지구 자기장

북극점 가까이 있는 자극은 자석으로 따지면 S극입니다. 그래서 나침반의 N극이 그쪽을 가리킵니다.

지구는 막대자석처럼 행동합니다

나침반이 제 역할을 하는 것은 지구가 자기 자신의 자기장을 가지고 있기 때문입니다. NOAA는 지구 자기장이 마치 지구 한가운데에 막대자석 하나가 놓여 있을 때 생기는 자기장과 매우 비슷하다고 설명합니다. 우리가 재는 자기장의 90% 이상은 지구 안쪽, 외핵에서 만들어집니다. 그곳에서는 녹아 있는 철이 흐르면서 전류를 나릅니다. 나머지 자기장은 지각 속의 자화된 암석, 그리고 대기 높은 곳과 우주 공간에 흐르는 전류에서 옵니다.

여기에는 이름 때문에 헷갈리기 쉬운 함정이 하나 있습니다. 나침반 바늘의 N극은 북극 지방에 있는 자극에 끌립니다. 서로 다른 극끼리 당기므로, 북극 지방의 그 자극은 자석으로 따지면 S극이어야 합니다. 그래서 OpenStax 교재는 흔히 쓰는 이름인 북자극(north magnetic pole)을 잘못 붙은 이름이라고 합니다. 지리학에서는 이 이름을 장소를 가리키는 이름으로 그대로 씁니다. 반면 물리학에서는 지구라는 자석의 S극 쪽 끝이 북쪽에 있다는 사실을 기억해 둡니다. 그래서 자기력선은 지리상의 남극점 근처에서 지구 밖으로 나와, 지리상의 북극점 근처에서 다시 지구로 들어갑니다.

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끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.

기울어진 자석으로 그린 지구입니다. 검은 점선은 자전축, 빨간 점선은 자기 축입니다. 나침반을 지구 둘레로 끌며 빨간 끝이 어디를 가리키는지 보세요.

기울어져 있고, 극과 꼭 맞지도 않습니다

자기장의 축은 지구가 스스로 도는 자전축과 정확히 한 줄로 맞지 않습니다. NOAA는 2020년 세계 자기 모형(WMM)을 바탕으로 계산해서, 지구 자기장에 가장 잘 들어맞는 자석인 지자기 쌍극자(geomagnetic dipole)의 축이 자전축에서 9.41° 기울어져 있다고 밝힙니다. 2025년 모형으로 계산하면 이 기울기는 9.21°입니다. 실제 자기장은 완벽한 쌍극자보다 훨씬 울퉁불퉁합니다. 그래서 과학자들은 자기장이 수직 방향인 지점도 따로 표시해 둡니다. 이 지점을 복각극(dip pole)이라고 하며, 여기서는 나침반이 어느 방향에도 자리를 잡지 못하고 헤맵니다. 일상에서 흔히 자극이라고 부르는 지점이 바로 이 복각극입니다.

자북과 진북이 서로 다르기 때문에, 나침반으로 잰 방위에는 편각(declination)이라는 보정을 해 주어야 합니다. 편각은 자북과 진북 사이의 각이며, 동쪽으로 벗어나 있으면 양수로, 서쪽으로 벗어나 있으면 음수로 셉니다. NOAA가 알려 주는 규칙은 진방위 = 자기 방위 + 편각입니다. 예를 들어 여러분이 서 있는 곳의 편각이 서쪽 10°(−10°)이고 나침반이 45°를 가리킨다면, 진방위는 35°입니다. 편각은 장소마다 다르고 해마다 달라집니다. 그래서 지도에는 편각을 잰 날짜가 함께 인쇄되어 있습니다. 자극 가까이에는 NOAA가 블랙아웃 구역으로 표시한 지역이 있습니다. 이 지역은 수평 방향 자기장이 2,000 nT보다 약해서 나침반을 믿을 수 없습니다.

편각 D는 진북(검정, N)에서 자북(빨강, Nₘ)까지의 각입니다. 서쪽은 음수입니다. 여기서는 D = 서쪽 10° = −10°입니다.

움직이는 자극

지구 자기장은 고정되어 있지 않습니다. 외핵 속의 흐름이 바뀌기 때문에 자기장도 따라서 바뀝니다. 예를 들어 북쪽 복각극은 캐나다 북극 지방을 가로질러 시베리아 쪽으로 계속 움직여 왔습니다. 2001년과 2007년에 현장 조사로 그 위치를 정확히 확인했고, 2007년 조사에서는 북북서쪽으로 1년에 약 55 km씩 움직이고 있었습니다. 그 뒤에 나온 NOAA의 2025년 12월 지자기 보고서에 따르면 2025년 동안 북쪽 복각극은 1년에 약 36 km, 남쪽 복각극은 약 9 km 움직였습니다. 이렇게 자기장이 쉬지 않고 바뀌기 때문에 NOAA와 영국 지질조사국은 5년마다 새로운 세계 자기 모형을 함께 내놓습니다. 2025년 모형은 2024년 12월에 발표되었습니다. 여러 나라의 해군과 항공 당국, 그리고 많은 항법 장치가 이 모형을 써서 나침반으로 읽은 값을 진짜 방향으로 바꿉니다.

훨씬 긴 시간을 놓고 보면 자기장이 아예 뒤집히기도 합니다. N극과 S극이 서로 자리를 바꾸는 것입니다. 이런 일은 암석 속에 기록으로 고스란히 남습니다. 약 700 °C 아래로 식은 용암은 굳을 때의 자기장 방향을 그대로 붙잡아 두기 때문입니다. NOAA에 따르면 마지막 역전은 약 75만~78만 년 전에 있었습니다. 역전과 역전 사이의 간격은 짧게는 5천 년에서 길게는 5천만 년까지 들쭉날쭉했고, 한 번 뒤집히는 데에는 수천 년이 걸립니다. 다음 역전이 언제 일어날지는 아무도 말할 수 없습니다.

지구 자기장의 근원	대부분 녹은 철로 된 외핵(90% 이상)
북극 지방 자극을 자석으로 따지면	S극
편각	자북과 진북 사이의 각(동쪽 +, 서쪽 −)
진방위	자기 방위 + 편각
복각극	자기장이 수직 방향인 곳
마지막 지자기 역전	약 75만~78만 년 전

핵심 정리

지구 자기장은 막대자석의 자기장과 비슷하고, 대부분 외핵에서 만들어집니다.
북극 지방의 자극은 S극처럼 행동해서 나침반의 N극을 끌어당깁니다.
쌍극자 축은 9.41°(2020년 모형) 기울어져 있고, 진방위 = 자기 방위 + 편각입니다.
북쪽 복각극은 1년에 수십 km씩 움직이고, 모형은 5년마다 새로 만듭니다.
자기장은 여러 번 뒤집혔고, 마지막은 약 75만~78만 년 전입니다.

자석으로 따지면 북극점 근처의 자극은?
- S극
- N극
- 극이 아님
- 둘 다
지구 자기장은 대부분 어디서 만들어질까요?
- 녹은 외핵
- 달
- 바다
- 오존층
자기 방위 45°, 편각 서쪽 10°입니다. 진방위는 몇 °일까요?
자기 방위 120°, 편각 동쪽 8°입니다. 진방위는 몇 °일까요?
2020년 모형에서 지자기 쌍극자 축은 자전축에서 몇 ° 기울어져 있었을까요?
1년에 36 km씩 움직이면 북쪽 복각극은 10년 동안 몇 km 움직일까요?
세계 자기 모형은 얼마마다 새로 나올까요?
- 5년마다
- 매달
- 100년마다
- 한 번만
복각극이란?
- 자기장이 수직 방향인 곳
- 자전축
- 적도 위 아무 곳
- 자화된 암석
지구 자기장이 마지막으로 뒤집힌 때는?
- 약 75만~78만 년 전
- 1600년 무렵
- 약 1만 년 전
- 뒤집힌 적이 없습니다
자극 아주 가까이에서 나침반을 믿기 어려운 이유는?
- 그곳에서는 수평 자기장이 아주 약해서
- 그곳에서는 자기장이 모두 0이라서
- 자석이 작동하기에 너무 추워서
- 극이 나침반을 밀어내서

이 과정의 출처 (16)

OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.

확인한 날: 2026-10-17