- 우리는 우주인이 아니다. 우리가 알아두어야 할 것도 태양계에 관한 한은 항공기상학에서 만큼은 한정되어 있다고 할 수 있다. 하지만 여기에도 몇가지 알고 넘어가야 할 부분이 있기에 여러 분야의 검색을 통해 조종사에게 필요한 부분을 보충하고자 한다.
A. 태양계(太陽系, 영어: Solar System)
: 대략 46억 년 전 거대 분자 구름의 중력 붕괴로 형성된 태양과, 태양과 함께 태어나 태양의 중력에 붙잡혀 있는 주변 천체가 이루는 체계를 말한다. 소행성대를 기준으로 안쪽에 있는 네 개의 작은 행성 수성, 금성, 지구, 화성, 즉 지구형 행성은 주로 암석과 금속으로 구성되어 있고, 바깥쪽에 있는 네 개의 큰 행성 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 즉 거대 가스 행성은 대량의 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 지구형 행성보다 훨씬 무겁다.
태양계의 구성 천체로는 소천체로 이루어진 띠도 있다. 화성과 목성 사이에 있는 소행성대의 소천체 무리는 지구형 행성과 비슷하게 암석과 금속으로 구성되어 있다. 카이퍼대와 그 소집단 산란 분포대는 해왕성 궤도 너머에 있으며, 이곳의 천체는 대부분 물, 암모니아, 메탄 등이 얼어 있는 얼음으로 구성되어 있다. 이 띠 내에 있는 다섯 개의 천체 세레스, 명왕성, 하우메아, 마케마케, 에리스는 자체 중력으로 원형을 유지할 만큼 크다고 인정되어 왜행성이라고 불린다. 장주기 혜성의 고향 구실을 하고 있는 오르트 구름은 지금까지의 구역의 대략 천 배의 거리에 걸쳐 있다.
▶ 태양계 내에서 혜성, 센타우루스, 우주 먼지 같은 소천체는 이런 구역을 자유롭게 떠다닌다. 또한 태양으로부터의 플라스마 흐름인 태양풍은 태양권 내에서 항성풍 거품을 만들어 낸다.
행성 여섯 개(지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성)와 왜행성 세 개(명왕성, 에리스, 하우메아)는 위성을 가지고 있다. 목성형 행성은 모두 고리를 가지고 있다.
태양계[위키백과참조]-행성간 거리는 왜곡
B. 항공기상으로의 접근
: 태양은 우리 태양계의 중심에서 행성들을 중력적으로 지배하며, 인류가 표면을 관찰할 수 있을 정도로 가까이( 놓여 있는 유일한 항성이며, 그 질량은 우리 태양계의 구성물질의 대부분(99.86%-전체 태양계의 질량을 100이라 가정시)을 차지한다. 가깝다고 하는 거리를 우리는 넓은 우주를 측정하기 위한 거리의 기준으로 삼는데 이를 천문단위(au : 1 au = 1.49597870700 × 1011 m = 149,597,870.700 km(원일점))라고 부른다. 계략적인 단위로 149,597,870.700 km는 1억5천만 km에 가깝기 때문에 통상적으로 1AU는 1억5천만 km로 본다.
지구의 적도를 두르는 선을 약 40,000km(적도지름 12,756.27km)라고 할 경우 1AU는 적도둘레의 약 3,750배이다. 수치상의 이야기를 조금 더 첨부하면 지구는 태양을 공전하는데 그 공전거리는 6.1AU이다. 이는 초당 30킬로미터의 공전속도로 선회하는 것이며, 지구 자체의 회전인 자전은 정확히 23.934시간을 기준으로 1선회를 하고있다. 이 자전속도를 환산하면 초당 465.11m를 회전하고 있는 것이다. 지구는 회전하면서 선회하는 변화 무쌍한 행성인 것이다.
태양은 빛과 함께 대전되는 입자로 플라즈마의 지속적인 흐름인 태양풍을 발산하고 있다. 이 입자의 흐름은 시속 150만km의 속도로 100AU거리까지 퍼져나간다. 이 경계를 태양권계면이라고 하고 우리가 태양계라고 하는 것이다.
이때 태양표면엣 발생하는 지자기폭풍(흑점의 플레어, 코로나 질량방출 등) 은 태양권을 혼란시키고 우주 기후를 만들어 낸다. 특히 그중에서 태양 자체의 회전 자기장에 의해 발산되는 태양풍이 나선형의 장미꽃봉오리 처럼 태양권전류편을 만들게 된다.
지구 자기장은 이런 태양풍으로부터 지구의 대기를 보호해 준다. 태양풍과 지구 자기장의 상호 작용은 대전(립)된 입자를 지구의 초고층 대기에 직각으로 흐르게 하는데 이 작용에 의해 자북극(magnetic north pole)과 자남극(magnetic south pole)에서 오로라가 만들어 지는 것이다.
태양풍 보다 더 외부적인 요소로는 우주선(線=우주방사선:태양계 외부에 그 기원이 있음.)이 있으며 이를 태양풍이 부분적으로 막아주며, 지구자기장이 태양풍을 막아주는 것이다.
C. 지구(地球, Earth)
: 태양계의 셋째 행성이며, 태양계의 지구형 행성 중에서 가장 크다. 지구는 45.67억 년 전에 형성되었으며 자신과의 격렬한 충돌로 생성된 달을 위성으로 두고 있다. 두 선분은 자오선과 적도를 의미한다. 엷은 대기층으로 둘러싸여 있어 현재까지 알려진 생물들이 살 수 있는 행성이다. 태양에서 지구까지의 거리는 약 1억 5000만 킬로미터(1 AU)이고, 지구는 완전한구(球)가 아닌 회전타원체에 가깝지만 적도 반지름 약 6378킬로미터, 극(極)반지름 약 6357킬로미터로 그 차는 약 20킬로미터밖에 되지 않아 편평도(偏平度)는 매우 낮다.
우리가 흔히 몸무게라고 하면 사람이 지구에서 잰 몸무게를 나타낸다. 내행성 중 가장 질량이 크며, 현재도 지질학적 활동이 일어나고 있다고 알려진 유일한 천체이며, 우주에서 생명체가 살고 있음이 증명된 유일한 천체이다. 태양계 내 암석 행성 중 유일하게 바다가 있으며, 지각판 이동이 일어나는 유일한 천체이다. 지구의 대기 또한 식물의 존재로 자유 산소의 함량이 21퍼센트나 된다는 점에서 다른 암석 행성과 판이하게 다르다. 지구는 자연 위성으로 달을 거느리고 있는데, 달은 태양계의 암석 행성 중 유일한 거대 위성이다.
아폴로17호에서 본 지구의 모습
| 궤도 성질 (역기점 J2000) | |
|---|---|
| 원일점 | 1.016 710 333 5 AU 152,097,701 km |
| 근일점 | 0.983 289 891 2 AU 147,098,074 km |
| 긴 반지름 | 1.000 000 112 4 AU 149,597,887.5 km |
| 짧은 반지름 | 0.999 860 486 9 AU 149,576,999.826 km |
| 궤도 둘레 | 6.179 069 900 7 AU 924,375,700 km |
| 이심률 | 0.016 710 219 |
| 공전 주기 | 365.256 41 d (1.000 017 5 a) |
| 회합 주기 | n/a |
| 최대 공전 속도 | 30.287 km/s (109,033 km/h) |
| 평균 공전 속도 | 29.783 km/s (107,218 km/h) |
| 최소 공전 속도 | 29.291 km/s (105,448 km/h) |
| 궤도 경사 | 0.000 05 ° (태양 적도와는 7.25°) |
| 승교점 경도 | 348.739 36° |
| 근일점 인수 | 114.207 83° |
| 위성 수 | 1 개 (달, 3753 크뤼트네와도 궤도를 공유) |
| 물리적 성질 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 종횡비 | 0.996 647 139 | ||||||
| 타원율 | 0.003 352 861 | ||||||
| 적도 지름 | 12,756.270 km | ||||||
| 극 지름 | 12,713.500 km | ||||||
| 표면적 | 510,065,284.702 km2 | ||||||
| 육지 표면적 | 148,939,063.133 km2 (29.2 %) | ||||||
| 물 표면적 | 361,126,221.569 km2 (70.8 %) | ||||||
| 부피 | 1.0832×1012 km3 | ||||||
| 질량 | 5.9736×1024 kg | ||||||
| 평균 밀도 | 5,515 g/cm3 | ||||||
| 적도 상의 중력 | 9.780 m/s2 (0.997 32 g) |
||||||
| 탈출 속도 | 11.186 km/s | ||||||
| 자전 주기 | 0.997 258 d (23.934 h) | ||||||
| 자전 속도 | 465.11 m/s (적도 기준) | ||||||
| 자전축 기울기 | 23.439 281° | ||||||
| 북극점의 적경 | 0° (0 h 0 min 0 s) | ||||||
| 적위 | 90° | ||||||
| 반사율 | 0.367 | ||||||
| 겉보기 등급 | -3.84 | ||||||
| 표면 온도 |
|
||||||
| 대기 성질 | |||||||
| 대기압 | 100 kPa | ||||||
| 질소 | 77 % | ||||||
| 산소 | 21 % | ||||||
| 아르곤 | 1 % | ||||||
| 이산화 탄소 | 0.038 % | ||||||
| 수증기 | trace (날씨에 따라 변화) | ||||||
-. 자전축 : 23.5도 경사, 북극과 남극의 연장선(북극에서 내려볼경우 반시계방향 CCW) - 360도 / 약24시간 = 15도씩 동→서로 천체들이 움직임.
-. 공전주기 : 365.2564태양일 주기 - 다른천체를 배경으로 하루에 1도씩 서에서 동으로 이동하는 현상 발생.
-. 공전속도 : 30km/sec - 지구의 지름은 7분, 달까지 4시간에 통과할 수 있는 속도 임.
-. 근일점/원일점 : 근일점은 1월3일 부근, 원일점은 7월 4일 부근
-. 자연위성 : 달(The moon)은 항성월 때 27.32일, 삭망월 때 29.53일 주기로 회전 / 지구 궤도면과 5도차이 - 삭망마다 일식과 월식이 반복되지 않는 이유 임.
자전속도 |
465m/s |
음속 |
340m/s |
B747 |
269m/s |
공전속도 |
30,000m/s |
나. 미터법
-. 1790년 프랑스 정부에서 전세계적인 단위의 표준으로 미터법을 제정
-. 기준 : 지구의 적도에서 북극점(당시 기술적 한계로 남극에 관측소를 설치하기 힘듬)까지의 거리를 정확히 10,000km, 자오선의 길이를 40,000km로 정하는 미터법이 제정
-. 1m = 적도에서 극점까지 거리의 1/10,000,000(천만분의 1) 임.
다. 지구자기장
-. 우주의 방사선을 막아줘 생명체의 존재를 가능하게 함.
-. 150년 동안 약 10% 감소
-. 자기장의 감소는 대규모 지진활동, 화산활동, 기후변화, 동물들의 대량멸종에 영향을 미침
-. 지구자기장의 감소로 점차 화성화 되어 감.
라. 구성물질
-. 육지 : 약29.2%
-. 물 : 20.8%
D. 해수면(海水面, Sea level)
: 일반적으로는 해양의 수면, 표면을 의미한다. 해수면은 측지학적으로는 해양의 평균적인 높이(평균해수면)를 나타낸다. 대기와 해양은 그 경계면인 해수면을 통해 열(잠열, 상전이) 및 운동량(바람 응력) 등의 형태로 에너지를 교환하고 있으며 해양 물리학, 기상학의 관점에서 매우 중요하다.
가. 평균해수면 (平均海水面, Mean sea level(MSL)) - [위키백과]참조
: 평균적인 해수면의 높이이며 기준이 되는 지점으로부터의 높이이다. 평균해수면으로부터의 고도가 해발이다. 평균해수면은 "바다가 평온할 때의 수위" 즉 바람이나 물결에 의해서 변화하는 해수면의 평균적 상태를 의미하고 조석 등으로 변화하는 해수면의 일정시간의 평균으로서 구할 수 있다.
해수면은 실제 해수면의 변화나 관측점의 고도의 변화에 의해서 정해지지만 현실에서는 장기적인 평균치를 취해도 해류나 기압 변화, 온도, 염분 농도의 변화 등의 영향을 받는다. 만약 이러한 영향이 없고 또 육지나 해저지형의 영향이 없는 경우에는 평균해수면은 지구의 등전위면인 지오이드면과 일치한다. 평균해수면과 지오이드의 차이는 해면 형상학에 의해서 조사할 수 있지만 세계적으로는 ±2m의 범위에 있다. 평균해수면은 지구 표면 전체가 일정한 것은 아니고 파나마 운하에서 태평양은 대서양보다 20cm 높다.
우리나라에서는 인천(만) 앞바다의 평균해수면을 해발 0m로 하고 있다. 인하대학교 구내에 수준원점을 만들고 높이를 26.6871m로 지정 활용하고 있다.
계기 비행 방식(IFR)으로의 비행에서는 정확하게 신뢰할 수 있는 평균해수면으로부터의 고도(해발 고도, AMSL)와 착륙 목적의 공항의 고도의 계측이 필요하기 때문에 항공 기술에 대해서 평균해수면은 세계 측지계에 근거한 타원 구체를 기준으로 GPS(범지구위치결정시스템)를 이용해 구하고 있다.
해수면의 상승변화표
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