하늘을 올려다보며 우리는 수많은 별들과 행성들을 바라봅니다.
지구도, 태양도, 목성도, 심지어 달도 전부 ‘둥근 모양’을 하고 있는 것을 알 수 있습니다.
또한 이 행성들은 가만히 있는 것이 아니라 태양을 중심으로 돌고 있다는 것도
과학시간이나 다큐멘터리에서 많이 들었습니다.
왜 행성은 꼭 ‘둥글게’ 생겨야 하고, 왜 가만히 있지 않고 ‘공전’할까요?
이러한 질문은 단순한 호기심 같지만, 사실 우주의 근본 원리,
특히 중력과 운동 법칙을 이해하는 데 매우 중요한 실마리가 됩니다.
오늘은 행성의 모양과 움직임을 결정짓는 우주의 기본 법칙들을 쉽고 자세하게 이야기 해볼까요...
1️⃣ 행성은 왜 둥글게 생겼을까?
우리가 알고 있는 지구는 둥그런 모양을 하고 있습니다.
지구 위성 사진을 보면 꼭 공처럼 생긴 모습이죠. 그런데 신기하게도 지구만 그런 것이 아닙니다.
달, 태양, 금성, 목성 같은 다른 행성이나 별들 역시 대부분 둥글게 생겼습니다.
그렇다면 왜 우주의 천체들은 하나같이 둥근 모양일까요?
이 궁금증에 대한 핵심 키워드는 바로 중력입니다.
중력은 모든 질량을 가진 물체 사이에 작용하는 끌어당기는 힘입니다.
예를 들어, 우리가 던진 공이 땅으로 떨어지고, 바닷물에 밀물과 썰물이 생기는 것 역시 모두 중력 때문입니다.
하지만 중력은 단순히 물체를 끌어당기는 것만이 아니라, 천체의 모양에도 큰 영향을 줍니다.
행성이 만들어질 때를 생각해보면,
처음에는 우주 공간에 흩어져 있는 수많은 먼지, 가스, 암석 조각들이 중력에 의해 모이기 시작합니다.
이 조각들이 서로를 끌어당기며 점점 덩어리를 이루고, 그 덩어리가 커질수록 중력의 힘도 더욱 강해집니다.
이때 중요한 점은 중력이 모든 방향에서 고르게 작용한다는 것입니다.
중심을 향해 동서남북 어느 방향에서든 힘이 똑같이 가해지기 때문에,
모여드는 물질들도 자연스럽게 중심으로부터 같은 거리에서 정렬됩니다.
그 결과 가장 균형 잡힌 형태인 ‘구’, 즉 동그란 공 모양이 만들어지는 것입니다.
이것이 바로 대부분의 천체들이 둥글게 생긴 이유입니다.
그런데 지구나 다른 행성들이 완벽한 구는 아니라는 점도 흥미롭습니다.
예를 들어 지구는 스스로 빠르게 자전하고 있기 때문에, 적도 쪽이 약간 튀어나오고,
북극과 남극은 살짝 납작해진 회전 타원체 형태를 가지고 있습니다.
이러한 모양은 ‘적도 팽창’이라는 현상 때문인데,
자전하는 회전력이 중력과 함께 작용하여 적도를 바깥으로 밀어내는 역할을 하기 때문입니다.
그래서 지구는 ‘완전한 공’은 아니지만, 대체로 둥글게 보이는 것입니다.
한편, 크기가 작고 질량이 적은 소행성이나 혜성 같은 천체들은 중력이 약하기 때문에
그 힘만으로 물질을 고르게 끌어모으지 못합니다.
그래서 이들은 울퉁불퉁하고 불규칙한 모양을 하고 있으며, 모래 뭉치처럼 생긴 것도 많습니다.
천체가 둥글게 되는 데에는 질량이 충분히 클 것,
그리고 중력이 강하게 작용할 것이란 조건이 필요합니다.
중력이 충분히 강하면, 모든 방향에서 힘이 균형 있게 작용하여 자연스럽게 둥글게 만들어지게 되는 것입니다.
이처럼 우리가 살아가는 지구가 둥근 이유는 단순한 우연이 아니라, 자연의 힘이 만든 질서와 균형의 결과입니다.
하늘을 올려다볼 때, 단지 별의 모양이 아니라 그 형태를 만든 힘의 원리를 생각해보면
우주를 바라보는 우리의 시선도 훨씬 넓고 깊어질 것입니다.
2️⃣ 공전과 자전의 차이
우리는 흔히 “지구는 돈다”고 말합니다.
하지만 실제로 지구는 단순히 한 방향으로만 도는 것이 아닙니다.
지구는 두 가지 방식으로 동시에 회전하고 있는데, 그 두 가지는 바로 자전과 공전입니다.
📌 자전은 지구가 자기 자신을 축으로 회전하는 것을 말합니다.
이것은 마치 팽이가 자기 축을 중심으로 도는 것과 비슷합니다.
지구는 하루에 한 번, 약 24시간마다 한 바퀴씩 자전합니다.
이 자전의 결과로 우리는 낮과 밤을 경험하게 됩니다.
태양은 늘 같은 위치에서 빛을 보내고 있지만, 지구가 돌고 있기 때문에
태양 빛을 직접 받는 지역은 밝은 낮이 되고, 반대편은 어두운 밤이 되는 것입니다.
또한 지구가 시계 반대방향으로 자전하기 때문에,
태양은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것처럼 보이는 것이죠.
이것은 지구 자전의 대표적인 결과 중 하나입니다.
📌 그다음은 공전입니다.
공전이란 지구가 태양을 중심으로 일정한 궤도를 따라 한 바퀴 도는 운동을 말합니다.
지구는 태양을 중심으로 약 1년(정확히는 365.25일)에 걸쳐 한 바퀴를 도는데, 이 움직임이 바로 공전입니다.
공전의 속도는 시속 약 10만 km에 달할 정도로 매우 빠릅니다.
공전만 한다면 특별할 게 없어 보일 수 있지만,
지구는 자신의 자전축이 약 23.5도 기울어진 상태로 공전하고 있기 때문에 중요한 변화가 생깁니다.
그 변화는 바로 계절입니다.
지구가 기울어진 채로 공전함에 따라,
어떤 시기에는 북반구가 태양을 더 많이 향하게 되고(여름),
어떤 시기에는 남반구가 태양을 더 많이 받게 됩니다(겨울).
이러한 태양 빛의 각도 차이로 인해 봄, 여름, 가을, 겨울의 계절 변화가 일어나는 것입니다.
즉, 자전은 하루를 만들고, 공전은 계절을 만듭니다.
지구의 이 두 가지 운동 덕분에 우리는 규칙적인 낮과 밤, 그리고 계절을 경험할 수 있는 것입니다.
이처럼 자전과 공전은 단순히 우주적인 움직임이 아니라,
지구에서 생명체가 살아가기 위한 정확하고도 필수적인 자연의 리듬이라고 할 수 있습니다.
만약 지구가 자전하지 않는다면 한쪽은 영원히 낮이고, 다른 한쪽은 끝없는 밤이 될 것입니다.
공전하면서도 자전축이 기울어져 있지 않다면 계절은 사라지고, 늘 같은 날씨만 지속될지도 모릅니다.
이처럼 지구의 자전과 공전은 우리가 누리는 시간과 환경의 근본이 되는 자연 현상이며,
하루와 일 년이라는 단위 역시 이 두 운동에서 비롯된 것이라는 점에서
우리의 삶과도 밀접하게 연결되어 있습니다.
3️⃣ 행성은 왜 공전할까? – 중력과 관성의 협동 작용
그렇다면 마지막으로, 왜 지구는 태양 주위를 계속 돌고 있을까요?
그냥 한 번 돌다가 멈추는 것이 아니라, 수십억 년 동안 계속 공전하고 있는 이유는 무엇일까요?
이것은 뉴턴의 만유인력 이론과 관성의 법칙을 함께 이해해야 풀리는 문제입니다.
태양은 매우 무겁습니다. 질량이 커서 강한 중력을 가지고 있고, 그 중력은 지구를 끌어당깁니다.
하지만 지구는 이미 빠른 속도로 옆 방향(직선 방향)으로 움직이고 있었습니다.
지구는 이 속도를 계속 유지하려는 관성을 가지고 있기 때문에,
단순히 태양으로 떨어지지 않고 옆으로 계속 나아가려 합니다.
이렇게 중력으로 끌어당기는 힘과 관성으로 앞으로 나아가려는 힘이 균형을 이루면서,
지구는 태양 주위를 원 궤도로 돌게 되는 것입니다.
이처럼 행성의 공전은 중력과 운동 에너지의 절묘한 협동으로 이루어집니다.
실제로는 완벽한 원형 궤도가 아닌 타원형 궤도를 따라 움직이는데, 이 역시 케플러의 법칙에 따라 설명됩니다.
👉 만약 태양의 중력이 지금보다 강하거나, 지구의 속도가 느려지면
지구는 태양으로 끌려 들어갈 것입니다.
반대로 속도가 너무 빨라지면 태양을 벗어나 우주로 날아가 버릴 수도 있습니다.
우주의 법칙은 단순하면서도 정교합니다
지구가 둥글고, 태양 주위를 돌고 있는 것은 단지 ‘우연한 결과’가 아닙니다.
이는 중력이라는 보이지 않는 힘과 물체의 운동 법칙이 오랜 시간 작용한 결과입니다.
이 원리는 지구뿐 아니라 태양계의 모든 행성, 심지어 은하계의 별들에도 적용됩니다.
우리가 매일 경험하는 낮과 밤, 계절의 변화는 바로 이 ‘우주의 기본 원리’ 덕분에 이루어지고 있는 것입니다.
하늘을 올려다보며, 지구가 어떻게 생겨났고 왜 움직이는지 생각해보는 것도
우리 삶을 더 깊이 이해하는 데 큰 도움이 됩니다.