1. 개요
우리 은하의 오리온자리 나선팔에 위치한 태양계를 구성하는 행성 중 하나로, 태양의 세 번째 궤도를 돌고 있다. 현재까지 과학적으로 알려진 바로는, 생명체와 지성체가 세운 문명이 존재하는 것이 입증된 유일한 천체로 인류가 살아 숨쉬고 있는 단 하나뿐인 행성이다.
오늘날 쓰이는 '지구'라는 단어는 근대 일본에서 서양의 서적을 번역하면서 생긴 일본식 한자어이며, 전통적인 한자문화권에서는 곤여(坤輿) 혹은 대괴(大塊)라고 불렀으나, 이는 천체로서의 지구를 나타내기보다는 '세계' 그 자체를 의미하는 바가 컸다. 이 밖에도 중국의 사상가 량치차오(梁啓超)는 혼원구라는 명칭을 사용하기도 했다.
2. 생명체가 존재할 수 있는 이유
생명체가 자생하는 이유는 액체 상태의 물[11]과 대기층 등이 존재하기 때문이다. 이 전제를 충족해야 하는 이유는, 현재까지 발견된 생물체는 탄소 유기화합물이며, 이 탄소유기화합물은 상기 두 조건이 없으면 만들어지지 않기 때문이다. 탄소 유기화합물로 구성된 생명체가 자생할 좋은 조건은 다음과 같다.
- 적절한 질량.[12] 지구는 수성처럼 너무 작지도, 해왕성처럼 너무 크지도 않아서 생명체가 존재하기 유리한 조건이다. 현재 지구 질량의 1.25배만 커졌어도 지질 활동이 과도하게 활발해져 대지가 가라앉아 바다 행성이 됐을 것이고, 목성처럼 질량이 너무 커지면 수소, 헬륨과 같은 가스를 많이 끌어들여 생물체가 살기가 불가능한 목성형 행성이 됐을 것이다. 반대로 질량이 너무 작을 경우에는, 그러니까 현 지구 질량의 0.96배 이하로만 되었어도 지질 활동이 줄어들고 중력이 약해져 화성이나 수성처럼 대기가 줄어든다.
- 자기장이 존재한다. 그런데 이는 조금만 작았으면 외핵, 내핵 구분이 없어 쉽게 사라졌을 것이다. 사실 지구만 한 크기에서도 어렵다. 자기장이 중요한 이유는, 자기장이 없으면 태양풍에서 유래된 엄청나게 해로운 고에너지 하전입자들이 그대로 지구로 유입돼서 생명체들(혹은 생명체의 재료)을 전부 파괴하고, 바다조차도 증발해서 분해됐을 것이다. 자기장이 없을 때의 행성에 미치는 영향은 금성, 화성 문서로.[13][14]
- 온도, 크기를 기준으로 생명체가 살기에 적합한 궤도(골디락스 존)에 정착했다.
- 45억 년 동안 지속되어온 판구조 운동에 의한 다양하고 역동적인 환경과 물질의 극적인 순환과 저장이 일어났다.
- 태양계 내의 목성급 질량의 거대가스 행성이 목성밖에 없고, 두 번째로 질량이 큰 토성이 목성보다 질량이 훨씬 작은 데다가, 항성 가까이에서 공전하는 뜨거운 목성이 없다는 점.[17]
- 달의 존재로 지구 내부의 열이 조금 더 오래 지속될 수 있었다. 지구 내부가 달의 인력에 의해 움직여 마찰열이 발생한다.
- 유난히 큰 위성인 달이 존재해 자전축이 비교적 천천히 세차운동을 하게 한다. 이는 급격한 기후 변화를 막아주어 생명체 번성에 기여했다. 또한 달이 지구를 공전하면서 서서히 자전 에너지를 빼앗아가 지구의 자전주기가 24시간이 되었다. 원시 지구의 자전 시간은 대략 6시간이었고, 달이 없다면 현재 자전 시간은 대략 8시간이었을 거라고 한다. 출처. 목성에 비교할 바는 아니지만 지구로 떨어지는 소행성 중 일부를 대신 맞아주기도 한다.
- 항성 태양이 우리 은하의 중심부가 아닌 변두리에 위치한다. 은하 중심부에 위치할수록 늙은 별들이 많아 초신성 폭발에 휩쓸리거나 중성자별, 은하 중심에 존재하는 거대 블랙홀이나 다른 블랙홀에 의해 악영향을 받기 쉽다. 그리고 중심부에서 너무 멀어도 지구형 행성과 생명체의 생성에 필요한 중원소들[18]의 양이 줄어들어 생명체가 나타나기 힘들다.
- 슈퍼 플레어가 발생하기에는 목성형 행성과 태양 사이의 거리가 멀어 자기장 간섭이 일어나지 않아 발생하지 않는다.
다른 지구형 행성과 외계 행성들을 보아도 지구처럼 완벽한 환경을 찾기는 힘들다. 금성처럼 과다한 온실효과가 있지도 않고, 화성처럼 대기가 옅어 숨쉬기 힘든 것도 아니다. 과학이란 학문에 우연이나 운은 없다지만 실로 지구인들과 그 생명체들은 재수가 좋았다고 할 수 있다. 물론 이런 적정한 조건이 들어맞는 별이었기에 생명이 탄생할 수 있었겠지만 말이다.
미국 캘리포니아 산타크루즈 대학의 우주물리학자 그레그 러플린이 평가한 바에 의하면 2011년 현재 가치는 약 3천조 파운드라고 한다.[19] 다만 전 우주적으로 볼 때 생명체한테 최적의 자연 환경을 제공하는걸 고려하면[20] 수해~수자 원 이상으로 가치가 훨씬 더 높을 수도 있다.
3. 물리적 특징
전체 표면의 70%가 물로 덮였고 나머지 30%가 육지인 물의 행성이다.[21] 물이 표면을 대부분 덮었기 때문에, 우주에서 본 지구는 푸른색 공 위로 흰색 구름들이 춤을 추면서 지나가는 것처럼 보인다. 구름이 조금만 덮고 있어도 대륙은 잘 보이지 않고, 마찬가지로 인간이 산다는 증거도 식별하기가 어렵다.[22]
현재 태양계에서 지구형 행성 중[23] 가장 크고 무거운[24] 천체이다. 또한 현재까지 지구 기반 생명체들에게 적합한 환경[25]을 유지하고 있는 행성이다. 현재 생물이 살아갈 만한 행성 중에서 유일하게 생명체의 존재가 확실하게 알려진 행성이다.
지구의 내부는 대기권, 지각, 맨틀, 외핵, 내핵으로 구성된다. 관련 다큐. 물론 외핵/내핵은커녕 맨틀조차 실제로 본 적은 없지만, 지진파를 통해서 지구 내부가 서로 각기 다른 층으로 구성되었음을 알 수 있다. 핵으로 갈수록 온도가 뜨겁고 압력이 높다. 그런데 연구 결과에 의하면 철로 된 내핵 안에 또 다른 핵이 있을 가능성도 있다고 한다.
온도가 무척 낮은 지각은 딱딱하게 행동하지만, 그보다 깊은 곳에 있는 맨틀과 핵은 높은 압력과 온도 때문에 행동방식이 다르다. 맨틀은 고체이지만, 보통 사람들의 생각과 다르게 '흐른다'. 물론 인간의 관점에서는 인지조차 힘든 흐름이다. 내부가 워낙 초고온, 초고압의 상태이기 때문에 고체인데도 대류현상이 일어나는데, 맨틀 대류의 정확한 양상과 메커니즘은 아직도 연구 대상이다.
위성으로 달이 있다. 지금은 대부분 태양력을 쓰지만, 인류 역사에서 달은 매우 중요한 역할을 했다. 위성의 특성상 시시각각 모양이 바뀌기 때문에 달력을 만들기에 편리하다.
자전에 걸리는 시간은 23시간 56분 4.09054초이다. 하루는 정확하게 24시간이다. 자전 주기는 행성을, 하루의 길이는 태양을 기준으로 하는데, 지구가 공전함에 따라 태양이 항상 사이를 움직이는 것으로 보이므로 하루의 길이와 자전에 걸리는 시간은 약간 다르다. 자전에 걸리는 시간은 100년마다 0.000017초 느려진다. 초창기 지구가 생성되었을 때는 아주 뜨거운 행성이었고, 자전에 걸리는 시간이 고작 3시간에서 4시간이었다. 공룡이 살던 때에는 하루가 22시간에 가까웠다고 한다. 신기한 사실은 인간만 24시간을 하루로 인식하는 것이 아니라는 것이다. 인간 말고 다른 생명체도 24시간에 맞춰서 생활하는데, 이는 태양으로부터 대부분의 생물이 에너지를 공급받으며, 태양이 뜨고 지는 시간이 일정하기 때문이다. 잘 알려진 체내시계(하루의 주기가 체내에 내장되어 있다는 시계)는 원핵 시아노박테리아/청록생 세균(prokaryotic cyanobacteria)의 것인데, 며칠 동안 22시간에 맞춰서 생활했다고 한다. 관련 영상
공전에 걸리는 시간은 365.2064일이 걸린다. 공전 주기 역시 세차운동 때문에 1년의 길이와 약간 다르다. 1년의 길이는 약 365.2422일이다. 이 때문에 윤년이 있는 것이다.
정확히는 31,559,997.50880493329128109995635094초이다. 이는 \displaystyle \frac{2 \pi \times \frac{q + Q}{2}}{v}을 계산한 값이다. 여기서 q ≒ 147,098,074 km는 근일점에서의 거리, Q ≒ 152,097,751 km는 원일점에서의 거리, v ≒ 29.783 km/s는 속도이다. 오해할 수 있는데 달리 지구의 계절 변화는 이 태양과의 거리 자체와는 큰 관련이 없으며, 자전축의 기울기에 따른 태양 고도의 변화가 더 크다.
4. 탄생
현재까지의 연구에 따르면 약 45억 6천만 년 전에 태양계가 처음 만들어지기 시작했고, 45억 4천만 년 전쯤에 원시지구라고 할 수 있는 것이 어느 정도 생성되었으며, 45억 3천만 년 전(대략 태양계 형성 시작 3천만 년 후)에 원시지구는 최소지름 1만 km 정도에서 화성만 한 원시행성(가칭 테이아)과 충돌했다. 그리하여 달이 생겼다고 하는 것이 대충돌설이다. 그리고 26억 년 전에 호기성 생물이 등장. 산소가 대기 중에 살포됨으로써 당시 지구 대기에 산재해있던 메탄과 강렬한 반응을 일으켜 적도까지 얼어버리는 초(超) 빙하기가 있었고, 이는 6억 년 전에 다시 한 번 일어났다. 자세한 내용은 눈덩이 지구 항목으로.
고생대 말 판게아가 형성되어 당시 대륙붕에 살던 많은 생물들이 멸종했다. 그리고 뒤이어 거대 플룸에 의한 거대지각변동에 의해 지구의 산소 농도가 10%대로 감소하여 전체 생물의 98%가 절멸하는 사태가 발생한다. 그리고 중생대 말 그 유명한 운석 충돌에 의해 대부분의 공룡이 멸종하고[26] 신생대에 접어들어 지금에 이르렀다.
지구 생성 때부터 판게아 형성까지 지구 대륙의 대부분은 남반구에 있었다고 한다(한반도 포함). 아직도 남반구에 존재하는 아프리카 대륙에서 인류의 조상이 출현했다고 한다. 하지만 21세기의 대륙과 인구 분포는 반대로 북반구에 몰려 있다.
20세기 후반, 21세기 초 외계 행성이 많이 발견되면서 지구와 비슷한 외계 행성을 찾으려는 노력이 계속되고 있다. 현재의 기술 수준은 아슬아슬하게 지구보다 몇 배 큰 천체를 찾는 수준까지 발전해 왔고, 지구 정도 크기를 지닌 별 찾기는 머지않아 흔하게 이루어질 전망이다. 다만 문제는 '생명체가 사는' 제2의 지구가 있느냐는 것이다. 이미 그 후보자는 발견되었다. 자세한 것은 글리제 581과 외계 행성 항목으로.
형성된 시기는 대략 45.7억 년 전이라고 추정한다. 이는 지구 및 달, 운석의 샘플을 방사성 동위원소 연대측정법으로 조사한 결과를 토대로 추정한 것이다. 여담이지만 지구의 나이 측정을 토대로 수학자 폴 에르되시는 그가 어렸을 때 지구의 나이가 20억 년이었는데, 시간이 지나서 지구의 나이가 45억 년이 되었다며 자신의 나이가 25억 살이라고 농담했다.