태양은 움직이는데, 왜 우리는 제자리에 있다고 느낄까?

가만히 있다는 것은 무엇을 기준으로 할까?

매끄럽게 달리는 열차 안을 떠올려 봅시다. 일정한 속도로 곧게 달리는 동안, 좌석 위의 물컵은 흔들리지 않습니다. 컵과 좌석, 사람 모두 열차와 함께 움직이기 때문입니다.

속력이 크다는 이유만으로 몸이 뒤로 밀리지는 않습니다. 대신 열차가 갑자기 출발하거나 멈추거나 방향을 바꾸면 몸이 쏠립니다.

지구의 땅과 바다, 우리 주변 공기와 우리 자신은 지구의 운동을 함께하고 있습니다. 그래서 일상에서는 지표면을 기준으로 정지해 있는 것처럼 느끼기 쉽습니다.

우리 몸이 직접 느끼는 것은 속도 자체보다 몸에 작용하는 힘과 움직임의 변화입니다.

자료: [4] ESA · Space Science FAQ

그런데 지구의 공전은 계속 방향을 바꾸잖아요?

맞습니다. 지구가 태양을 공전하려면 움직이는 방향이 계속 달라져야 합니다. 속력이 일정하더라도 방향이 바뀌면 가속 운동입니다. 이 가속도를 만들어 내는 것이 태양의 중력입니다.

핵심은 지구와 우리 몸이 태양의 중력 아래 거의 함께 공전한다는 사실입니다. 지구와 함께 태양 둘레를 자유낙하하는 셈이어서, 지구의 태양 공전만으로 몸이 한쪽으로 밀리는 감각이 생기지 않습니다.

물론 지표면에 서 있는 동안에는 지구 중력에 맞서 몸을 받치는 땅의 힘을 느낍니다. 태양 중력이 사라지는 것도 아닙니다. 지구와 우리에게 작용하는 중력의 작은 차이는 조석 효과처럼 남습니다.

지구 자전의 영향도 완전히 사라진 것은 아닙니다. 일상에서 뚜렷이 의식하기는 어렵지만, 푸코 진자나 바람의 코리올리 효과처럼 관측과 측정으로 확인할 수 있습니다.

자료: [4] ESA · Space Science FAQ[5] NASA · Gravity & Mechanics[8] NASA · Cosmicopia: Why Can’t I Feel the Earth Turning?[9] NOAA · What Causes Tides?[6] Smithsonian · Foucault Pendulum[7] NOAA · What Is the Coriolis Effect?

태양도 은하를 돌고 있다

운동을 설명하려면 언제나 무엇을 기준으로 보느냐를 정해야 합니다. 태양을 기준으로 보면 지구는 약 1년마다 한 바퀴를 도는 궤도를 그립니다. 그러나 은하를 기준으로 바라보면 태양 자체가 움직이고 있으므로 지구의 길도 달라집니다.

태양계가 은하 중심 주위를 한 바퀴 도는 데는 약 2억 3천만 년이 걸립니다. 지구가 태양을 한 바퀴 도는 동안에도 태양은 은하 속에서 계속 이동합니다. 같은 운동을 다른 기준에서 보면 다른 궤적이 나타나는 이유입니다.

여기서 한 가지. 행성들이 태양 뒤에서 줄지어 끌려가는 것은 아닙니다. 각 행성은 태양의 앞과 옆, 뒤에 놓이는 순간을 지나며 자신의 궤도를 그립니다.

자료: [3] NASA · Solar System Facts[10] NASA / JPL · Approximate Positions of the Planets

같은 하루, 다른 우주의 위치

잠시 10초를 떠올려 보세요. 그동안에도 태양계는 은하 중심 기준으로 대략 2,300km를 이동합니다. 지구 평균 지름의 약 18%에 해당하는 길이입니다. 약 230km/s에 10초를 곱한 근삿값으로, 실시간 관측값은 아닙니다.

그 움직임을 의식하지 못해도 우리의 일상은 평온하게 이어집니다. 오래전 어느 저녁에 올려다본 하늘은 오늘의 하늘과 닮아 있습니다. 하지만 그 사이 태양과 지구는 은하 속에서 먼 길을 지나왔습니다.

우리가 멈춰 있다고 느끼는 것은, 움직이지 않기 때문이 아니라 거대한 움직임을 함께하고 있기 때문입니다.

자료: [3] NASA · Solar System Facts[2] NASA · Earth Fact Sheet