우리 태양계는 은하수라 불리는 우리은하의 한 나선팔에 위치하고 있다. 우리은하핵의 지름은 약 12,000광년에 달하지만, 은하 원반의 지름은 이보다 8배나 더 넓어서 100,000광년에 달한다. 그리고 원반의 두께는 1,000광년 정도이다.

우리은하에는 태양을 비롯하여 5,000억 개에 달하는구형의 핵 안에 집중되어 있다. 

우리은하의 중심에는 궁수자리 A^★라 불리는 커다란 블랙홀이 존재하는 것으로 보인다. 은하 내의 나머지 별들은 은하의 4개의 나선팔 내에 존재하는 것으로 보인다. 

각 나선팔의 이름은 궁수, 오리온, 페르세우스, 그리고 용골이다. 태양(물론 지구를 포함하여)은 오리온 팔에 위치하며, 은하의 중심으로부터 약 30,000광년 떨어져 있다.

우리은하의 중심을 220㎞/s의 빠른 속도로 공전함에도 불구하고, 태양이 우리은하를 한 바퀴 도는 데는 2억 5천만 년이라는 어마어마한 시간이 필요하다. 현재까지 태양은 우리은하 주위를 15~23회 정도 공전한 것으로 보인다.

위에서 본 우리은하

은하의 에너지

은하는 여러 가지 면에서 정말로 놀라운 존재이다. 은하는 우주에서 눈에 보이는 물질들이 모여 있는 기본 조직체이다. 우주에는 이런 은하가 수천억 개나 존재하고 있으며 개개의 은하는 수천억 개의 별로 이루어져 있다. 이들은 전체적인 구조에 따라나선 은하, 타원 은하 등으로 구분되며 아무런 형태가 없는 부정형 은하도 있다. 또한 은하는 사진발을 잘 받는 것으로 유명하다. 망원경의 성능만 좋으면 어떤 은하를 찍어도 감탄을 자아낼 만한 풍경을 연출한다. 대부분의 은하는 텅 빈 공간에 홀로 떠 있지만 개중에는 중력으로 연결된 쌍을 이루거나 은하군, 은하단 또는 초은하단을 이루는 것도 있다.

북반구 사람들에게 안드로메다 은하가 유명하다면, 남반구 사람들에게는 대마젤란 은하와 소마젤란 은하가 있다. 이들 두 은하는 마젤란이 세계 일주를 하다 남반구 하늘에서 발견한 것을 기념해 이름 붙여진 것이다.

대마젤란 은하까지의 거리가 약 16만 광년, 소마젤란 은하까지의 거리가 약 20만 광년으로 안드로메다 은하까지 거리의 약 10분의 1정도다. 대마젤란 은하는 약 100억개, 소마젤란 은하는 약 20억 개의 별들로 이루어져 있다. 두 은하 모두 우리은하 주위를 공전하는 위성 은하다.

우리은하는 마젤란 은하들과 더불어 지름이 약 1000만 광년 이내에 40개 이상의 은하들이 포함된 국부은하군을 형성하고 있다. 국부은하군의 약 3분의 1은 우리은하 주변에 몰려 있으며 또 다른 3분의 1은 안드로메다 은하 주변에 몰려 있다. 국부은하군 내에서 주인 노릇을 하고 있는 것은 약 1조 개의 별을 자랑하는 안드로메다 은하다. 주위에는 M 32, NGC 147, NGC 185, NGC 205 등의 작은 은하들이 맴돌고 있다.

지구

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현대과학이 밝힌 바에 의하면 생명체가 존재하기에 적합한 조건을 지닌 태양계 내의 유일한 행성이다. 인접해 있는 금성과 화성보다는 약간 크지만, 더 멀리 있는 목성·토성·천왕성·해왕성보다는 상당히 작다. 지구는 1개의 달을 위성으로 거느리고 있는데, 달은 다른 행성들의 위성들보다 크기 때문에 지구와 달이 함께 독특한 지구-달 계를 구성하는 것으로 생각한 사람도 있었다.

1960년대에 최초로 지구 전체를 먼거리에서 촬영했는데, 이 사진에서 지구는 다른 행성보다 다양한 색을 가진 것으로 밝혀졌다(그림1). 이 사진에서 구름의 분포는 대기순환의 규모를 확실하게 보여주며, 구름 아래의 푸른 바다와 대륙의 윤곽을 보여주기도 한다. 지구의 바다는 물로 차 있으며 온도와 압력의 변화범위가 작다. 지구의 모양은 다른 행성과 마찬가지로 구형이다. 지구는 북극과 남극을 연결한 지축(地軸)을 중심으로 도는데 태양을 기준으로 24시간 3분 57초(태양일)에 한 번 자전하며 별에 대해서는 23시간 56분 4초(항성일)에 한 번 자전하므로 항성일은 태양일보다 약간 짧다. 이는 지구가 자전하며 공전을 하기 때문에, 1항성일이 끝난 후에도 1태양일이 완료되기까지는 좀더 자전해야 하기 때문이다.

지구 Earth globe isolated on white background. Elements of this image furnished by NASA

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지구는 복사대·전리층(대전입자나 대전이온을 포함한 대기권의 일부)·대기권·수권·암석권을 가지고 있다. 지각으로 둘러싸인 지구내부는 맨틀·외핵·내핵으로 되어 있다. 지구는 우리가 살고 있는 천체이므로 쉽게 연구할 수 있어 그 구조와 조성에 대해 많은 사실이 밝혀져 있다. 지구의 가장 두드러진 특징 가운데 하나는 물이 존재한다는 점이다.

지표면의 약 2/3는 바다로 덮여 있으며, 해수는 전체 수권 총질량의 98％를 차지한다. 지구는 해수와 지각으로 생물체를 보호해 주는 태양계의 유일한 곳이다. 이러한 지표면 근처의 환경은 그곳에 사는 생물들과 함께 지구의 생물권(生物圈)을 구성한다. 생물권은 지구에만 존재하는 특수한 환경이다.

지구의 특징

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지구를 구형의 천체라고 할 수 있지만 그 극반지름과 적도반지름이 같지 않기 때문에 완전한 구형이라고는 할 수 없다. 지구의 위도 1°의 길이는 이를 측정하는 위도에 따라 다소 다르며, 이러한 차이는 지구의 모양이 구형에서 벗어나 있음을 나타낸다. 뉴턴은 최초로 지구가 자전할 때 발생하는 원심력으로 적도 부근이 부풀어 올라 회전타원체(물체가 단축을 중심으로 자전할 때 형성되는 타원체)를 형성한다고 주장했다. 그러므로 지구는 적도 주변보다는 극 주변이 더욱 편평한 모양을 하게 되며, 따라서 위도 1°의 길이는 저위도 지방에서보다 고위도 지방에서 더 길다.

지구는 365.25일에 태양 주위를 한 번 공전하므로 항성일(정확히 23시간 56분 4.09초)은 365일이 1년인 평균태양일보다 짧다. 천문관측에 의하면 지구는 1일의 길이에도 미세한 변화를 보인다. 1일 길이 변화의 주요요인으로는 지구 자전속도의 점진적인 감소로 인한 1일 길이의 점진적인 증가, 연중 또는 계절에 따라 일어나는 소규모의 변화, 소규모의 불규칙한 변화가 있다. 자전속도의 감소는 고대의 천문관측, 특히 고대의 일식과 월식의 관측으로 발견되었다. 자전속도가 감소하는 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만 해양에서의 조석 마찰효과가 가장 큰 원인으로 생각된다. 지구-달 계의 각운동량은 보존되므로, 지구의 자전속도가 느려짐에 따른 각운동량(지구의 자전으로 발생하는 운동량)의 감소는 달의 궤도운동에서 증가되는 각운동량에 의해 상쇄되고 그결과 달의 궤도는 지구로부터 점차 멀어지는 경향을 띤다. 1일 길이의 계절적인 변화는 매우 작아서 1년에 수천분의 1초 정도에 불과한데, 이는 극지방에 있는 빙모의 크기 변화와 대기순환의 변화로 설명할 수 있다(→ 기울기).

지구 자전축의 방향은 외부의 영향이 없다면 일정하게 유지되어야 한다. 그러나 태양계 내의 다른 별들의 인력은 지구에 영향을 미치며, 특히 태양과 달의 인력은 지구에 상당한 영향을 미친다. 지구는 타원체이므로 달의 인력은 지축을 경사지게 하여 지축은 달의 궤도에 대해 수직하게 유도된다. 또한 영향력은 작지만 태양도 달과 비슷한 영향을 지구에 미친다. 그러나 지구는 이러한 인력의 영향을 받더라도 인력의 영향하에 완전히 구속되지는 않으며, 대신 지구의 자전축은 우주 공간에서 원추모양의 표면을 따라 움직이게 되는데, 이러한 자전축의 운동을 세차라고 한다.