겨울에 해가 빨리 지는 이유, 과학으로 알아보기

서울 기준으로, 한여름인 6월 하지 무렵에는 해가 오후 7시 50분경에 지지만, 한겨울인 12월 동지 무렵에는 오후 5시 15분경이면 이미 어두워집니다. 그 차이가 무려 2시간 30분 이상입니다. 같은 장소에서 살고 있는데 왜 계절마다 해가 지는 시간이 이렇게 다른 걸까요. 실제로 확인해 보면, 그 답은 지구의 기울어진 자전축에 있습니다.

지구는 왜 기울어져 있을까

지구의 자전축은 공전 궤도면에 대해 약 23.5도 기울어져 있습니다. 이 기울기는 약 46억 년 전 지구 형성 초기에 거대한 천체와의 충돌로 인해 생긴 것으로 추정됩니다. 이 기울기가 바로 계절 변화의 근본 원인입니다. 만약 지구의 자전축이 기울어져 있지 않다면, 지구 어디에서든 낮과 밤의 길이가 항상 같을 것이며 계절 변화도 존재하지 않을 것입니다.

겨울에 낮이 짧아지는 원리

북반구에 위치한 한국의 경우, 겨울에는 지구의 자전축이 태양 반대쪽으로 기울어진 상태가 됩니다. 이렇게 되면 태양이 하늘에서 낮은 고도로 지나가게 되고, 태양이 지평선 위에 머무는 시간이 짧아집니다. 통계에 따르면, 서울의 동지 낮 시간은 약 9시간 33분인 반면 하지에는 약 14시간 35분으로 약 5시간의 차이가 납니다.

태양의 고도가 낮다는 것은 햇빛이 지표면에 비스듬하게 들어온다는 뜻이기도 합니다. 같은 양의 빛이 더 넓은 면적에 분산되므로 단위 면적당 받는 에너지가 줄어들고, 이것이 겨울 기온이 낮아지는 주된 이유입니다. 낮의 길이가 짧고 태양 고도가 낮은 이 두 가지 효과가 결합되어 겨울은 춥고 어두운 계절이 되는 것입니다.

동지 이후에도 왜 한동안 더 추울까

12월 22일경 동지가 지나면 낮이 다시 길어지기 시작합니다. 그런데 실제로 가장 추운 시기는 보통 1월 중순에서 2월 초입니다. 이것은 왜 그럴까요. 지구 표면과 대기가 열을 저장하고 방출하는 데 시간이 걸리기 때문입니다. 이를 계절 지연 현상이라고 합니다. 바다와 땅이 여름 동안 축적한 열을 서서히 방출하다가 에너지 수지가 최저점에 이르는 시기가 동지보다 약 한 달 뒤이기 때문에, 가장 추운 날은 낮이 가장 짧은 날보다 늦게 찾아옵니다.

위도에 따른 차이

이 현상은 위도가 높을수록 극단적으로 나타납니다. 북위 66.5도 이상인 북극권에서는 동지 무렵 해가 아예 뜨지 않는 극야 현상이 발생합니다. 반면 적도 부근에서는 1년 내내 낮과 밤의 길이가 거의 비슷합니다. 한국은 북위 33도에서 38도 사이에 위치해 있어 계절에 따른 낮 길이 변화가 뚜렷하게 나타나는 편입니다.

겨울의 짧은 낮이 불편하게 느껴질 수 있지만, 이미 동지를 지난 지금은 매일 조금씩 낮이 길어지고 있습니다. 혹시 오늘 해가 지는 시간을 확인해 보셨나요. 한 달 전과 비교해 보면 눈에 띄는 차이를 느끼실 수 있을 것입니다.