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학습자료/과학

낮과 밤이 생기는 까닭

대한민국 교육부 2015. 11. 17. 11:41

낮과 밤이

생기는 까닭



■ 낮과 밤이 생기는 까닭을 밝히기 위한 노력 : 프톨레마이오스에서 갈릴레이까지

일반적으로 해가 뜰 때부터 질 때까지를 낮, 해가 질 때부터 뜰 때까지를 밤이라고 합니다. 그렇다면 낮과 밤이 왜 생기는 걸까요?


아주 오래전 사람들은 하늘에서 일어나는 일은 신과 관련 있다고 생각하였습니다. 예를 들어 보르네오 섬에 살던 사람들은 원래 낮만 존재했지만 여신 ‘망’이 바구니에 어둠을 담아와서 밤이 생겼다고 믿었습니다. 또한 고대 그리스 사람들은 태양의 신 ‘아폴론’이 태양을 마차에 싣고 하루에 한 번씩 동쪽에서 서쪽으로 날아가기 때문이라고 믿었습니다.


▲ 태양의 신 아폴론(출처: 에듀넷)


이후 고대 그리스에서는 과학과 철학이 발달하면서 많은 학자들이 낮과 밤이 생기는 이유에 대해 탐구하기 시작했습니다. 기원전에는 아낙시만드로스(B.C. 610~546년)가 주장한 ‘정지해 있는 원통형의 지구 위에 별이 가득 찬 여러 겹의 하늘이 양파 껍질처럼 둘러싸여 있는 형태라는 것을 믿었습니다. 그 이후 150년경에 프톨레마이오스(A.D. 83~168년)에 의해 낮과 밤이 바뀌는 까닭이 이론으로 제시되었는데, 이것이 그 유명한 ‘천동설’입니다. ‘천동설’에 의하면 지구가 우주의 중심입니다. 때문에 지구는 움직이지 않고 태양, 달, 행성이 각각 지구를 둘러싸고 공전합니다. 이 이론에 의해 낮과 밤이 생기는 까닭은 태양이 지구 주위를 동쪽에서 서쪽으로 돌고 있기 때문이라고 여겨져 왔습니다.


▲ 프톨레마이오스와 천동설(출처: 에듀넷)


사람들은 1400년대까지 지구가 우주의 중심이라는 ‘천동설’을 널리 믿었습니다. 그런데 1514년 성직자였던 코페르니쿠스(1473~1543년)가 새로운 이론을 제시합니다. 그는 밤하늘을 관측하다가 화성의 역행을 관찰하게 되는데 이는 지구가 중심에 있다는 ‘천동설’로는 설명할 수 없는 것이었습니다. 그리하여 지구가 아니라 태양이 우주에 중심에 위치한다는 이론을 주장하게 됩니다. 하지만 당시 ‘천동설’은 종교에 기반하여 확고한 진리로 여겨졌기 때문에 코페르니쿠스의 이론은 조용히 묻힐 수밖에 없었습니다.


▲ 코페르니쿠스와 지동설(출처: 에듀넷)


이후 100년이 지나고 근대 물리학의 아버지라 불리는 갈릴레이(1564~1642년)에 의해 ‘지동설’은 부활하게 됩니다. 그는 망원경을 개발하여 달의 분화구, 금성의 위상 변화 등을 관측하여 지동설의 근거를 모았습니다. 그리하여 마침내 1632년 ‘지동설’의 내용을 담은 <천문 대화(프톨레마이오스와 코페르니쿠스와의 2대 세계 체계에 관한 대화)>를 펴내게 됩니다. ‘천동설’ 대신 ‘지동설’을 주장했다는 이유로 갈릴레이가 종교 재판을 받게 되었다는 이야기는 익히 들어 잘 알고 있지요? ‘지동설’에 의하면 태양은 움직이지 않으며 지구가 태양 주위를 공전하면서 자전하기 때문에 낮과 밤이 생긴다고 할 수 있습니다.



■ 낮과 밤은 왜 생기는 것일까?

수많은 과학자들의 노력으로 지구가 하루에 한 번 스스로 돌아가는 자전에 의해 낮과 밤이 생긴다는 원리가 밝혀졌습니다. 지구가 자전을 하면 어떤 일이 일어나는지 알아볼까요? 책상 위에 둥근 공을 하나 올려놓고 후 제자리에서 돌아가는 회전의자를 준비합니다. 회전의자에 앉아서 반시계 방향으로 한 바퀴 돌아 보세요. 여러분이 지구라고 생각한다면 그것이 바로 자전입니다. 둥근 공을 태양이라고 한다면 둥근 공이 보이기 시작하는 시점이 해가 뜨는 때이고, 둥근 공이 시야에서 사라지는 시점이 해가 지는 때입니다.


그렇다면 지구의 자전에 의해 낮과 밤이 어떻게 해서 생기는지 간단한 실험을 통해 그 원리를 이해해 봅시다.


▲ 지구의와 손전등을 이용한 실험(출처: 에듀넷)



■ 우리의 이웃, 태양계 행성들의 낮과 밤

지구와 마찬가지로 태양계 행성들도 자전을 합니다. 따라서 태양계의 행성들도 지구와 마찬가지로 낮과 밤이 생깁니다. 하지만 지구가 1일 24시간 동안에 한 바퀴 자전하는 것과 달리 태양계의 행성들은 자전 주기가 다르기 때문에 낮과 밤이 바뀌는 주기가 서로 다릅니다.


행성 이름

자전 주기 

수성 

58.65일 

금성 

243일

지구 

1일 

화성 

24시간 37 

목성 

9시간 55분 5초 

토성 

10시간 14분~38분(유동적) 

천왕성 

17시간 14분 

혜왕성 

16시간 



■ 지구의 자전이 또는 자전과 공전이 모두 멈춘다면 낮과 밤은 어떻게 될까?

지금까지 지구의 자전으로 인해 낮과 밤이 바뀌게 된다는 사실을 공부했습니다. 그렇다면 지구의 자전이 멈춘다면 어떻게 될까요? 낮과 밤이 하루를 주기로 바뀌지 않겠지요. 자전은 하지 않지만 태양을 중심으로 1년에 한 바퀴를 도는 공전은 계속 한다고 가정한다면 1년 중 6개월은 낮이 되고 나머지 6개월은 밤이 될 것입니다. 우리나라 위치에서 계절상으로 봄과 여름일 경우에는 계속 낮이 지속될 것이고 가을과 겨울에는 태양을 등지게 되어서 계속 밤이 지속될 것입니다. 그렇게 되면 지구에 살고 있는 수많은 생물들이 제대로 생장할 수 없게 될 것입니다. 한쪽은 6개월 동안 태양 에너지를 흡수하여 지나치게 뜨거워져 있을 것이고, 다른 한쪽은 6개월 동안 태양 에너지를 얻지 못해 기온이 엄청 낮을 것이기 때문입니다.


▲ 지구의 자전이 멈춘다면?(출처: 에듀넷)


한편 공전도 하지 않고 지금 이 자리에 멈춘다면 어떻게 될까요? 지금 태양을 바라보고 있는 쪽은 영원히 낮이 될 것이고 그 반대쪽은 영원히 밤이 될 것입니다. 그렇다면 두 면의 온도 차는 더 심해지겠지요.


▲ 지구의 자전과 공전이 모두 멈춘다면?(출처: 에듀넷)


우리가 알고 있는 행성 중에 유일하게 지구만이 생명체가 살 수 있는 것은 자전 주기가 1일이고 공전 주기가 1년인 덕분은 아닐까요?



[자료출처: 에듀넷]




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