계절은 왜 변할까 하고 물으면 대부분 초등학생들에게나 묻는 쉬운 질문으로 여긴다.대답으로 흔히 지구와 태양 간의 거리가 가까워지면 여름이고, 멀어지면 겨울이 된다고 한다.
이렇게 대답하는 사람들에게 우리나라가 여름이면 남반구에 있는 호주는 어느 계절이냐고 물으면 고개를 갸우뚱하게 된다.
호주는 우리나라와 계절이 정반대이기 때문이다.
잘 안다는 사람 정도가 지구의 자전축이 23.5도 기울어졌기 때문이라는 간단한 대답만을 한다. 그러나 이것이 계절 변화에 어떤 영향을 주는 지는 대부분이 모르고 있다.
계절이 변하는 데는 크게 두 가지 요인이 있다.
첫째는 계절에 따라 태양의 고도가 다르기 때문이다.
태양이 동편에서 떠올라 서편으로 질 때까지 태양이 하늘을 지나는 경로를 보면 계절에 따라 모두 다르다.
하지 때에는 머리에 가깝도록 높이 올라왔다가 내려가고, 동지 때에는 지평선에 가까이 낮게 지나간다.
이 때문에 하지날은 태양이 대체로 높이 올라오기 때문에 태양의 고도가 높아져 일정한 면적 크기의 지면에 대하여 일정한 시간 동안 입사하는 태양 에너지가 많아지게 된다.
반면에 동지날은 태양의 고도가 비교적 낮기 때문에 지면에 도달되는 태양 에너지가 상대적으로 적어지게 된다.
둘째로 계절에 따라 낮의 길이가 다르기 때문이다.
낮의 길이는 하지날이 가까워질수록 점점 길어지고, 동지날이 가까워질수록 짧아지게 된다.
따라서 하지날이 가까워지면 지면이 하루 동안 받는 태양의 에너지 양이 많아지고, 동지날이 가까워올수록 적어진다.
이러한 까닭으로 하지가 가까워지면 태양의 고도가 높아져 일정한 면적의 지면에 도달하는 에너지가 증가하고, 더구나 낮의 길이까지도 길어지기 때문에 하루 동안 지면에 받는 태양 에너지의 양이 많아진다.
그러므로 계절은 여름이 된다. 반면에 동지가 가까워지면 태양의 고도가 낮아지고 낮의 길이도 짧아져 지면이 받는 태양 에너지의 양이 급격히 줄어들어 겨울이 된다.
그러나 실제로 가장 더워지는 시기는 하지가 지난 지 한 달 정도 후가 되고, 가장 추워지는 시기는 동지가 지난 뒤 한 달 정도 후에 온다.
지면은 서서히 더워지고 서서히 냉각되기 때문이다.
이렇게 태양의 고도와 낮의 길이가 변하는 이유는 지구의 자전축이 공전 궤도면의 수직한 방향에 대하여 23.5도 기울어져 있기 때문이다.
이에 대해서는 다음 기회에 알아보기로 한다.
/서울교대 과학교육학과 yblee@ns.seoul-e.ac.kr
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