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외권과 천체
여름이 더운 이유가 태양과 가까워서일까요? 실제로 지구가 태양에 가장 가까운 때는 1월입니다. 자전축 기울기를 직접 0도로 바꿔 보면, 거리와 상관없이 계절이 사라지는 것을 확인할 수 있습니다.
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1년 동안의 낮 길이와 태양 고도
파란선은 낮 길이, 주황선은 남중 고도입니다. 자전축 기울기를 0으로 만들면 두 선이 평평해집니다 — 계절이 사라진다는 뜻입니다.
계절은 거리가 아니라 기울기 때문이다
가장 흔한 오해를 시뮬레이션으로 직접 확인할 수 있습니다.
남중 고도 = 90° − 위도 + 태양 적위 (북반구) | 90° − |위도 − 적위| (남·북 공통)
교과서 식은 북반구 기준입니다. 남반구까지 한 식으로 쓰려면 90° − |위도 − 적위| 로 두면 됩니다 — 시드니를 골라 확인해 보세요. 이 시뮬레이션은 이 일반식으로 계산합니다.
지구는 1월에 태양과 가장 가깝고(약 1억 4,710만 km) 7월에 가장 멉니다(약 1억 5,210만 km). 거리로 계절이 정해진다면 북반구는 1월이 여름이어야 합니다. 실제로는 반대입니다.
더 알아보기
계절을 만드는 것은 자전축이 23.5° 기울어져 공전한다는 사실입니다. 기울어진 채로 태양 주위를 돌기 때문에, 어떤 때는 북반구가 태양 쪽으로 기울고 어떤 때는 반대로 기웁니다.
태양 쪽으로 기울면 두 가지가 동시에 일어납니다. 첫째, 태양이 더 높이 뜹니다(남중 고도 증가). 빛이 더 수직으로 들어오면 같은 넓이에 더 많은 에너지가 모입니다. 손전등을 바닥에 수직으로 비출 때와 비스듬히 비출 때를 떠올리면 됩니다.
둘째, 낮이 길어집니다. 데워지는 시간이 길고 식는 시간이 짧으니 더 더워집니다. 이 두 효과가 겹쳐 여름이 됩니다.
남중 고도는 90° − 위도 + 태양 적위로 구합니다. 태양 적위는 태양이 천구 적도에서 얼마나 벗어나 있는지를 나타내며, 하지에 +23.5°, 동지에 −23.5°, 춘분·추분에 0°입니다.
서울(위도 37.5°)의 하지 남중 고도는 90 − 37.5 + 23.5 = 76°, 동지에는 90 − 37.5 − 23.5 = 29°입니다. 시뮬레이션에서 서울을 고르고 계절을 바꿔 이 값이 나오는지 확인해 보세요.
기울기를 0°로 만들면 적위가 항상 0이 되어 남중 고도가 1년 내내 같아집니다. 낮도 항상 12시간입니다. 계절이 사라집니다. 반대로 천왕성처럼 82°로 두면 극단적으로 변합니다 — 한쪽 반구가 수십 년간 낮이고 반대쪽은 밤입니다.