달린 납으로 채워진 황동 구로 구성되었다. 진자가 흔들리는 동안 지구의 자전으로 인해 진동면이 위도에 따라 회전하는 것처럼 보인다. 파리의 위도에서 예측된 이동과 관찰된 이동은 시간당 약 11°C 시계 방향이었다. 푸코 진자는 현재 전 세계 박물관에서 흔들리고 있다.
3. 특성
지구는 서에서 동으로, 시간당 약 15도씩 회전한다. 이러한 지구의 자전으로 인해 다음과 같은 현상들이 발생한다.
관성 공간에서 지구 자전의 각속도는 (7.2921150 ± 0.0000001) × 10^−5 rad/s영어이다.[36][41] (180°/π 라디안) × (86,400 초/일)을 곱하면 약 360.9856°/일이 되어, 지구는 태양일 동안 고정된 별에 대해 360도 이상 회전한다는 것을 알 수 있다. 지구가 거의 원형 궤도를 따라 움직이는 동안 축을 한 번 회전해야 하므로, 평균 태양이 다시 머리 위로 지나가기 전에 지구는 고정된 별에 대해 한 번 이상 회전해야 한다.[42] rad/s 단위의 값에 지구 적도 반지름 6378137m (WGS84 타원체)를 곱하면 적도 속도는 가 된다.[43] 지구 적도 속도가 1669.8km/h라고 명시하는 자료도 있지만,[44] 이는 지구 적도 둘레를 24시간(태양일)으로 나누어 얻은 값으로, 항성일을 사용해야 하므로 잘못된 값이다. 1 평균 태양일의 항성일 수인 1.002737909350795를 곱하면,[36] 평균 태양 시간 단위의 적도 속도는 1674.4km/h가 된다.
지구의 한 지점에서 지구 자전의 접선 속도는 적도에서의 속도에 위도의 코사인을 곱하여 근사할 수 있다.[45] 예를 들어, 케네디 우주 센터는 북위 28.59°에 위치해 있으며, 이는 cos(28.59°) × 1674.4km/h = 1470.2km/h의 속도를 나타낸다. 위도는 우주 발사 기지의 위치를 고려하는 요소이다.
카얌베 화산의 정상은 지구 표면에서 축으로부터 가장 멀리 떨어진 지점이며, 따라서 지구 자전 시 가장 빠르게 회전한다.[46]
4. 자전 주기
지구의 자전 주기는 측정 기준에 따라 여러 가지로 나뉜다.
국제 지구 자전 및 기준계 사업(IERS)에서 정의한, 항성에 대한 지구의 자전 주기는 86,164.098903691초(23시간 56분 4.098903691초)이다.[64][65] 평균 춘분점의 이동, 즉 세차 운동에 대한 자전 주기는 항성시라고 불리며, 86,164.09053083288초(23시간 56분 4.09053083288초)이다.[64] 항성시는 항성일보다 약 8.4밀리초 짧다.[66]
1750년부터 1892년까지의 평균 태양초는 1895년에 사이먼 뉴컴에 의해 ''Tables of the Sun''으로 정리되었다. 이 표는 1900년부터 1983년까지 천문력을 계산하는 데 사용되었으며, 역표시로 알려졌다. 국제단위계의 초는 1967년의 역표시를 바탕으로 한다.[67]
최근(1999–2010)에 86,400 SI 초를 초과하는 평균 태양일의 평균 연간 길이는 0.25ms와 1ms 사이에서 변동했다.
관측된 실제 정밀한 하루의 길이를 "LOD"(Length of Day)라고 한다. LOD는 조석력에 의한 가속으로 인해 19세기와 비교하여 약간 길어졌지만, 2020년 전후부터 가속되기 시작했다는 연구 결과도 있다. 미국 항공 우주국(NASA)에 따르면 1820년대부터 감속이 기록되었지만, 미국 해군 천문대의 데니스 매카시(:en:Dennis McCarthy (scientist)) 전 소장은 2020년 전후부터 가속되기 시작했다고 말했다. 1972년 이래 27초의 윤초가 삽입되었지만, 자전 속도가 빨라지는 경향이 계속되면 윤초를 빼야 할 수도 있다.[63]
LOD의 변동에 가장 큰 영향을 미치는 것은 조석 (조석 마찰)이며, 그 외에 계절 변동, 거대 지진, 지구 온난화에 의한 극지방 빙하의 이동 등도 영향을 미친다. 2004년 수마트라 지진과 2011년 동일본 대지진은 LOD를 각각 6.8마이크로초와 1.8마이크로초 짧게 만들었다.[73]
관성 공간에서의 지구 자전 각속도는 1초당 7.2921159×10-5라디안이다.[64] 적도에서의 자전 속도는 약 1674.4 km/h이다.[76] 지구 자전의 영속적인 관측에는 초장기선 전파 간섭법, GPS, 위성 레이저 거리 측정 등이 사용된다.[78][79]
2022년 6월 29일에는 지구에서 원자 시계가 발명된 이후 가장 짧은 LOD가 관측되었으며, 1.59밀리초 짧았다.[63]
4. 1. 항성일 (Stellar day)
국제지구 자전 및 기준 시스템 서비스(IERS)에서 정의한 ''항성일''은 지구가 국제천문기준계에 대해 회전하는 주기이며, 평균 태양시(UT1)로 86164.098903691초 (23시간 56분 4.098903691초)이다.[36]
4. 2. 항성일 (Sidereal day)
국제지구 자전 및 기준 시스템 서비스(IERS)에서 정의한 세차 운동하는 평균 춘분점에 대한 지구의 회전 주기는 ''항성일''이며, 평균 태양시(UT1)로 ()이다.[36] 이는 IERS에서 항성일이라고 부르는 국제천문기준계에 대한 회전 주기보다 약 8.4ms 짧다.[38]항성일과 항성일은 모두 평균 태양일보다 약 3분 56초 짧다. 이는 지구가 태양을 공전하면서 천구 기준 좌표계에 대해 1회 추가 회전하기 때문이다(따라서 366.24회/년).
4. 3. 태양일 (Solar day)
지구의 자전을 태양을 기준으로 한 바퀴 도는 주기(태양 정오에서 다음 태양 정오까지)를 "진 태양일" 또는 "겉보기 태양일"이라고 한다.[27] 이는 지구의 궤도 운동에 따라 달라지며, 지구 궤도의 궤도 이심률과 황도면 경사의 변화에 영향을 받는다. 이 두 가지는 수천 년에 걸쳐 변화하므로, 진 태양일의 연간 변동 또한 달라진다. 일반적으로 1년 중 두 기간은 평균 태양일보다 길고, 다른 두 기간은 짧다. 진 태양일은 태양이 겉보기로 근일점 부근에서 평소보다 더 큰 각도로 황도를 따라 움직여 약 10초 더 길어지는 경향이 있다. 반대로, 원일점 부근에서는 약 10초 짧아진다. 하지 부근에서는 태양의 겉보기 운동이 황도를 따라 천구 적도에 투영될 때 태양이 평소보다 더 큰 각도로 움직여 약 20초 더 길어진다. 반대로, 춘분 부근에서는 적도에 대한 투영이 약 20초 짧아진다.[28][29]1년 동안 참 태양일의 평균은 86,400 평균 태양 초를 포함하는 ''평균 태양일''이다. 현재 지구의 평균 태양일이 조석 마찰로 인해 19세기에 비해 약간 더 길어졌기 때문에, 이 초들은 약간 더 긴 SI 초이다. 1972년 윤초 도입 이후 평균 태양일의 평균 길이는 86,400 SI 초보다 약 0~2ms 더 길었다.[30][31][32] 1750년에서 1892년 사이의 평균 태양 초는 1895년 사이먼 뉴컴이 태양표에서 독립적인 시간 단위로 선택했다. 이 표는 1900년에서 1983년 사이에 세계의 역표를 계산하는 데 사용되었으므로 이 초는 역표초로 알려졌다. 1967년에 SI 초는 역표초와 같게 되었다.[35]
겉보기 태양시는 지구 자전의 척도이며, 겉보기 태양시와 평균 태양시의 차이를 시간 방정식이라고 한다.
5. 자전 속력의 변화
지구 자전 속력은 여러 요인에 의해 변화한다. 지구 자전은 1000분의 1초대의 오차가 있어 계절에 따라 변화하기도 하며, 지진 발생 시 자전 속도가 갑자기 불연속적으로 변하는 경우도 있다. 그 밖에도 지구 내부의 질량 분포 변화, 해류의 변화, 기압 배치의 변화에 의해서도 자전 속도는 변한다.[83]
관측된 실제 정밀한 하루의 길이를 "LOD"(Length of Day)라고 한다. LOD는 24시간 × 3600초 = 86,400초와는 미묘하게 다르다. 1962년 1월 1일 이후 매일에 대해 IERS에서 LOD값을 구할 수 있다. 보통 LOD 자체가 아니라 LOD와 86,400초의 차이를 "LOD" 표기로 표시하는 경우가 많다.[68][69][70]
LOD의 변동 중 가장 큰 영향을 미치는 것은 조석 (조석 마찰)이며, 0.6~0.8밀리초 정도의 변동을 일으킨다.[70] 이 외에 큰 영향을 미치는 것은 계절 변동이다.
1970년대 LOD는 86,400.003초 정도, 즉 86,400초에 비해 3밀리초 정도 길었지만, 최근(1999년부터 2020년) LOD는 86,400초보다 1밀리초 정도 길다(6월~8월에는 86,400초보다 짧아지는 기간도 있다.).[71][72] 이것이 1970년대부터 80년대에는 매년 삽입되던 윤초가 1999년 이후에는 평균 4년에 한 번 정도밖에 삽입되지 않는 이유이다. 2022년 6월 29일에는 지구에서 원자 시계가 발명된 이후 가장 짧은 LOD가 관측되었으며, 일반적인 1일 24시간보다 1.59밀리초 짧았다.[63]
5. 1. 조석력에 의한 변화
지구 표면의 바닷물은 달의 인력 때문에 달의 방향과 반대 방향으로 부풀어 오른다. 지구는 자전하고 있기 때문에 바닷물과 그 밑의 지구 사이에 마찰이 생겨 지구의 자전 속도는 조금씩 늦어진다. 그 양은 100년 만에 하루의 길이가 0.0016초 길어지는 정도이다. 하지만, 100년이 지나면 29초나 늦어지게 되며, 10000년이면 48분 40초가 된다.[83]수백만 년에 걸쳐, 지구의 자전은 달과의 중력 상호작용을 통한 ''조석 가속''으로 인해 상당히 늦춰졌다. 각운동량은 달로 서서히 전달되며, 이 과정은 점차 낮의 길이를 현재 값으로 증가시켰고, 그 결과 달은 지구와 ''조석 고정''되었다.
''조석 리듬광물'' 및 ''스트로마톨라이트'' 관찰을 통해 얻은 낮의 길이 추정치에 따르면[47], 낮의 길이는 6억 년 전 약 21시간에서 현재의 24시간으로 꾸준히 증가했다.[50]
현재 조석 감속률은 이례적으로 높으며, 이는 과거 지구의 자전 속도가 더 느리게 감소했을 것임을 시사한다. 일부 모델에서는 지구가 선캄브리아대 대부분 기간 동안 21시간의 하루 길이를 유지했다고 제안한다.[50]
지구의 자전은 조석력이라고 하는 달과의 중력 상호 작용에 의해 100만 년 이상 서서히 느려졌다. 하지만 단기적(10년~50년 정도)으로 보면 항상 느려지고 있는 것은 아니다.
5. 2. 기타 요인에 의한 변화
지구의 자전은 1000분의 1초대의 오차가 있어 계절에 따라 변화하기도 한다. 또한 지진 발생 시 자전 속도가 갑자기 불연속적으로 변하는 경우도 있다. 그 밖에도 지구 내부의 질량 분포 변화, 해류의 변화, 기압 배치의 변화에 의해서도 자전 속도는 변한다.[83]2004년 인도양 지진과 같은 대규모 사건은 지구의 관성 모멘트를 줄여 하루의 길이를 3 마이크로초 단축시켰다.[51] 규모 9 전후의 거대 지진도 지구 자전 속도에 약간의 영향을 미치는데, 2004년 수마트라 지진에서는 자전 속도가 빨라져 하루의 길이(LOD)가 6.8마이크로초 짧아졌다. 2011년 3월 11일 동일본 대지진에서도 LOD가 1.8마이크로초 짧아졌다.[73] 다만, 이러한 거대 지진의 영향은 조석의 영향의 1/100 이하로 미미하다.
미국 항공우주국(NASA) 과학자들은 싼샤 댐에 저장된 물이 질량 이동으로 인해 지구의 하루 길이를 0.06 마이크로초 증가시켰다고 계산했다.[53] 이외에도 지구 온난화로 극지방의 빙하가 녹아 물이 이동하는 변화로 인해 하루에 1밀리초 정도 늦어지는 영향을 미친다.[74]
약 25~30년마다 지구의 자전 속도가 하루에 몇 밀리초씩 일시적으로 느려지며, 보통 약 5년 동안 지속된다. 2017년은 지구 자전 속도가 늦어진 4년 연속 해였다. 이러한 변동의 원인은 아직 밝혀지지 않았다.[60]
2020년 학술지에는 약 7천만 년 전 LOD가 약 23시간 반이었다는 연구 결과가 발표되었다. 미국 항공 우주국에 따르면 지구의 자전 속도는 1820년대부터 감속이 기록되었지만, 미국 해군 천문대의 데니스 매카시(:en:Dennis McCarthy (scientist)) 전 소장은 2020년 전후부터 가속되기 시작했다고 말했다. 지금까지는 지구의 자전 속도가 감속되었기 때문에 1972년 이래 27초의 윤초가 삽입되었지만, 자전 속도가 빨라지는 경향이 계속되면서 앞으로는 윤초를 빼야 할 필요가 생길 수 있다.[63]
6. 지구 자전의 증거
지구 자전은 다양한 물리적 현상과 관측을 통해 증명된다. 지구 자전의 계에서 자유롭게 움직이는 물체는 고정된 계에서 볼 때 겉보기 경로를 따르는 것처럼 보인다. 이 코리올리 힘 때문에 낙하하는 물체는 수직보다 동쪽 방향으로 꺾여 떨어지고, 북반구에서는 발사체가 오른쪽으로 꺾여 진행한다. 북반구와 남반구에서 태풍의 회전 방향이 다른 등, 기상학 등 다양한 분야에서도 코리올리 힘이 나타난다.[82]
1679년 아이작 뉴턴의 제안을 받아 로버트 훅은 8.2m 높이에서 떨어뜨린 물체가 동쪽으로 0.5mm 꺾일 것이라고 예측했지만, 성공하지 못했다. 그러나 18세기 말부터 19세기 초에 걸쳐, 볼로냐의 조반니 바티스타 구글리엘미니it, 함부르크의 요한 벤첸베르크, 프라이베르크의 페르디난트 라이히 등이 높은 탑에서 신중하게 추를 떨어뜨려 확증적인 증거를 얻었다.[82]
6. 1. 코리올리 효과
지구의 회전하는 좌표계에서 자유롭게 움직이는 물체는 고정된 좌표계에서 따를 경로와는 다른 겉보기 경로를 따른다. 코리올리 효과로 인해 낙하하는 물체는 낙하 지점 아래의 수직 추선에서 약간 동쪽으로 벗어나고, 발사체는 북반구에서는 오른쪽으로 (그리고 남반구에서는 왼쪽으로) 발사 방향에서 벗어난다. 코리올리 효과는 주로 기상학적 규모에서 관찰되며, 여기서 북반구와 남반구에서 사이클론의 회전 방향이 반대인(각각 시계 반대 방향 및 시계 방향) 이유를 설명한다.[25]1679년 아이작 뉴턴의 제안에 따라 로버트 훅은 8.2m 높이에서 떨어진 물체의 예상 동쪽 편향을 확인하려 했지만 실패했으며, 이후 18세기 말과 19세기 초 조반니 바티스타 굴리엘미니가 볼로냐에서, 요한 프리드리히 벤젠베르크가 함부르크에서, 페르디난트 라이히가 프라이베르크에서 더 높은 탑을 사용하고 무게를 신중하게 떨어뜨려 결정적인 결과를 얻었다.[25] 158.5m 높이에서 떨어진 공은 수직에서 27.4mm 벗어났는데, 계산된 값은 28.1mm였다.
지구 자전에 대한 가장 유명한 실험은 물리학자 레옹 푸코가 1851년에 처음 만든 푸코 진자로, 파리의 팡테옹 꼭대기에서 67 m 길이의 줄에 매달린 납으로 채워진 황동 구로 구성되었다. 진자가 흔들리는 동안 지구의 자전으로 인해 진동면이 위도에 따라 회전하는 것처럼 보인다. 파리의 위도에서 예측된 이동과 관찰된 이동은 시간당 약 11도 시계 방향이었다. 푸코 진자는 현재 전 세계 박물관에서 흔들리고 있다.
6. 2. 푸코 진자
레옹 푸코가 1851년에 처음 만든 푸코 진자는 지구 자전을 시각적으로 증명하는 가장 유명한 실험이다. 이 진자는 파리의 팡테옹 꼭대기에 67m 길이의 줄에 28kg의 철구를 매달아 실험을 진행했다. 지구의 자전에 의해 진자의 진동면은 위도에 따라 다른 속도로 회전했다. 파리의 위도에서는 1시간에 시계 방향으로 11°C 회전하는 것이 예측되었고, 실제로 관측되었다.[25] 푸코 진자는 현재 전 세계 박물관에서 계속 진동하고 있다.6. 3. 기타 증거
일식과 월식에 대한 기록은 기원전 8세기부터 바빌로니아 천문학과 중국 천문학에서 관측되었으며, 중세 이슬람 세계의 천문학[57]과 다른 지역에서도 관측되었다. 이러한 관측 기록은 지난 27세기 동안 지구 자전의 변화를 결정하는 데 사용될 수 있는데, 일식과 월식의 위치와 시간을 계산하는 데 있어서 하루의 길이가 중요한 변수이기 때문이다. 세기당 밀리초 단위의 하루 길이 변화는 일식 관측에서 수 시간, 수천 킬로미터의 변화로 나타난다. 고대 자료는 더 짧은 날, 즉 과거에 지구가 더 빠르게 자전했다는 것과 일치한다.[58][59]지구 자전의 계에서 자유롭게 움직이는 물체는 고정된 계에서 볼 때 겉보기 경로를 따르는 것처럼 보인다. 이 코리올리 힘 때문에 낙하하는 물체는 수직보다 동쪽 방향으로 꺾여 떨어지고, 북반구에서는 발사체가 오른쪽으로 꺾여 진행한다. 북반구와 남반구에서 태풍의 회전 방향이 다른 등, 기상학 등 다양한 분야에서도 코리올리 힘이 나타난다. 1679년 아이작 뉴턴의 제안을 받아 로버트 훅은 8.2m 높이에서 떨어뜨린 물체가 동쪽 방향으로 0.5mm 꺾일 것이라고 예측했지만, 성공하지 못했다. 그러나 18세기 말부터 19세기 초에 걸쳐, 볼로냐의 조반니 바티스타 구글리엘미니(이탈리아어: Giovanni Battista Guglielmini), 함부르크의 요한 벤첸베르크, 프라이베르크의 페르디난트 라이히 등이 높은 탑에서 신중하게 추를 떨어뜨려 확증적인 증거를 얻었다.[82]
7. 지구 자전의 기원
지구의 최초 자전은 각운동량 보존의 법칙에 따라 먼지, 암석, 가스가 모여 태양계를 형성하는 과정에서 남은 것이다. 이 원시 성운은 빅뱅으로 생성된 수소와 헬륨뿐만 아니라 초신성에 의해 코로나 질량 방출된 더 무거운 화학 원소로 구성되어 있었다. 이 성간 먼지는 불균일하기 때문에 중력적 강착 과정에서 비대칭성이 발생하여 결국 행성의 각운동량을 결정하게 되었다.[61]
이론적으로 지구는 태양계의 형성과 동시에 형성되었다고 여겨진다. 먼지, 암석, 가스 등으로 이루어진 회전하는 거대한 분자 구름으로부터 서서히 태양계가 형성되었다. 이 구름은 빅뱅에 기인하는 수소와 헬륨, 그리고 초신성 폭발로 생성된 중원소로 구성되어 있었다. 어떤 이론에 따르면, 약 46억 년 전에 근방의 항성이 초신성 폭발을 일으키고, 충격파가 태양계에 도달하여 각속도가 부여되었다. 회전하는 분자 구름은 찌그러지고, 가스와 먼지의 일부는 중력에 의해 응집하기 시작하여 서서히 행성을 형성해 갔다. 최초의 각속도가 보존될 필요가 있기 때문에, 모인 질량은 더욱 빠르게 회전하기 시작했다.[81]
그러나 거대 충돌 가설에 따라 달의 기원이 밝혀졌다면, 이러한 원시 자전 속도는 45억 년 전 테이아의 충돌로 인해 재설정되었을 것이다. 충돌 전 지구 자전 속도와 기울기에 관계없이 충돌 후에는 하루가 약 5시간으로 줄었을 것이다.[62] 이후 조석 효과에 의해 이 속도가 현재의 값으로 감소했다. 현재 지구의 자전 속도는, 이 초기 회전과 조석 마찰이나 거대 충돌 가설 등의 기타 요인의 결과이다.
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