계절이 생기는 이유

2026년 1월 3일 지구와 태양의 거리는 1억 4,710만 km로 7월보다 약 500만 km 가까웠고, 그때 서울, 런던, 뉴욕은 한겨울이었습니다.

흔한 오답

여름이 왜 더운지 여러 사람에게 물어보면, 여름에는 지구가 태양에 더 가까워서라고 답하는 사람이 많습니다. 불 가까이 다가가면 더 뜨겁게 느껴지니 그럴듯하게 들리는 말입니다. 하지만 실제 숫자를 보면 이야기가 달라집니다. 지구가 태양을 도는 궤도는 거의 원에 가깝습니다. 2026년에 지구가 태양과 가장 가까워지는 점인 근일점은 1월 3일에 찾아왔고, 그때 거리는 약 1억 4,710만 km였습니다. 가장 먼 점인 원일점은 7월 6일에 찾아왔고, 거리는 약 1억 5,210만 km였습니다. 북반구가 가장 추울 때, 지구는 오히려 태양에 가장 가까이 있었던 것입니다.

단서가 하나 더 있습니다. 만약 거리가 계절을 만든다면 지구 전체가 같은 때에 함께 여름을 맞아야 합니다. 그런데 실제로는 그렇지 않습니다. 12월에 서울은 추운 겨울이지만, 같은 12월에 시드니와 부에노스아이레스는 여름입니다. 그렇다면 북쪽 반과 남쪽 반, 지구의 두 반쪽을 서로 다르게 대하는 무언가가 있다는 뜻입니다. 그 무언가가 바로 지구 자전축의 기울기입니다.

늘 같은 방향을 지키는 기울어진 축

지구는 북극과 남극을 지나는 축을 중심으로 돌고 있습니다. 이 축은 공전 궤도면에 수직으로 똑바로 선 방향과 비교하면 23.44° 기울어 있습니다. 여기서 중요한 점은 이 축이 1년 내내 우주에서 늘 같은 쪽, 북극성 쪽을 가리킨다는 것입니다. 모형에서 1년을 재생하면서 축이 어느 쪽을 향하는지 지켜보세요. 6월에는 축의 북쪽 끝이 태양 쪽으로 기울어 있습니다. 여섯 달 뒤 지구가 궤도 반대편에 가면, 같은 북쪽 끝이 이번에는 태양 반대쪽으로 기웁니다. 그동안 지구 자체에는 바뀐 것이 하나도 없습니다. 기울기도 그대로입니다. 바뀐 것은 태양 둘레에서 지구가 놓인 위치뿐입니다.

내가 사는 반구가 태양 쪽으로 기울면 두 가지 일이 함께 일어납니다. 첫째, 한낮의 태양이 하늘 더 높이 올라갑니다. 둘째, 해가 떠 있는 시간이 더 길어집니다. 내가 사는 위도선에서 더 많은 부분이 햇빛을 받는 낮 쪽에 놓이기 때문입니다. 모형에서는 고른 위도선 위의 노란 부분이 낮이고 파란 부분이 밤입니다. 예를 들어 하지 무렵 북위 37°를 고르면 노란 부분이 눈에 띄게 더 길고, 화면의 숫자는 낮 길이를 14시간 42분으로 보여 줍니다. 반대로 동지가 되면 노란 부분이 짧아지고, 낮 길이는 9시간 37분으로 줄어듭니다.

높이 뜬 해가 땅을 더 데우는 이유

손전등을 탁자 위에서 수직으로 곧장 비추면 작고 밝은 원이 생깁니다. 이번에는 손전등을 기울이면, 똑같은 빛이 길쭉하고 흐린 타원으로 넓게 퍼집니다. 하늘에서 내려오는 햇빛도 이와 똑같은 방식으로 작동합니다. 머리 위에서 곧장 내려오는 햇빛은 자기 폭만큼의 땅에만 닿습니다. 하지만 지평선 위 30°에서 비스듬히 들어오는 햇빛은 1 ÷ sin 30° = 2이므로 두 배 넓은 땅에 퍼집니다. 그러면 땅 1제곱미터마다 받는 에너지는 절반으로 줄어듭니다.

북위 37.5°에서 한낮의 태양 고도는 하지에 약 75.9°이지만, 동지에는 약 29.1°에 그칩니다. 두 값의 비율인 sin 75.9° ÷ sin 29.1°는 약 2.0입니다. 따라서 정오에 땅 1제곱미터가 받는 햇빛은 6월이 12월의 약 두 배이고, 게다가 6월에는 낮도 하루에 약 5시간 더 깁니다. 햇빛이 더 세게 들어오는 것과 낮이 더 긴 것, 이 두 가지 효과가 함께 계절을 만듭니다. 태양과의 거리 변화도 실제로 있기는 하지만, 계절에 주는 영향은 작습니다. (152.1 ÷ 147.1)² ≈ 1.07이므로, 근일점의 햇빛은 원일점보다 약 7% 셀 뿐입니다.