지축(地軸)이란?

*지축이란? 지구의 회전축(回轉軸)을 말함.

 

지리학적으로 남극과 북극을 관통하는 축을 말한다. 지축은 팽이의 회전축과 같이 외력(外力)에 의하여 동요가 생긴다. 천구(天球)에서는 관측자를 지나, 이 축에 평행한 축을 가리키며, 이것과 천구가 교차되는 점을 천(天)의 북극과 남극이라 한다. 엄밀하게는 지구의 자전축과 일치하지 않지만, 천구의 경우 보통 자전축을 지축으로 본다. 지구의 운동에는 세차(歲差)와 장동(章動)이라는 두 가지 비틀거림이 있다. 은하계 전체에서 본 세차는 주기 2만 6000년, 태양계에서 본 세차는 주기 2만 1000년으로 지축의 흔들리는 각은 평균 23.5°이다. 두 줄기의 차이는 지구공전면의 주기적 변동의 영향이다.

한편 1년간의 기후·해류 등의 변화에 의하여 회전관성모멘트의 분포가 변하기 때문에, 세차운동에 더하여 작은 장동이 일어난다. 지축이 자전축과 일치하지 못하고 약간의 차이를 보이는 것은 이 때문이다. 이에 따라 지구 위의 동일점에서 겉보기의 위도가 변화한다. 그 밖의 장동으로는 지구가 어떤 외력의 충격에 의하여 14개월 주기(챈들러주기)로 요동이 생기는 일이 있다. 장동은 어느 것이나 일종의 강제진동이며, 외력의 크기에 따라 동요의 크기도 변한다. 동요의 각도는 모두 작고 1만분의 1 정도이다.

 

*세차운동 [歲差運動, precessional motion]: 

회전체의 회전축이 일정한 부동축(不動軸)의 둘레를 도는 현상.

예를 들면, 연직축에 대하여 약간 기울어진 팽이의 축이 비틀거리며 회전하는 운동을 말한다. 회전체의 온각운동량벡터에 대해 아주 약한 외력의 모멘트가 수직으로 작용하여 생긴다. 천문학적으로는 지구의 자전축이 황도면의 축에 대하여 2만 5800년을 주기로 회전하는 운동과, 인공위성의 공전궤도면의 축이 지구의 자전축에 대하여 회전하는 운동 등이 있다. 이 때문에 천구상의 적도면과 인공위성의 공전궤도면의 교점은 적도를 따라 서쪽으로 이동한다. 이동하는 양은 지구적도 부분의 부푼 정도에 따라 결정된다.

 

*장동 [章動, nutation]: 

자전하는 물체의 회전축의 세차운동(歲差運動)에 수반하여 일어나는 단주기의 진동운동.

 

천구상의 적도 좌표계 북극(지구 자전축의 방향)은 세차운동에 따라 황도의 북극을 반지름 23.5°의 원을 그리며, 2만 6000년에 한 바퀴 돌고 있으며, 그 원주위에 진폭이 작은 주기적인 진동을 하게 되는데 이것을 장동이라고 한다. 장동 현상은 영국 그리니치천문대의 제3대 대장인 J.브래들리가 1747년에 과거 10년 동안의 자오선 관측을 정리하다가 발견하였다.

백도(白道)는 황도(黃道)에 대하여 약 5° 가량 기울어졌고, 태양은 백도를 이동시키려 하고 이에 대해 백도는 회전하는 팽이처럼 반응하여 그 결과 백도와 황도와의 교점(node)은 18.6년의 주기로 황도상을 서서히 서쪽으로 옮겨가므로 백도의 적도에 대한 경사도 주기를 이루면서 변한다. 그래서 지구 자전축의 방향은 반년·반달 및 교점주기에 따라 주기적으로 변동한다.

장동에서는 이 세 주기가 주로 겹치며, 이로 인하여 천구(天球)의 북극은 복잡한 주기적인 변화를 하게 되고, 그 중에서 진폭이 가장 큰 것은 교점주기와 일치하는 진동이다. 실제로 황도의 북극주위에 지구의 자전축은 약 2만 6000년의 주기를 가진 세차에 18.6년 주기인 긴지름이 9.21″이고 짧은지름이 6.86″인 진폭을 가진 장동타원(章動楕圓)이 겹쳐서 약 1,400개의 진동을 가진 원을 그린다.