대기압의 역할과 특성

대기압의 역할과 특성

대기압의 역할과 특성

대기가 만들어 내는 공기의 압력이 얼마나 큰지, 그 대기압의 역할이 무엇인지에 대해서 집중적으로 살펴봤습니다. 대기가 가진 압력 이외에 또 다른 대기가 하는 역할이 무엇인가 생각해 보도록 하겠습니다.

대기가 하는 역할

일단 대기의 지구는 산소를 품고 있고, 이 산소는 지구의 모든 생명체의 필수적인 요소입니다. 생명체가 산소를 필요로 하는 이유는 우리가 처음에 배운 불의 본질과 관계됩니다. 대부분의 생명체는 탄화수소 화합물을 먹이로 섭취하고 이 음식물을 몸 안에서 연소시킴으로써 삶에 필요한 에너지를 얻는 데, 이 연소과정에서 산소가 요구됩니다. 불을 유지하기 위해 산소를 계속 필요로 하는 것은 초뿐만이 아닌 거죠. 사람도 몸 안에서 계속 불을 피워야 하고 산소나 음식물이 부족해서 이 불이 꺼질 때, 우리의 생명도 꺼져버리는 것입니다. 그렇게 생각해보면 대기가 충분한 산소를 포함하고 있다는 사실이 참 다행스럽습니다. 이 방에서 갑자기 대기가 사라진다면 여러 가지 난리가 일어나겠죠. 그중 또 하나는, 여러분은 더 이상 소리를 들을 수 없습니다. 소리는 공기의 진동으로 전파됩니다 제가 책상을 두드린다든지 이런 스피커가 떨면 이 스피커 표면이 앞뒤로 진동하면서 공기분자를 압축, 팽창시킵니다. 어두운 색이 압축된 공기를, 그리고 밝은 색이 팽창한 공기를 나타냅니다. 이 압축, 팽창이 앞으로 계속 전달되고 결국 여러분의 고막. 여러분의 고막도 역시 이 스피커와 비슷한 구조를 갖고 있는 데, 이 고막을 진동시키면 여러분이 그 소리를 인식하는 거죠. 물체를 천천히 진동시키면 낮은음이 나오고, 더 자주 진동시키면 더 높은음이 나옵니다. 만일 우리 사이에 공기가 모두 사라지면, 제가 “여보세요”하면서 목의 성대를 아무리 열심히 떤다 하더라도 또, 어떤 물체를 열심히 진동시킨다 해도 여러분은 전혀 인식할 수 없게 됩니다. 물체를 직접 집어던지는 수밖에 없겠죠. 공기가 있기 때문에 이렇게 서로 떨어져 있는 사람끼리 신호를 쉽게 주고받을 수 있습니다. 지금 이곳은 한창 장마 기간이고, 저는 개인적으로 빗방울 떨어지는 참 소리를 좋아합니다. 하지만 대기가 없는 상황이라면 비가 올 때 절대 밖으로 나가서는 안됩니다. 빗방울에 맞아 죽을 수 있거든요. 중력 때문에 지구에서 낙하하는 모든 물체의 속력은, 매초당 초속 10m씩 증가합니다. 이 말은 처음에 정지 상태였던 물체가 떨어지고 나서 1초가 지나면 초당 10m씩 내려오고요. 즉, 아파트 세 개의 층 정도가 됩니다. 이 초가 경과하고 나면은 초당 20m씩 내려오는 속도가 됩니다. 구름에서 만들어진 빗방울이 이 지면에 도달할 때쯤 되면 그 속력이 무려 초당 200m입니다. 이 엄청난 속력의 빗방울에 맞으면 우리 우산은 다 뚫리고, 살이 다 패일 것입니다. 그러나 대기가 존재함으로 인해서 빗방울이 내려오다가 공기분자와 계속 부딪히면서 속력이 느려지고 결국, 최대 초당 10m의 속력밖에 내지 못합니다. 이 정도에 속력이면 맞아도 간지러운 정도가 되는 거죠. 그래서 우리가 얇디얇은 우산 하나만 들고나가서 비 오는 날 운치를 즐기는 게 가능합니다. 보통 우리가 하늘은 파랗다고 말하는 데 실제로 우리가 보는 것은 대기층이고, 우리가 파랗다고 부르는 것은 사실 공기분자들의 색이라고 할 수 있겠습니다.

공기와의 마찰

태양은 빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보 다양한 빛을 모두 방출하는 데, 공기분자는 아주 작아서 그 가운데 파랑과 보라색 빛을 잘 산란시킵니다. 그래서 우리가 하늘을 볼 때, 파랗게 보이는 거죠. 그러나 만약 하늘에 공기분자가 없다. 그러면 오른쪽으로 진행하던 빛이 계속 직진하기만 하고, 제 눈으로 돌아오지 않습니다. 그러면 제가 그 하늘을 볼 때는 아무런 빛이 오지 않기때문에 어둡게 보이는 거죠. 따라서 만약 지구에 대기가 없다면 하늘에 밝게 빛나는 태양 하나가 있고, 그다음에 태양빛을 반사해주는 달 하나가 있을 테고, 그다음에 아주 밝은 몇 개의 별들 외에는 하늘이 온통 까맣게 보일 것입니다. 이렇게 우리가 매일매일 다채로운 하늘을 볼 수 있다는 것은 다 대기 덕분인 거죠. 우주에는 크고 작은 운석들이 떠다니고, 운석이 지구 주위를 지나가다가 지구중력에 의해서 우리가 사는 땅으로 떨어지면 그 양이 하루에 약 300톤 정도가 된다고 합니다. 그럼에도 불구하고 우리가 별다른 걱정을 하지 않는 이유는 이 운석이 대기권 안에 들어올 때, 공기와의 마찰로 인해서 엄청난 열이 발생하고 대부분이 떨어지다가 다 불타버리기 때문입니다. 밤하늘에 별똥별로 반짝 보이기만 할 뿐 지상에는 별다른 영향을 주지 않는 거죠. 그러나 2013년 2월 러시아에 떨어진 운석에 경우에는, 그 운석이 너무나도 커가지고 대기 중에서 다 불타지 않고 지면에 도달하기도 했습니다. 운석이 엄청난 속도로 땅에 떨어지면 직접적인 충격을 입는 것도 있겠지만 대기 중에 먼지를 확 일으켜 가지고 그 먼지가 태양빛을 가려서 생태계를 위협하게 된다고 합니다. 과거, 공룡이 멸종한 이유도 바로 그런 커다란 운석 때문일 것이라고 추정하고 있죠. 태양은 격렬한 핵반응을 통해서 열과 빛을 방출하는 데 모든 핵반응이 그렇듯이 방사선도 함께 뿜어냅니다. 만약 이 태양의 방사선이 지구의 지면에 그대로 다 도달하면 대재앙이 일어나겠죠.

방사선을 막아주는 차폐막 역할

다행히 지구는 이 방사선을 방어할 차폐막을 갖고 있습니다. 1차 방어막은 지구가 갖고 있는 자기장입니다. 방사선 중에는 전기를 띠고 있는 것도 있고 전기를 띠지 않는 것도 있는데, 전기를 띠고 있는 입자가 이 지구가 갖고 있는 자기 장안으로 들어오면은 갑자기 그 진행방향이 꺾이면서 원운동을 하게 됩니다. 그리고는 이 지구의 지면을 향해서 곧바로 오지 못하고 결국, 우회해서 지구 바깥으로 빠져나가게 되죠. 만약 전기를 띄고 있지 않고 있거나 에너지가 너무 큰 방사선이라고 하는 경우에는, 이 자기장을 뚫고 대기권 안에 들어올 수도 있는데, 이때는 빗방울과 마찬가지로 공기분자와 계속 충돌하면서 에너지를 점점 잃고 결국 지상에는 거의 피해를 주지 않는 것입니다. 우리 지구 위에는 여러 개의 우주선 또는 인공위성들이 떠 있다고 알고 있는 데요. 우주선이 지구 바깥으로 나갔다가 다시 대기권 안에 들어올 때는 굉장히 조심해야 합니다. 이 진공상태에서는, 우주선이 어떻게 어떤 방향으로 얼마나 빨리 움직여도 걱정할 것이 없지만 대기권 안에 들어오는 순간 너무 빠른 속도로 들어오게 되면은 그 대기와의 마찰열 때문에 우주선이 불타버릴 수가 있습니다. 갑작스러운 대기와의 마찰을 피하기 위해서는 비스듬하게 들어오는 게 안전하죠. 그렇다고 해서 너무나 작은 각도로 들어오게 되면 이 대기층에 반사되가지고 우주선이 우주로 튕겨나가 버립니다. 흔히 우리가 물수제비라고 하죠. 돌을 물 위에 낮은 각도로 던지면 그 수면에서 반사하는 것과 마찬가지 현상입니다. 그래서 우주선이 집으로 귀환할 때는 각도를 적절하게 잘 유지해야 되는데 약 7도의 각도가 적합하다고 합니다. 영화 '그래비티'에서 마지막에 주인공이 '텐궁'이라는 우주정거장에서 탈출을 하고 집으로 귀환하는 장면이 나옵니다. 이 대기권 안에 들어올 때 어떤 일이 일어나는지 생생하게 잘 보여줍니다. 얼마 전에는 영화가 아니라 실제로 이 '텐궁'이 통제불능이 되면서 지상으로 떨어지는 바람에 한동안 화제가 되기도 했는데요. '그래비티' 영화 장면을 영상으로 한 번 보시면 좋을 것 같습니다. 그럼 이제 정리를 한 번 해보겠습니다. 물고기가 소금물로 채워진 바닷속에서 살아가듯이 우리는 지구를 감싸고 있는 대기라는 바다 속에서 살아갑니다. 이 대기가 있어서 우리가 소리를 주고받을 수 있고, 대기가 우리 호흡을 가능케 하고 우리 지구에 들어오는 햇빛을 적절히 분산시킵니다. 또, 대기는 빗방울에 위험으로부터 우주에서 쏟아지는 운석과 방사선으로부터 지구의 생명체를 보호하고 있습니다. 그리고 이 지구 안팎을 잘 드나들기 위해서는 대기의 특성을 잘 이해해야 하겠습니다.