겨울이 오면 북극권에는 왜 밤이 계속되나?

우리나라가 긴 겨울을 지내는 동안, 북극권에서는 태양을 볼 수 없는 어두운 하늘이 지역에 따라 몇 달 또는 반년 동안 계속된다. 북극권이라고 해서 어디나 반년 내내 밤이 계속되는 것은 아니다. 북위 67°에서는 북극의 밤이 28일간 계속되고, 북위 78°에서는 84일간 밤만 지속된다, 그리고 북극점(북위 90°)에서는 179일간 밤이 이어진다. 겨울 동안 북극권(또는 남극권)에 밤이 장기간 계속되는 이유를 이해하려면 지구의(지구본)를 이용하여 살펴보아야 이해가 빠르다.

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영어 globe(글로브)는 둥근 구(球) 또는 공을 나타내는 동시에, 지구의 모습을 공처럼 만든 모형(지구의地球儀 또는 지구본(地球本)을 의미하기도 한다. 영어 global은 ‘세계적인’, ‘지구적인’ 의미이며, globalization은 ‘세계화’를 뜻한다.

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종이에 인쇄된 세계지도와 지구의에서 보는 지도의 형태는 상당히 다른데, 남극 또는 북극에 가까운 곳일수록 더 차이가 크다. 물론 실제의 지도는 지구의에서 보는 것이 정확하다. 지구가 자전하고 공전하는 모습을 입체적으로 이해하려면 탁자 위에 지구의를 올려놓고 직접 돌려가면서 관찰해야 한다.

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지구의를 수직으로 세운 모습은 나침반(자석)이 가리키는 북쪽과 남쪽 즉 자축(磁軸)을 중심으로 보고 있는 것이다. 그런데, 지구의는 자축에 대해 23.5°만큼 기울어진 상태로 자전하도록 만들어져 있다. 이것은 지구의 자전축(自轉軸)이 자축에 대해 그만큼 기울어져 있기 때문이다. 위 사진에서 자전축을 중심으로 지구의의 불룩한 중심부를 지나가는 붉은 선은 적도(赤道)를 나타낸다.

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지구는 2종류의 축(자축과 자전축)이 있다. 자석이 가리키는 남북방향의 축은 자축(magnetic axis)이라 하고, 지구가 자전하는 중심축은 자전축(rotation axis, 회전축)이라 한다. 막대자석의 N극이 북쪽을 향하는 것은 그곳에 S극이 있기 때문이다. 따라서 자축의 북쪽은 자남극점(south magnetic pole)이고, 반대로 남쪽은 자북국점(north magnetic pole)이 되는 것이다. 또한 자전축의 북은 지리적(地理的) 북극(geographic north pole)이고, 남은 지리적 남극(geographical south pole)이 되는 것이다.

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낮 시간이 가장 긴 하지(夏至 June solstice)와 밤이 가장 긴 동지(冬至 December solstice) 때의 북극권(arctic circle)과 남극권(antarctic circle), 적도(equator), 북회귀선(tropic of cancer)과 남회귀선(tropic of capricorn)을 나타낸다.

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북극권과 북회귀선의 차이

일반적으로 북극권(北極圈)이라 하면, 북극 가까운 추운 지역이라고 생각한다. 그러나 정확한 의미는 북위 66°33′ 위쪽 전부를 말한다(남반구에서는 반대). 북극권이 시작되는 위도를 북극권 또는 북극선이라 하며, 북극선 위쪽을 일반적으로 한대(寒帶)라 하고, 그 남쪽은 온대가 시작되는 곳이다.

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밤낮의 길이가 같아지는 춘분과 추분이 왔을 때, 적도(equator)에서 낮 12시 정오(正午)가 되면, 태양이 머리 바로 위(적도 상공 90°)에 있다. 그러나 하지(夏至)가 되면 태양이 북회귀선(북위 23°27′) 위에 수직으로 온다. 일반적으로 북회귀선(하지선이라고도 함)과 적도 사이는 열대(熱帶)라 하고, 북회귀선과 북극권 사이는 온대(溫帶)라고 말한다.

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북회귀선을 영어로 tropic of Cancer라 하는데, tropic은 열대지역(熱帶地域)을 뜻하고, Cancer는 별자리의 하나인 ‘게자리’, 남회귀선의 Capricorn은 ‘염소자리’를 의미한다. 이 별자리들은 밤 12시에 중천(中天)에 와 있다. 회귀선(回歸線)이라는 용어는 1년 후에 태양이 다시 같은 위치로 회귀(되돌아옴)한다는 의미가 있다.

밤이 계속되는 북극권

지구는 자전축이 23.5° 기울어진 상태로 공전(公轉)하고 있다. 만일 이 각도만큼 기울어져 공전하지 않는다면, 지구는 생명체가 살기 어려운 죽음의 천체가 될 가능성이 있다. 즉 자전축이 태양과 항상 수직이라면, 적도대(赤道帶)는 연중 뜨겁고, 남북극은 계속 겨울이다. 그러므로 지구상의 물은 해수까지 전부 남북극에서 얼음이 될 것이고, 따라서 적도대는 물이 없는 세상으로 될 것이다.

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4계절이 순환하게 되고, 겨울 동안 북극권에 밤이 계속되는 이유를, 아래 그림을 보면서, 그리고 동시에 전등불(태양) 아래에서 지구의를 돌려보면서 이해해보자. 지구는 자전축이 기울어져 있기 때문에 북반구에 겨울이 오면 낮의 길이가 짧아지고, 여름이면 낮 시간이 길어지기 때문에 4계절이 찾아오게 된다.

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지구의에 나타나 있는 위도(緯度)를 보면, 적도가 0°이고, 북극점은 북위 90°, 남극점은 남위 90°이다. 스웨덴의 키루나는 북극권 바로 위인 북위 67°에 위치하고, 노르웨이의 스발바드는 북위 78°에 있다. 따라서 키루나에서는 겨울밤이 28일간 계속되고, 스발바드에서는 84일간, 그리고 북극점에서는 179일(6달) 동안 지속된다.

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이 그림에서 중앙의 태양을 향하는 쪽은 낮이고, 그 반대편은 밤이다. 북반구에 겨울이 오면(맨 오른쪽), 아무리 자전을 해도 북극권에서는 태양이 수평선 아래에 위치하기 때문에 일출이 일어나지 않는다. 반면에 남극권에서는 일몰이 없기 때문에 태양의 각도는 비스듬하지만 낮이 계속된다. 이를 ‘남극권의 여름’이라 한다.

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노르웨이의 겨울밤 풍경이다. 북극권에서는 밤이 계속되더라도 하늘이 완전하게 깜깜해지지 않는다. 그 이유는 태양이 떠오르지 않지만 지평선(수평선) 바로 밑에 있기 때문이다. 즉 일출 전이나 일몰 후에 여명(黎明)이 한동안 계속되는 것과 같다.

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북극 또는 남극에 밤이 계속되면 태양이 없기 때문에 아무런 생명체가 활동하지 않고 지낼 것처럼 생각된다. 그러나 남북극권에 어두운 겨울이 오더라도 바다에서는 여러 생명체들이 신비롭게 살아가고 있다.(본사 블로그에서 <겨울철 북극바다의 놀라운 생명들> 참고 – YS