[이용복교수의 별과 세상] 지구의 자전 주기와 하루 길이는 다르다

우리가 생활하는 데 가장 중요한 것 중의 하나가 시간이다.모든 우리의 삶이 시간의 흐름 속에서 순서가 정해지고 또한 모든 사건의 전후가 정리된다.

시간의 기본 단위는 물론 하루의 길이일 것이다. 하루를 24시간으로 정하고,이어서 1시간을 나누어 60분, 1분을 다시 60초로 나누어 사용하고 있다.

우리가 흔히 알고 있기로는 24시간은 지구가 스스로 한 바퀴 정확하게 자전하는 데 걸리는 시간이다. 그러나 이것은 사실과 다르다.

우선 지구의 자전 주기를 어떻게 재는지 알아보기로 하자. 우리가 서 있는 곳에서 볼 때, 지평선의 북쪽 방향에서 머리 위를 지나 지평선의 남쪽 방향을 연결하면 반원이 만들어지는데 이를 자오선이라 한다.

하루 동안 대부분의 천체들은 동쪽 지평선에서 떠 올라 서쪽 지평선으로 사라지는데 항상 이 자오선을 통과하게 되어 있다.

이 자오선을 통과하는 현상을 남중(南中)이라 한다.어느 한 별이 남중해서 다시 그 별이 남중하는 데 걸리는 시간이 지구의 자전 주기로 23시간 56분 4초이다. 이 자전 주기는 거의 변함이 없다.

우리가 사용하는 하루의 길이는 태양의 남중을 기준으로 한다. 태양이 자오선을 지나 다음 날 다시 자오선에 도달하는 시간 간격이 하루의 길이이다.

이와 같이 태양의 남중과 남중 간격으로 정한 하루 길이는 지구의 자전 주기보다 길다. 그 뿐만 아니라 일년 동안 길이를 비교해도 매일매일 같지 않다.

별처럼 태양이 하늘의 한 위치에 고정되어 있지 않고 서서히 서쪽에서 동쪽 방향으로 하루에 약 1도 정도씩 옮겨가고 있기 때문이다.

또한 이동하는 속도도 매일 달라진다. 이것의 근본 원인은 지구가 태양 주위를 공전하는 궤도가 타원을 이루고 있어 그 궤도상에서의 지구의 운행 속도가 계속 달라지기 때문이다.

이러한 이유로 하루의 길이는 매일 달라진다. 그 시간 간격을 24시간 단위로 비교해 보면 짧을 때는 23시간 59분 38초이고, 길 때는 24시간 30초 정도나 된다.

이렇게 매일매일 하루의 길이를 다르게 쓰게 되면 우리생활에 대단히 복잡한 일이 생긴다. 따라서 일년 간 하루의 길이를 평균하여 사용하고 있는 것이 24시간인 셈이다.

결과로 보면 하루를 24시간으로사용하는 것은 지구의 자전뿐만 아니라 지구의 공전 효과도 함께 고려하여 정한 시간임을 알 수 있다.

이렇게 우리가 일상 생활에서 사용하고 있는 하루의 길이를 정하는 것은 지극히단순해 보이지만, 실제로 그 내용을 들여다 보면 너무나 복잡하다는 사실을 알 수 있다.

/서울교대 과학교육학과 yblee@ns.seoul-e.ac.kr