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[우주의 속삭임(126)] 올여름 지구 자전 속도 왜 빨라지나?
- 달의 질량 이동으로 올해 7월과 8월의 일부 날에서 '짧은 하루'가 예고됐다. 올여름 지구의 자전 속도가 일시적으로 빨라지면서 7월 9일, 7월 22일, 8월 5일 등 일부 날짜에는 하루가 평소보다 짧아질 전망이라고 과학 기술 전문매체 라이브사이언스가 보도했다. 하루 길이는 각각 1.3~1.51밀리초(1밀리초=0.001초)가량 줄어들 것으로 과학자들은 내다봤다. 이는 달의 위치가 지구 자전에 영향을 주기 때문이다. 지구가 하루에 한 바퀴 자전하는 데 걸리는 시간은 약 86,400초, 즉 24시간이다. 하지만 이 자전 속도는 일정하지 않다. 달과 태양의 위치, 지구 자기장 변화, 지각 내 질량의 재배치 등 다양한 요인들이 영향을 미친다. 특히 달이 극지방 가까이 위치하게 되면 지구의 자전 속도가 증가하는 경향을 보인다. 이 현상은 마치 팽이를 잡고 돌릴 때 손의 위치에 따라 회전 속도가 달라지는 것과 유사하다. 이러한 물리적 변화의 또 다른 원인으로는 지구의 계절적 질량 이동이 있다. 영국 리버풀대학의 천체물리학자 제임스 홈(James Holme) 교수는 "북반구에는 남반구보다 육지가 많다. 북반구 여름철이면 나무에 잎이 자라며 지상의 질량이 공중으로 이동하는데, 이는 지구의 자전축에서 더 멀어지는 방향으로 질량이 분포되는 것"이라고 설명했다. 그는 이어 "빙상 선수가 팔을 몸에 바짝 붙이면 회전이 빨라지고, 팔을 벌리면 느려지는 것처럼, 지구의 질량이 중심에서 멀어지면 회전 속도는 느려지고 하루는 길어진다"고 부연했다. 지구의 자전 속도는 이처럼 질량의 위치와 분포에 민감하게 반응한다. 하지만 일반인이 느끼기엔 이런 변화는 미미한 수준이다. 하루가 1.5밀리초 짧아진다고 해도 시계는 여전히 24시간을 가리킨다. 시차나 표준시 변동도 없다. 실제로 시간대 조정이 필요한 경우는 하루 길이의 차이가 0.9초(900밀리초)를 초과할 때뿐인데, 이는 단 하루 만에 발생한 적은 없다. 다만 장기적으로 볼 때 지구의 자전과 시계 간 불일치는 축적된다. 이를 조정하는 역할은 국제지구자전서비스(IERS·International Earth Rotation and Reference Systems Service)가 맡고 있다. 이 기구는 지구 자전 주기와 협정세계시(UTC)의 차이를 감시하고 있으며, 필요할 경우 '윤초(leap second)'를 삽입해 시간 오차를 보정한다. 지난 수십 년간 총 27회의 윤초가 도입됐다. 한편 과거에는 지구 자전이 지금보다 훨씬 빨랐다. 약 10억~20억 년 전에는 하루가 고작 19시간에 불과했던 것으로 분석된다. 이는 달이 당시 더 가까이 있었고, 그만큼 강한 중력을 행사했기 때문이다. 시간이 흐르며 달이 멀어졌고, 지구의 자전도 점차 느려져 쥐라기 시대(약 2억130만년~1억 4500만년 전)에는 하루가 약 23시간이었으며 오늘날에는 24시간에 이르렀다. 하지만 최근에는 반대로 지구가 다시 빨라지는 추세도 관측되고 있다. 2011년 일본을 강타한 규모 8.9의 지진은 지구의 자전을 가속화해 표준 24시간의 길이를 1.8마이크로포(0.0018밀리초) 단축시켰다. 2020년 이후 과학자들은 지구 자전 속도가 빨라지고 있다고 보고했으며, 2024년 7월 5일에는 기록상 가장 짧은 하루가 관측되기도 했다. 당시 하루 길이는 표준 시간인 86.400초보다 1.66밀리초 짧았다. 지구 자전 속도의 이러한 미세한 일일 변동은 1950년대 원자시계를 통해 측정되기 시작했다. 올 여름에는 달이 지구 적도에서 가장 멀리 떨어져 있는 날이 3일이나 된다. 과학자들은 이로 인해 지구의 시간이 미세하게 변화해 △7월 9일은 낮이 1.30밀리초 단축되며, △7월 22일 지구는 하루 중 1.38밀리초를 잃고, △8월 5일은 낮이 1.51밀리초 단축될 것으로 예측했다. 이러한 변화는 위성항법 시스템(GPS), 원자시계 기반 정밀 기술, 통신 및 금융망 등에 미세한 영향을 줄 수 있다. 과학자들은 이러한 자전 속도 변동을 지속적으로 관측하고 있으며, 이로 인한 장기적인 시간 기준 체계의 보정 가능성도 주시하고 있다. 한편, 과학자들은 지구의 하루 길이가 매 세기마다 약 1.7밀리초씩 증가하고 있다는 사실을 발견했다. 시간이 지날수록 그 차이는 커져서 지금부터 약 2억년 후에는 하루가 25시간이 될 것으로 예상하고 있다. 이처럼 겉으로는 평온해 보이는 지구의 하루 24시간조차, 사실은 끊임없이 변화하고 있는 역동적인 우주 자연 현상의 결과임을 다시금 보여주는 사례다.
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[우주의 속삭임(126)] 올여름 지구 자전 속도 왜 빨라지나?
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[기후의 역습(107)] 2024년, 과학계를 뒤흔든 기후 충격⋯탄소 폭증·해류 붕괴·지구 자전 변화
- 2024년은 급증하는 탄소 배출량, 예상치 못한 지구온난화 요인, 붕괴 직전에 놓인 해류 등으로 기후 과학계를 충격에 빠뜨린 한 해였다. 올해 지구는 기후가 빠르게 온난화되고 있으며, 예측 불가능한 단계에 진입하고 있다는 명확한 신호를 보냈다. 스페인을 강타한 대규모 산사태부터 플로리다 해안을 잇따라 덮친 초강력 허리케인까지, 2024년은 극단적인 날씨가 전 세계를 강타했다. 기후 과학자들은 국가들이 즉각적으로 탄소 배출을 감축하지 않으면 지구가 더욱 통제 불가능한 기후 혼돈 단계로 진입할 것이라고 거듭 경고했다. 그러나 2024년은 암울한 소식만 있었던 것은 아니다. 연구자들은 기후 변화의 최악의 영향을 막기 위한 완화 전략도 제시했다. 예를 들어, 과학자들은 지구 대기층 중 하나인 성층권(지표면에서 약 12~50km 상공)의 수분을 제거하는 방안을 제시했다. 성층권이 열을 우주로 방출하지 못하게 막는 역할을 한다고 판단해 이를 건조시켜 지구를 냉각시키는 방안을 제안한 것이다. 예상치 못한 새로운 온난화 요인부터 남극에서의 '체제 전환(regime shift)'까지, 라이브사이언스가 다룬 2024년 기후 변화 분야에서 주목할 만한 사건들을 정리했다. AI, 지구 자전 속도와 기울기 변화 경고 올여름, 인공지능(AI)을 활용한 연구 결과에 따르면, 기후 변화가 지구의 자전 속도에 영향을 미쳐 하루 길이가 길어질 수 있다는 경고가 나왔다. 극지방의 빙하가 급속히 녹으면서 물이 적도 부근으로 유입되고, 이로 인해 지구가 적도에서 불룩해지는 현상이 나타났다. 이는 지구 중심에서 더 먼 곳에 무게가 쏠리게 만들어 자전 속도를 늦출 수 있다. 마치 회전하는 피겨스케이터가 팔을 벌릴 때 속도가 느려지는 원리와 유사하다. 연구진은 적도 부근의 물 축적으로 인해 지구 자전축이 이동하고 있으며, 자북극과 자남극이 매년 축에서 점점 멀어지고 있다고 밝혔다. 지구 자전 변화는 하루가 미세하게 길어질 수 있다는 것을 의미한다. 인간은 이를 보정하기 위해 음의 윤초(閏秒)를 도입해 쉽게 조정할 수 있다. 그러나 이러한 현상이 심화될 경우, 우주 탐사 및 컴퓨터와 스마트폰의 시간 측정 시스템에도 영향을 미칠 수 있다는 지적이 나온다. 지구, 1.5도 상승선 연속 초과 7월에 발표된 분석에 따르면, 2023년 6월부터 13개월 연속 지구 평균 기온이 산업화 이전 평균보다 최소 섭씨 1.5도(화씨 2.7도) 높았다. 매월 기온이 전월을 상회했으며, 이는 지구가 파리기후협정에서 설정한 1.5도 목표를 지속적으로 초과하고 있음을 보여준다. 해당 기간 동안 지구 평균 기온은 산업화 이전보다 섭씨 1.64도(화씨 3도) 높았으며, 과학자들은 "역대급" 기록이 경신되고 있다고 밝혔다. 엘니뇨와 탄소 배출, 기록적 고온 유발 올해의 폭염 현상은 부분적으로 엘니뇨에 의해 촉진됐다. 엘니뇨는 동·중태평양 적도 지역의 해수면 온도를 높이는 기후 주기로, 지구 평균 기온 상승에 영향을 미친다. 하지만 연구진은 기후 변화와 온실가스 배출 증가가 폭염의 주요 원인임을 강조했다. 파리기후협정에서 설정한 1.5도 목표는 20~30년 동안의 평균으로 측정되므로 당장은 깨지지 않았지만, 가까운 미래에 온도가 하락할 조짐은 보이지 않는다고 연구진은 지적했다. 해운 규제, 예상치 못한 온난화 가속화 5월에 발표된 연구에 따르면, 최근 해운 부문에서 이뤄진 배출 감소가 지구 온난화를 가속화하고 해수 온도를 기록적으로 높이는 데 기여한 것으로 나타났다. 2020년 시행된 해운 규제로 인해 황산화물 배출량이 80% 급감했다. 이는 대기 질 개선에는 긍정적인 효과를 미쳤지만, 황산화물 입자의 급감은 태양 복사열을 반사해 지구를 냉각시키는 효과를 상실하게 했다. 과학자들은 이를 "의도치 않은 대규모 지구공학 실험"으로 규정했다. 과거 황산화물 입자는 온실가스 배출로 인한 온난화를 일부 상쇄하는 역할을 했다. 하지만 올해 연구진은 입자 감소로 인해 향후 몇 년 동안 지구가 이례적으로 더워질 수 있다고 경고했다. 이미 2023년에는 온난화 규모가 2020년 지구 열 흡수 증가의 80%에 해당한다고 밝혔다. 지구, 2030년까지 2도 상승 가능성 2월에 발표된 논란의 여지가 있는 연구는 지구 온난화가 예상보다 최소 10년 빠르게 진행되고 있으며, 2030년까지 산업화 이전 대비 2도(화씨 3.6도)의 온난화에 도달할 것이라고 밝혔다. 기존 예측은 온난화가 2040~2050년 사이에 발생할 것으로 예상했다. 연구진은 카리브해에서 발견된 해면 동물의 골격을 분석해 이러한 결론을 도출했다. 그러나 일부 과학자들은 카리브해의 온난화가 전 세계 해양을 대표하지 않는다고 지적하며 연구 결과를 비판했다. 독일 막스플랑크 기상학연구소의 요헴 마로츠케 교수는 "이 작은 해양 지역에서 전 세계로 확대 해석하는 것은 믿을 수 없다"고 말했다. 대서양 해류 붕괴 경고 올해 기후 과학자들은 대서양 해류가 이번 세기 내에 붕괴할 수 있으며, 이는 북반구와 아마존 우림, 열대 몬순 지역에 기후 혼란을 야기할 것이라고 경고했다. 대서양 자오선 순환(AMOC)으로 알려진 주요 해류가 여기에 포함되며, 이는 유럽의 온화한 기후를 유지하고 대서양 생태계를 지탱하는 역할을 한다. 그러나 북극 해빙이 녹으면서 북대서양의 염도가 낮아지고, 해류의 순환 동력이 약화되고 있다. 이에 따라 유럽 북부는 급격한 한랭화를 겪을 수 있으며, 북대서양에서 '냉점(cold blob)' 현상이 이미 관측되고 있다. 탄소 배출, 사상 최대치 기록 2024년 화석 연료로 인한 전 세계 탄소 배출량은 412억 톤(374억 메트릭 톤)으로 사상 최고치를 기록했다. 이는 2023년 대비 0.8% 증가한 수치로, 과학자들은 탄소 배출이 아직 정점을 찍지 않았다고 분석했다. 연구진은 현재의 배출 속도라면 향후 6년 내에 지구 온난화가 파리협정의 1.5도 목표를 초과할 확률이 50%에 이를 것이라고 경고했다. 남극, 빙하 '체제 전환' 진입 우려 올해 2월 20일 남극의 해빙 면적은 198만 5000㎢(76만 6400 제곱마일)로, 역대 최저 수준에 근접했다. 이는 남극 대륙의 육상 빙하를 보호하고 지구의 냉각 역할을 하는 해빙의 감소를 의미한다. 과학자들은 남극이 회복 불가능한 '체제 전환(regime shift)' 단계에 접어들고 있으며, 이는 남극뿐만 아니라 전 세계 해양 시스템에 혼란을 야기할 수 있다고 경고했다. 2022년 남극에서는 역대 최대 폭염이 발생했으며, 황제펭귄 새끼들이 대량 폐사하는 사례도 보고됐다.
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[기후의 역습(107)] 2024년, 과학계를 뒤흔든 기후 충격⋯탄소 폭증·해류 붕괴·지구 자전 변화
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지구 온난화로 극지방 얼음 녹아 지구 자전 속도 변화
- 기후 변화로 극지방 얼음이 녹으면서 지구의 자전 속도에 영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. CNN은 지난 27일(현지시간) 앞으로 몇 년 안에 1초를 잃는 음의 윤초 현상이 나타나게 될 것이라며 북극의 얼음이 녹으면 자구의 자전 속도가 바뀌고 그로 인해 시간 자체가 바뀐다는 새로운 연구가 나왔다고 보도했다. 이날 학술 저널 '네이처(Nature)' 저널에 발표된 연구에 따르면 지구 온난화의 영향으로 윤초가 나타날 가능성이 크다. 보고서는 북극 얼음이 녹으면서 윤초가 3년 늦어져 2026년에서 2029년으로 늦춰진다고 밝혔다. 하루를 결정하는 시간과 분은 지구의 자전에 의해 결정된다. 그러나 그 회전은 일정하지 않아서, 지구 표면과 중심의 핵에서 일어나는 현상에 따라 조금씩 변할 수 있다. 거의 눈에 띄지 않는 이같은 시간의 변화는 세계의 시계를 때때로 '윤초(1초를 더하거나 빼는 것)'로 조정해야 함을 의미하며, 이는 컴퓨팅 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있다. 실제로 2017년은 365일하고도 1초가 더 있는 해였다. 한국 시간으로 2017년 1월 1일에 1초가 추가됐다. 세계협정시(UTC)는 세슘 원자의 진동수를 기준으로 측정하기 때문에 오차(3000년에 1초)가 거의 없다. 원자시에 따르면 하루는 정확히 8만6400초다. 그런데 온난화 영향으로 인류는 처음으로 1초를 빼야할 위기에 처한 것. 1972년부터 26초의 윤초가 추가됐고 2017년 1월에 추가된 윤초는 27번째였다. 지금까지 음의 윤초가 실시된 적은 없다. 사상 첫 '음의 윤초' 도입할 수도 1972년부터 지금까지 윤초로 인해 27초가 추가됐으며 오랜 기간 둔화 추세를 보인 끝에 지구 중심 핵의 변화로 인해 지구의 자전 속도가 이제 빨라지고 있다. 그로 인해 음의 윤초를 실시해야 할 때가 다가온다는 지적이다. 프랑스 국제 도량형국 시간 부서의 일원인 파트리샤 타벨라(Patrizia Tavella)는 연구에 첨부된 글에서 "음의 윤초는 추가되거나 테스트된 적이 없으므로 이로 인해 발생할 수 있는 문제는 전례가 없다"라고 적었다. 캘리포니아 대학교 샌디에고 지구물리학 교수이자 이번 연구의 저자인 던컨 애그뉴(Duncan Agnew)는 "지구 시간을 측정하는 과정에서 예상되는 변화들을 파악하는 것은 지구 온난화가 미치는 영향을 이해하는 데 달려 있다"고 말했다. 1960년대 후반부터 전 세계는 세계협정시(UTC)를 사용해 시간대를 설정하기 시작했다. UTC는 원자시계의 정확성에 기반하지만 지구의 자전 속도도 반영한다. 그러나 지구 자전의 불규칙성으로 인해 UTC와 지구 자전 기반의 시간 차이에 미묘한 차이가 발생한다. 이 차이를 조정하기 위해 때때로 '윤초'를 추가해야 한다. 장기적으로 보면, 지구의 자전 속도 변화는 주로 해저의 조수 마찰에 의해 영향을 받아 왔으며 이는 자전 속도의 저하로 이어졌다. 애그뉴 교수는 최근 인간이 화석 연료 사용으로 인한 열이 북극 얼음이 녹는 것에 커다란 영향을 미쳤으며, 이 현상은 지구의 자전 속도에 중대한 영향을 미치고 있다고 지적했다. 얼음이 바다로 녹아내리면, 이 녹은 물이 극지방에서 적도 쪽으로 이동하면서 지구의 자전 속도가 더욱 느려진다는 설명이다. 그는 극지방의 얼음이 녹는 현상이 지구의 회전에 전례 없는 방식으로 영향을 미쳤다며 "인간 활동이 지구의 자전을 변화시킬 수 있다는 사실이 정말 놀랍다"고 말했다. 그러나 보고서에 따르면 얼음이 녹아 지구의 자전 속도가 느려질 수 있지만 지구의 핵과 같은 다른 요소도 세계의 시간 측정에 영향을 미치고 있다. 이는 지구 자전 속도 변화의 복합적인 원인을 시사한다. 지구의 핵, 외부 지각과 독립적으로 회전 액체상태인 지구의 핵은 단단한 외부 지각과 독립적으로 회전한다. 애그뉴는 지구 핵의 회전 속도가 느려지면 단단한 지각의 속도가 상대적으로 증가해 전체적인 추진력이 유지된다고 설명했다.그리고 이것이 바로 현재 발생하고 있는 현상이라고 지적했다. 지구 표면 아래 약 2897km(약 1800마일)에서 발생하는 현상에 대해서는 거의 알려진 바가 거의 없으며 핵의 회전 속도 변화 원인 역시 분명하지 않다. 애그뉴는 이에 대해 "근본적으로 예측이 불가능하다"고 말했다. 연구 결과 분명한 것은 극지방의 얼음이 녹는 것이 지구 자전 속도를 늦추는 영향에도 불구하고 전반적인 지구의 자전 속도는 빨라지고 있다는 것이다. 이는 세계가 음의 윤초, 즉 1초를 제거해야 하는 상황에 처음으로 직면해야 할 수도 있음을 의미한다. 1초는 짧은 시간처럼 보일 수 있지만 증권 거래와 같은 민감한 활동을 위해 설계된 컴퓨팅 시스템은 1000분의 1초까지의 정확성을 요구한다. 대부분의 컴퓨터 시스템은 1초를 추가할 수 있는 소프트웨어가 있지만 1초를 제거할 수 있는 기능을 갖춘 시스템은 드물다. 음의 윤초가 도입되면 많은 시스템이 새로운 프로그래밍을 필요로 하게 되며, 이는 오류를 유발할 가능성이 있다. 애그뉴 교수는 "지구의 자전 속도가 윤초를 제거해야 할 정도로 빨라질 것이라고 예상한 사람은 거의 없다"고 말했다. 콜로라도 대학교 볼더 빙하학자인 스캄보스(Scambos) 박사는 이 연구에서 주목할 점으로 "지난 10년 간 지구의 핵 변화가 극지방의 증가하는 얼음 손실 추세보다 더욱 두드러진 경향을 보이고 있다"고 지적했다. 애그뉴는 "얼음이 지금처럼 많이 녹아 지구의 자전 변화가 실제로 측정할 수 있는 수준에 이르렀으면 '이건 정말 심각한 문제다'라고 느껴질 것"이라고 말했다. 극소용돌이 궤도 변화 한편, 지난 27일 라이브사이언스에 따르면 3월 초, 대기권의 기습적인 온난화로 인해 북극의 극소용돌이의 궤도가 변경됐다. 이는 최근 발생한 가장 극단적인 대기권 변화 중 하나로 기록됐다. 라이브사이언스는 차가운 공기를 담은 극소용돌이가 잘못된 방향으로 회전하고 있으며, 이로 인해 발생하는 '오존 급증'이 전 세계 기상 패턴에 영향을 미칠 수 있다고 전했다. 과거, 북극을 둘러싼 차가운 공기의 회전 덩어리인 극소용돌이의 붕괴는 미국의 전역에 걸쳐 극심한 추위와 폭풍을 초래했다. 극소용돌이의 방향이 갑자기 바뀌면서 북극 상공에서는 기록적인 '오존 증가' 현상이 관측됐다. 극소용돌이는 주로 겨울철에 가장 두드러지며 지표면에서 약 50km(약 30마일) 위까지 대기의 두 번째 층인 성층권까지 확장된다. 영국 기상청에 따르면, 이 소용돌이는 시계 반대 방향으로 회전하며 최대 풍속은 약 250km/h로, 5등급 허리케인과 비슷한 속도다. 유사한 극소용돌이 현상은 남반구의 겨울 동안에 남극 주변에서 발생한다. 기상청은 극소용돌이는 때때로 일시적으로 방향을 바꾼다고 설명했다. 이러한 현상은 갑작스러운 성층권 온난화(SSW)에 의해 발생할 수 있으며, 이때 성층권의 온도가 화씨 90도(섭씨 50도)만큼 상승할 수 있으며 짧게는 며칠, 몇 주 또는 길게는 몇 달 동안 지속될 수 있다. 음의 윤초 도입에 앞서 지속 가능한 방식으로 온실 가스 배출을 줄이고, 기후 변화에 대응하기 위한 국제적인 노력이 더욱 시급한 때라고 할 수 있다.
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지구 온난화로 극지방 얼음 녹아 지구 자전 속도 변화
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