지구 자전축이 26,000년 주기로 원을 그리며 흔들리는 세차운동. 이 느린 움직임은 북극성을 바꾸고 계절을 변화시키며 고대 문명의 관측 기록에도 영향을 미쳤습니다. 세차운동과 장동의 원리와 영향을 알아봅니다. 오늘은 본문에서 세차운동과 장동이 만드는 변화, 팽이처럼 흔들리는 지구에 대해서 살펴보겠습니다.
흔들리는 지구, 변하는 북극성
북극성은 영원하지 않다. 지금 북극성은 작은 곰자리의 폴라리스다. 북쪽 하늘에 고정돼 있다. 항해자들의 길잡이였다. 하지만 5,000년 전엔 달랐다. 용자리 투반이 북극성이었다. 고대 이집트인들이 피라미드를 건설할 때 사용한 별이다. 1만 2,000년 후엔 거문고자리 베가가 북극성이 된다. 무슨 일일까. 지구 자전축이 흔들리기 때문이다. 세차운동이라 부른다. 팽이를 돌리면 축이 흔들린다. 원뿔 모양으로 빙빙 돈다. 지구도 마찬가지다. 자전축이 26,000년 주기로 원을 그린다. 천천히 흔들린다. 왜 흔들릴까. 지구는 완벽한 구가 아니다. 적도가 볼록하다. 타원체다. 자전하며 원심력으로 적도가 부풀었다. 적도 지름이 극 지름보다 43킬로미터 크다. 달과 태양이 이 볼록한 부분을 당긴다. 지구를 똑바로 세우려 한다. 하지만 지구는 빠르게 자전한다. 각운동량이 크다. 쉽게 안 넘어진다. 대신 축이 흔들린다. 팽이와 같은 원리다. 세차운동은 매우 느리다. 1년에 50.3초씩 움직인다. 아주 조금이다. 72년에 1도다. 한 세대에 거의 변화가 없다. 하지만 수천 년 누적되면 크다. 26,000년이면 한 바퀴다. 그리스 천문학자 히파르코스가 기원전 130년경 발견했다. 고대 바빌로니아 기록과 자신의 관측을 비교했다. 춘분점이 이동한 걸 알아챘다. 경이로운 발견이었다. 세차운동은 여러 영향을 미친다. 가장 눈에 띄는 건 북극성 변화다. 현재 폴라리스는 북극점에서 0.7도 떨어져 있다. 거의 정확하다. 하지만 계속 멀어진다. 2100년엔 가장 가까워진다. 그 후론 멀어진다. 3,000년 후엔 북극성 자리를 잃는다.
춘분점의 이동과 별자리의 변화
세차운동은 춘분점을 이동시킨다. 춘분점은 황도와 천구 적도가 만나는 점이다. 태양이 3월 21일경 지나는 위치다. 천문학에서 기준점이다. 적경 0도다. 하지만 춘분점이 움직인다. 세차운동 때문이다. 서쪽으로 이동한다. 1년에 50.3초씩이다. 72년에 1도, 2,160년에 30도, 즉 별자리 하나만큼 이동한다. 26,000년이면 황도 12궁을 한 바퀴 돈다. 이게 별자리 시대를 바꾼다. 2,000년 전 춘분점은 양자리에 있었다. 그래서 양자리 시대라 불렀다. 지금은 물병자리로 넘어가는 중이다. 물병자리 시대다. 점성술의 별자리와 실제 별자리가 어긋나는 이유다. 점성술은 2,000년 전 위치를 쓴다. 실제 별자리는 한 칸씩 밀렸다. 점성술로 양자리인 사람은 실제론 물고기자리에 태양이 있다. 계절도 영향을 받는다. 아주 느리지만 계절이 바뀐다. 지금은 1월에 근일점이다. 지구가 태양에 가장 가까운 때다. 겨울이다. 북반구엔 역설이다. 가까운데 춥다. 축 기울기 때문이다. 1만 3,000년 후엔 반대가 된다. 7월에 근일점이다. 여름에 더 가까워진다. 북반구 여름이 더 뜨거워진다. 겨울은 더 추워진다. 계절 대비가 극심해진다. 남반구는 반대다. 계절이 완화된다. 빙하기와 관련 있을 수 있다. 밀란코비치 주기라 부른다. 세르비아 과학자 밀루틴 밀란코비치가 제안했다. 지구 공전 궤도 변화, 자전축 기울기 변화, 세차운동이 합쳐져 빙하기를 만든다는 이론이다. 10만 년 주기로 빙하기가 온다. 세차운동은 23,000년 주기로 영향을 준다. 자전축 기울기는 41,000년 주기로 변한다. 22.1도에서 24.5도 사이를 오간다. 현재는 23.4도다. 줄어드는 중이다. 기울기가 크면 계절 변화가 심하다. 작으면 완만하다. 세 주기가 겹치며 복잡한 기후 변화를 만든다. 빙하 코어 분석과 정확히 맞는다.
장동, 달이 만드는 짧은 흔들림
세차운동 위에 더 짧은 흔들림이 있다. 장동이다. 18.6년 주기다. 달 궤도 때문에 생긴다. 달 궤도면이 지구 적도면과 5.1도 기울어져 있다. 이 기울기가 변한다. 달 궤도 교점이 18.6년 주기로 회전한다. 지구에 미치는 달 인력이 주기적으로 변한다. 자전축이 미세하게 흔들린다. 장동이다. 영국 천문학자 제임스 브래들리가 1748년 발견했다. 별의 위치를 정밀 관측하다 발견했다. 장동은 세차운동보다 훨씬 작다. 적도면 기준 9.2초 정도다. 하지만 정밀 관측엔 중요하다. 별의 위치를 정확히 계산하려면 세차운동과 장동을 모두 고려해야 한다. 현대 천문학에선 필수다. 극운동도 있다. 지구 자전축이 지구 내부를 기준으로도 움직인다. 북극이 지표에서 몇 미터씩 움직인다. 주로 14개월 주기다. 찬들러 진동이라 부른다. 미국 천문학자 세스 찬들러가 발견했다. 지구가 완전한 강체가 아니기 때문이다. 내부가 유체다. 흔들린다. 극운동은 GPS와 인공위성 운용에 영향을 준다. 국제 지구 회전 및 기준계 서비스 IERS가 감시한다. 세차운동의 실용적 영향도 있다. 천문학자들은 좌표계를 계속 갱신한다. 현재는 J2000.0을 쓴다. 2000년 1월 1일 춘분점 기준이다. 50년마다 갱신한다. 다음은 J2050.0이 될 것이다. 별자리 경계도 재조정한다. 국제천문연맹이 1928년 88개 별자리를 정했다. 경계를 그었다. 하지만 세차운동으로 경계가 어긋난다. 주기적으로 수정한다. 점성술사들은 무시한다. 2,000년 전 별자리를 고집한다. 과학적 근거가 없다. 세차운동은 지구만의 것이 아니다. 화성도 세차운동을 한다. 17만 년 주기다. 자전축 기울기 변화도 크다. 15도에서 35도까지 변한다. 화성 기후가 극적으로 변한다. 극관이 사라졌다 생겼다 한다. 생명 가능성과 연결된다. 세차운동. 느리지만 확실한 변화다. 북극성을 바꾸고, 별자리를 이동시키고, 계절을 변화시킨다. 우주에서 지구는 팽이처럼 흔들린다. 26,000년의 긴 춤을 춘다.