정답
㉠ 사리가 발생할 때 달의 위상은 삭(신월)과 망(보름달)이다.
조석일의 길이가 1태양일보다 긴 이유는, 달이 동쪽으로 공전하여 지구가 달에 대해 한 바퀴보다 조금 더 돌아야 같은 조석 해면이 다시 통과하기 때문이다.
㉡에서 A와 B를 비교하면 A가 B보다 고고조 높이가 크고, A와 C를 비교하면 A와 C의 고고조 높이는 같다.
출제 의도
이 문제는 평형 조석론에서 조석이 생기는 원리와, 사리와 달의 위상 관계, 조석일과 태양일의 차이 원인을 이해하고 설명하는지를 평가한다. 또한 달의 적위가 0이 아닐 때 위도에 따라 고조의 높이가 어떻게 달라지는지, 특히 A·B·C 세 지점의 고고조 높이를 비교할 수 있는지를 묻는다.
풀이 과정
먼저 ㉠인 사리(대조)가 언제 발생하는지 살펴본다. 사리는 태양·지구·달이 일직선이 되어 태양과 달의 기조력이 같은 방향으로 작용할 때 발생한다. 이때 달은 지구에서 볼 때 태양과 같은 방향(삭, 신월) 또는 반대 방향(망, 보름달)에 있다.
따라서 사리가 발생할 때 달의 위상은 삭(신월)과 망(보름달) 두 가지이다.
다음으로 조석일의 길이가 1태양일보다 긴 이유를 설명한다. 태양일은 태양이 하늘의 남중 위치로 다시 돌아오는 데 걸리는 시간, 즉 지구가 태양을 기준으로 1회 자전하는 데 걸리는 시간이다.
그러나 달을 기준으로 보면 상황이 다르다. 지구가 태양에 대해 한 바퀴 도는 동안 달도 지구 주위를 동쪽으로 조금씩 공전한다. 그 결과 어떤 지점에 대해 같은 조석 해면(달 쪽으로 볼록한 부분)이 다시 지나가려면, 지구가 태양 기준 한 바퀴( \(360^\circ\) )보다 더 많이 돌아 달이 이동한 만큼을 추가로 따라가야 한다.
이 추가 회전에 시간이 더 필요하므로, 달을 기준으로 한 1조석일은 1태양일보다 약 50분 정도 더 길다. 즉, 달의 공전 때문에 조석일이 태양일보다 길어진다.
이제 달의 적위가 \(28^\circ\)일 때 A, B, C에서의 하루 중 고고조 높이를 비교한다. 평형 조석론에서 조석 해면은 지구 중심과 달을 잇는 선을 따라 길게 늘어난 타원형으로 나타나며, 이 선이 곧 최대 조석 돌출 방향이다.
달의 적위가 \(28^\circ\)라는 것은 달이 적도면에서 북쪽으로 \(28^\circ\) 기울어진 방향에 있다는 뜻이다. 따라서 조석 해면의 최대 돌출축은 위도 \(28^\circ\mathrm{N}\) 부근을 통과하면서, 지구 중심을 지나 달 반대편에서는 위도 \(28^\circ\mathrm{S}\) 부근을 통과한다.
지점 A는 위도 \(28^\circ\mathrm{N}\)으로 달이 위치한 방향과 거의 일치하므로, 하루 동안 지구가 자전하면서 A는 조석 해면의 가장 두드러진 부분(달 쪽으로 볼록한 부분)을 한 번 지나가게 되어 아주 높은 고조(고고조)를 경험한다.
지점 B는 적도 위에 있다. 달의 적위가 0일 때에는 조석 해면의 최대 돌출이 적도를 따라 나타나지만, 현재는 \(28^\circ\) 기울어져 있으므로 B는 최대 돌출축에서 벗어나 있다. 그 결과 B에서는 두 번의 고조가 서로 같은 높이로 나타나지만, 그 높이 자체는 A에서의 고고조보다 낮다.
따라서 A와 B를 비교하면 A에서의 고고조가 B보다 더 높다.
한편 지점 C는 위도 \(28^\circ\mathrm{S}\)로, 지구 중심을 기준으로 A와 적도에 대해 대칭 위치에 있다. 조석 해면은 달이 적위 \(+28^\circ\)에 있을 때, 지구 중심을 기준으로 북반구와 남반구에 대해 거의 대칭 모양을 이룬다.
그 결과 A에서의 가장 높은 고조와 C에서의 가장 높은 고조는 서로 대칭인 위치에서 형성되므로, 고고조 높이는 A와 C가 서로 같다.
정리하면, 하루 중 고고조 높이를 비교할 때 A와 B를 비교하면 A > B, A와 C를 비교하면 A = C 이다.
<풀이가 부정확할 수 있으니 반드시 교차검증 확인 바랍니다.>