계절이 생기는 이유는 지구와 태양 사이의 거리가 아니라, 지구 자전축이 23.5도 기울어져 있기 때문입니다. 실제로 북반구가 가장 추운 1월 초에 지구는 오히려 태양과 가장 가까운 근일점을 지나가요. 거리만으로는 도저히 설명이 안 되는 현상이죠.
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자전축이 기울어져서 생기는 일
지구는 공전궤도면에 대해 자전축이 23.5도 기울어진 채로 태양 주위를 돕니다. 이 기울기 때문에 같은 지역이라도 계절마다 햇빛이 들어오는 각도와 낮의 길이가 달라져요. 미국 항공우주국(NASA)의 어린이 과학 사이트도 계절의 원인을 지구와 태양의 거리가 아닌 자전축 기울기로 설명하고 있어요.
여름에는 태양빛이 지면에 거의 수직으로 닿아 같은 면적에 더 많은 에너지가 쌓이고, 낮도 길어서 데워지는 시간 자체가 깁니다. 겨울에는 반대로 빛이 비스듬히 퍼지면서 들어오고 낮도 짧아 기온이 떨어져요.
- 입사각: 태양빛이 수직에 가까울수록 같은 면적에 닿는 에너지 밀도가 높아져요
- 낮의 길이: 여름엔 길고 겨울엔 짧아 데워지는 시간 자체가 달라져요
- 두 효과의 합: 입사각과 낮 길이가 함께 작용해 체감 기온차가 크게 벌어져요
근일점인데 왜 겨울일까요
지구 공전궤도는 완전한 원이 아니라 약간 찌그러진 타원이라, 태양과의 거리가 1년 동안 조금씩 달라집니다. 그런데 북반구가 한겨울인 1월 초에 지구는 오히려 태양과 가장 가까운 근일점을 지나요.
거리 때문에 계절이 생긴다면 이 시기가 가장 따뜻해야 하는데 실제로는 정반대입니다. 직접 계산해보면 왜 거리가 결정적 요인이 아닌지 바로 드러나요.
태양빛의 세기는 거리의 제곱에 반비례해서 커지기 때문에, 3.4%의 거리 차이는 약 7%의 빛 세기 차이로 이어집니다. 그런데 이 7%는 북반구와 남반구가 똑같이 받는 양이에요. 거리만으로는 두 반구가 정반대 계절을 겪는 이유를 설명할 수 없는 거죠. 계절을 가르는 진짜 변수는 자전축 기울기예요.
북반구와 남반구는 계절이 반대인 이유
자전축이 한쪽으로 기울어진 채 태양 주위를 돌기 때문에, 공전 위치에 따라 북반구와 남반구 중 한쪽이 태양 쪽으로 더 기울고 다른 쪽은 반대로 기웁니다. 북반구가 여름을 보낼 때 남반구는 태양으로부터 더 멀리 기울어져 있어 겨울을 맞아요.
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그래서 호주나 남아메리카처럼 남반구에 있는 나라들은 12월에 여름휴가를, 7~8월에 겨울방학을 보내요. 같은 날짜라도 적도를 기준으로 남과 북의 계절이 완전히 엇갈리는 셈이에요.
적도 지역은 계절 변화가 거의 없는 이유가 뭔가요?
적도는 자전축 기울기의 영향을 가장 적게 받는 위치라서 1년 내내 태양빛이 거의 수직에 가깝게 들어옵니다. 그래서 기온 변화보다는 건기와 우기처럼 강수량 차이로 계절을 구분하는 경우가 많아요.
자전축은 원래부터 23.5도로 기울어져 있었나요?
정확한 형성 과정은 아직 연구가 진행 중이에요. 지구 형성 초기에 다른 천체와 충돌한 영향일 가능성이 유력한 가설로 꼽히지만, 지금의 기울기로 자리 잡기까지 어떤 과정을 거쳤는지는 추가 연구가 필요한 부분이에요.
꿀팁 요약
계절은 거리가 아니라 자전축 23.5도 기울기 때문에 생겨요, 근일점(1월)에도 북반구는 겨울이에요, 거리차 3.4%가 만드는 빛 세기차는 약 7%뿐이라 계절을 설명하기엔 부족해요, 북반구와 남반구 계절은 늘 정반대로 나타나요
거리 때문이라고 생각했던 계절의 원리가 사실은 지구가 살짝 기울어진 자세 하나에서 비롯된다는 게 새삼 신기하네요. 대기 중에서 벌어지는 다른 현상이 궁금하다면 번개가 구름 속에서 만들어지는 원리도 함께 보면 재미있을 거예요. 이런 잡다한 과학 이야기 계속 받아보고 싶으시면 구독 한 번 눌러주세요.
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