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지구의 반지름, 질량, 중력이 줄거나 커지면 관측되는 모습들

by oesam 2025. 1. 12.

만약에 지구의 반지름(r)이 2배로 커진다면 V'=4π(r')³/3 = 4π(2r)³/3 =8V이므로 부피(V)는 8배 증가하고, 밀도(ρ)가 변하지 않는다면 M'=4π(r')³ρ/3 = 4π(2r)³ρ/3 =8M이므로 질량(M)도 8배 증가하고, g'=GM'/(r')²=G(8M)/(2r)² =2GM/r²=2g이므로 표면에서의 중력은 2배 증가하고 중심에서의 중력은 8배 증가한다. 지구의 반지름이 절반으로 줄면 질량이 1/8로 줄고 g'=GM'/(r')²=G(1/8)M/(r/2)² =GM/(2r²)=(1/2)g이므로 표면에서의 중력은 절반으로 줄고 중심에서의 중력은 1/8로 작아진다. 지구 표면에서의 중력이 2배 증가하거나 절반으로 줄면 여러 가지 변화가 생긴다. 중력이 2배 증가하면 현재 몸무게가 2배가 되고, 반대로 중력이 절반으로 줄어들면 몸무게가 절반으로 감소한다. 중력이 증가하면 물체를 들어 올리거나 이동시키는 것이 더 힘들어지며, 반대로 중력이 감소하면 더 쉽게 움직일 수 있다. 예를 들어 높은 점프나 빠른 속도의 이동이 더 어려워지거나 쉬워질 수 있다. 중력이 강해지면 지구의 표면에서의 압력이 중가하고, 이는 지구 내부의 물질 상태와 구조에 영향을 줄 수가 있고, 반대로 중력이 약해지면 표면의 압력이 감소하고 지구의 구조가 더 안정적으로 변화될 수 있다. 중력이 증가하면 대기층이 더 압축되어 더 두꺼워질 수 있고, 반대로 중력이 약해지면 대기가 얇아지고, 공기 밀도가 낮아져 호흡에 어려움이 생길 수가 있다. 또한 기후에도 많은 변화가 생긴다. 중력이 변화하면 물체가 떨어지는 속도나 물체들간의 상호작용이 달라진다. 이와 같이 중력의 변화는 지구 환경과 생명체에 큰 영향을 미치게 된다. 중력의 변화는 물의 끓는 온도와 기후에도 영향을 미치게 된다. 물의 끓는 온도는 대기압에 의존한다. 지구 표면에서의 대기압은 중력에 의해 공기 분자가 밀집하게 형성되는데 중력이 강해지면 대기압이 증가하고, 반대로 중력이 약해지면 대기압이 감소한다. 중력이 2배 증가하면 대기압이 증가하여 물이 끓는 온도도 상승하여 물이 더 높은 온도에서 끓기 시작하고, 반대로 중력이 절반으로 줄어들면 대기압이 낮아져 물의 끓는 온도도 낮아져 물은 더 낮은 온도에서 끓기 시작하게 된다. 중력이 증가할 경우 대기 밀도가 높아지고 공기의 흐름이 더 둔해질 수 있어 바람의 속도를 줄이고, 기후가 더 안정적이고 더 고온 다습한 환경이 될 수가 있다. 대기압이 높아짐에 따라 기온이 상대적으로 낮은 고도에서의 기온 변화가 적어지고, 강수량이 증가하거나 구름의 형성이 더 쉬워져 비가 더 자주 내릴 가능성도 있다. 중력이 감소할 경우 대기 밀도가 낮아지면서 바람의 속도가 빨라지고, 기후의 변동성이 더 커질 수가 있어 더 많은 기온 변화가 일어나며, 고온과 저온의 기온 차이가 커질 가능성이 있다. 대기 중의 수증기 농도가 낮아지면서 강수량이 줄어들고, 건조한 환경이 될 수가 있다. 이와 같이 중력의 변화는 대기압과 물의 끓는 온도를 비롯해 기후 시스템에도 큰 영향을 미치게 된다. 지구 표면에서의 중력이 2배로 증가하면 대기층이 더 두터워지고, 공기가 더 밀집하여 대기 밀도가 증가하고, 공기 중에 있는 먼지, 수증기, 기체 분자들이 더 많은 양을 차지하게 된다. 대기가 두꺼워지면 별빛이 대기를 통과할 때 더 많은 산란과 흡수 현상이 발생한다. 즉, 별빛이 대기층을 지나면서 빛의 일부가 흩어지거나 흡수되어 육안으로 별을 관측하는데 어려움이 생길 수 있다. 별이 덜 선명하고 그 밝기가 약해져서 관측하기 힘들어질 수 있다. 대기층의 두께가 증가하면 대기에 흩어지는 햇빛의 양도 많아져서 밤하늘이 더 밝아질 수 있어 낮은 고도에서 별의 빛이 희미해지고, 하늘이 어두운 상태를 유지하기가 어려워지는 결과를 초래할 수 있다. 별들을 잘 보려면 대기가 얇고, 공기가 맑아야 하기 때문에 중력이 강해져 대기가 두꺼워지면 별을 관측하기 어려워질 것이다.