지구중력에 붙잡힌 바람과 해수는 어떻게 지구자전보다 빠르게 운동할까?

공기와 바닷물이 지구의 중력에 붙잡혀 함께 자전한다면 끌려가는 물질이 지구의 자전 속도보다 빠르게 운동할 수 는 없다. 그런데 지구에서 규모가 가장 큰 편서풍과 남극 순환 해류가 왜 모두 지구의 자전 속도보다 빠르게 동쪽으로 운동할까?

속도의 합법칙이 해류와 편서풍에 적용되고 있기 때문이다. 시속 100킬로미터로 달리는 열차 안에서 공을 던졌는데 그 공의 속도가 열차 진행방향으로 100킬로미터의 속도로 날아간다면, 열차 밖에서 관측한 그 공의 속도는 100+100=200킬로미터이다. 이를 속도의 합법칙이라고 한다.

지구는 적도 기준으로 시속 1,700키로미터로 자전하고 있다. 그렇다면 지구 밖에서 봤을 때 열차 안에서 날아가는 공의 속도는 얼마일까? 속도의 합법칙에 따라 1,700+100+100=1,900킬로미터가 된다.

이처럼 날아가는 공의 속도는 하나이지만 답은 두 개도 되고, 세 개도 될 수 있다. 그렇다고 그 답들이 틀리거나 오류가 있는 것은 아니다. 이러한 현상이 상대적인 현상이다. 하나의 현상이라도 측정하는 기준에 따라 답이 달라질 수 있다는 것이다. 그래서 기준계라는 것이 매우 중요하다.

편서풍과 남극순환해류의 흐름에 영향을 주는 것이 지구의 자전력 외에 외부의 다른 힘이 있다면, 편성풍과 남극순환해류는 속도의 합법칙에 따라 지구 자전속도보다 빨라질 수 있다.

그렇다면 외부의 힘은 무엇일까? 바다의 해류의 영향을 주는 것은 우리가 잘 알다시피 달의 인력이다. 달의 끌어당기는 힘이 해류에 영향을 준다면 해류는 지구 자전속도보다 더 빨리 동쪽으로 이동하게 된다. 편서풍도 마찬가지다. 달의 인력과 공기의 온도가 작용하기 때문에 지구의 자전속도보다 빨라질 수 있다. 다만 여기서 편서풍의 속도가 지구 자전속도보다 빠르다 느리다 하는 개념은 어느 쪽에서 바라보았느냐에 따라 달라지는 상대속도이다. 지표면에서 보면 빠를수도 있지만 우주에서 바라보면 빠른지 느린지, 아니면 자전속도와 똑 같은 것인지 알 수 없다.