[이광식의 천문학+] 지구의 자전이 느려지고 있다… ‘윤초’가 필요할까

지구의 자전은 일정하지 않다. 2020년에 자전 속도가 빨라진 후 이제는 안정되었다. 그러나 전문가는 앞으로 10년 동안 여전히 ‘음(마이너스)의 윤초’가 필요할 수 있다고 말한다.

평균적으로 지구의 하루는 86,400초이다. 그러나 지구의 자전은 완벽하게 일정하지 않다. 그것은 지구의 핵(내핵-외핵)과 바다, 대기의 움직임에 따라 항상 약간씩 영향을 받기 때문이다. 협정세계시(UTC)의 공식 국제시간 측정방식은 원자시계를 기반으로, 바닥상태(基底狀態)에 있는 원자에서 전자의 움직임으로 시간을 측정한다. 원자시계는 정확하고 불변이다.

따라서 지구의 자전과 원자 시계가 딱 맞아떨어지지 않을 때 그 차이를 보정해야 한다. 국제지구자전좌표국(IERS)은 두 시간 체계 사이의 차이가 0.9초 이상이 되면, 윤초를 적용해 인위적으로 시간 오차를 해소한다. 지구 자전 속도가 느려져 한 번 자전하는 데 걸리는 시간이 24시간에 0.9초를 더한 만큼 늘어나고 세계시의 하루가 길어지면, 거기에 맞춰 협정세계시에 1초를 더하는 ‘양(+)의 윤초’(positive leap second)를 시행한다.

2016년 12월 31일 23시간 59분 59초에 윤초가 추가된 2016년 새해 전야처럼 때때로 윤초가 추가된다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)에 따르면, 과학자들은 1972년 이후 평균적으로 약 18개월마다 윤초를 추가했다.

1초를 빼는 것을 ‘음의 윤초’라고 한다. 지금까지 국제시간 측정에서 음의 윤초는 없었지만, 2020년에는 음의 윤초가 필요할 수 있는 가능성이 높아졌다. 그 해에 지구의 자전 속도는 빨라져 2005년에 세운 최단일 기록을 깨뜨렸다. 2020년의 가장 짧은 날은 7월 19일이었다. 지구 행성은 평균 86,400초보다 1.4602밀리초(천 분의 1초) 빠르게 1회 자전을 완료했다.

‘타임 앤드 데이트’에 따르면, 지구의 자전이 약해졌다. 2021년 상반기는 2020년보다 하루 평균 길이가 0.39밀리초로 짧아 여전히 빠르다. 그러나 7월 1일부터 9월 30일까지 하루는 2020년보다 평균 0.05밀리초 더 길어졌다.

이것이 의미하는 바는 지구가 더 이상 자전을 가속하지 않는다는 뜻이다. 그러나 여전히 평균보다 빠른 속도로 회전하고 있다. 현재 회전율을 기준으로 하면 약 10년 후에는 음의 윤초가 필요할 수 있다. 최종 결정은 파리에 있는 국제지구회전 및 참조시스템 서비스(IERS)에서 한다.

물론 지구가 다른 움직임을 보일 수도 있다. 지구의 자전이 다시 느려질 가능성도 항상 존재하며, 아마도 앞으로 몇 년 동안 1초 빼기 대신 1초를 더하기를 해야 할 것이다. 확실한 예측은 불가능하다. 과학자들은 지구의 자전에서 장기적인 변화를 일으키는 원인이 무엇인지 아직까지 확신하지 못하고 있다.

IERS 감독위원회 미 해군천문대 대표 중 한 명인 닉 스타마타코스는 “앞으로 2년 이상의 상황을 내부적으로 모델링했다”고 밝히면서 “그러나 우리는 6개월 또는 1년 이상을 예측하는 데는 어려움을 겪는다”고 토로했다.　

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com