여름에 태양과 더 가까워질까? 계절을 만드는 두 가지 변화

뜨거운 여름에는 지구가 태양에 더 가까워졌다고 생각하기 쉽다. 그러나 같은 달에 한국은 여름이고 호주는 겨울이라는 사실부터 떠올려 보자. 지구 전체가 태양에서 같은 거리에 있는데도 두 반구의 계절은 반대다. 거리 하나로는 이 차이를 설명할 수 없다. 계절을 이해하려면 햇빛이 들어오는 각도와 낮의 길이를 함께 보아야 한다.

1. 출발점은 기울어진 자전축이다

지구 자전축은 공전 궤도면에 수직인 방향에서 약 23.4도 기울어져 있다. 지구가 태양을 한 바퀴 도는 동안 한쪽 반구가 태양을 향해 기운 시기와 반대쪽으로 기운 시기가 생긴다. NASA의 계절 설명은 이 기울기를 계절의 핵심 원인으로 제시한다. 6월 무렵에는 북반구가, 12월 무렵에는 남반구가 태양을 향하는 쪽으로 기운다.

지구 그림을 그릴 때는 네 계절의 자전축을 제각각 다른 방향으로 세우지 않도록 주의하자. 한 해를 설명하는 단순한 모형에서는 축의 방향을 거의 나란하게 유지하고 지구의 공전 위치를 바꾼다. 그렇지 않으면 “지구가 태양을 향해 매번 몸을 돌린다”는 잘못된 인상을 줄 수 있다. 계절 그림의 화살표가 아름다운 것보다 배치가 일관적인 것이 먼저다.

2. 같은 빛도 비스듬하면 넓게 퍼진다

한 줄기의 빛이 표면에 정면에 가깝게 들어오면 좁은 면적에 모이고, 비스듬히 들어오면 넓게 퍼진다. 같은 양의 빛을 더 넓은 곳이 나누어 받는다고 생각하면 된다. 햇빛의 입사각 변화가 단위 면적당 받는 에너지와 연결되는 이유다. 이는 표면이 받는 에너지를 설명하는 기하학이지, 실제 기온을 단번에 계산하는 공식은 아니다.

책상 위 종이에 손전등을 가까운 수직 방향과 기울어진 방향으로 비추면 빛 자국의 형태를 비교할 수 있다. 손전등과 종이 사이 거리를 최대한 일정하게 유지하고, 관찰할 항목을 밝기의 인상보다 자국의 넓이로 정해 보자. 서로 다른 거리를 사용하면 거리 변화까지 섞이므로 각도만 비교하는 실험이 되지 않는다. 이 활동도 태양과 지구의 실제 비율을 재현하지 않는 단순 모형이다.

3. 낮이 길면 받는 시간도 길어진다

중위도 지역에서 여름에는 태양이 더 높은 경로를 따라 움직이고 낮이 길어진다. 겨울에는 그 반대다. 햇빛이 집중되는 정도뿐 아니라 받는 시간도 달라지는 것이다. 같은 장소에서 한 달 간격으로 정오 무렵의 그림자 길이와 낮 길이를 비교하면, 계절을 한 장의 달력 그림보다 구체적으로 이해할 수 있다.

기록에는 관찰 시각과 표면 조건을 함께 남기자. 시계의 정오가 정확한 태양의 남중 시각과 같다고 가정할 필요는 없다. 중요한 것은 비교 조건을 가능한 한 맞추고, 흐린 날과 맑은 날의 차이를 따로 적는 것이다. 지역의 기온은 바다, 지형, 대기와 열 저장 등에도 영향을 받으므로 가장 긴 낮과 가장 더운 날이 반드시 일치할 것이라고 예상하지 말자.

4. 거리 변화는 있지만 계절의 주원인은 아니다

지구 궤도는 완전한 원이 아니다. 태양에 가장 가까운 시기는 대체로 1월, 가장 먼 시기는 대체로 7월이다. 북반구의 겨울과 여름 순서가 “가까우면 여름”이라는 설명과 반대라는 점을 NASA 자료에서도 확인할 수 있다. 그렇다고 거리의 영향이 물리적으로 전혀 없다는 뜻은 아니다. 이 글에서 구별하는 것은 영향의 존재와 계절을 만드는 주요 원인이다.

계절을 설명할 때는 먼저 어느 반구인지 확인하고, 그다음 햇빛의 각도와 낮 길이를 묻자. 적도 부근의 계절 구분을 한국의 사계절과 똑같이 적용하는 것도 피해야 한다. “지구가 어디에 있는가”에 더해 “이 지역이 빛을 어떻게, 얼마나 오래 받는가”를 생각하면 반대 계절의 두 도시를 하나의 모형으로 설명할 수 있다.

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