18. 완전독도법 - 지구, 지도, 나침반에 대한 일반지식

18. 완전독도법 - 지구, 지도, 나침반에 대한 일반지식

1. 지도의 역사와 발달
지도는 지구상에 존재하는 일부 또는 전체적인 지리정보를 사용목적에 따라 일정한 비율로 줄이고 각종 기호를 이용하여 평면상에 기록해 놓은 것이다. 세계에서 가장 오래된 지도로는 터키 중서부 지방에서 만들어졌다는 기원전 6,000년경의 신석기시대에 만들어진 지도가 꼽히는데 당시 사람들이 화산, 길, 집 등 주변 환경을 그린 것이었다.
현존하는 가장 오래된 지도는 기원전 2500년경 바빌로니아에서 제작된 것으로, 점토판에 산과 강, 촌락 등을 묘사하였다. 그밖에 고대 이집트에서는 매년 나일강의 홍수로 인해 변화하는 농토를 분할하기 위해 파피루스로 만든 종이에 지도를 제작했다고 전해진다. 중국을 비롯한 동양에서도 오래전부터 지도를 만들어 이용해왔다. 이와 같이 지도의 역사는 인간의 역사와 그 발달과 변천을 같이 해왔다.
우리나라에서도 일찍부터 지도가 제작되었는데 삼국사기에는 고구려 영류왕 11년(628) 때 당나라에 고구려 지도를 보냈다는 기록이 있으며, 백제와 신라시대에도 지도가 제작되었다는 기록이 있다. 고려시대에 들어서면, 의종(1148) 때 이심 등이 송나라 사람들과 공동으로 고려지도를 제작하였다는 기록이 고려사에 수록되어 있으며, 우리나라 지도뿐 아니라 불교적세계관을 반영한 오천축국도 등 세계지도도 만들었다는 기록이 있으나 현존하는 지도는 없다. 현재 남아 있는 고지도는 모두 조선시대 이후에 제작된 것들이다.
우리는 지도를 통해 많은 지리적 지식을 얻을 수 있으며, 한편으로 지표 위에 존재하는 다양한 현상들의 공간적 분포와 배열을 가장 효과적으로 표현하고 전달할 수 있다. 이러한 지도의 유용성은 현대에 제작된 지도 뿐 아니라 고지도도 마찬가지이다. 특히 고지도는 이미지로 표현된 역사지리서이다. 고지도는 제작 당시의 지역에 대한 상세한 정보를 제공하여 과거의 지역 상황을 복원하고 이해하는 데 가장 기초가 되는 자료이다.

 

2. 나침반의 역사
처음 사용된 나침반은 천연자석(lodestone)이었다. 언제부터 천연자석이 방향을 가리키는 것을 알게 되었는지는 알려지지 않고 있으나 기록상으로 나타나는 나침반의 역사는 11 세기말로 거슬러 올라간다. 중국에서 나침반을 사용한 기록이 11 세기말에 보이지만 그 이전에도 사용했을 가능성이 크다. 유럽과 아랍에서는 12 세기에 물에 천연자석을 띄운 형태의 나침반이 사용된 기록이 있다. 나침반은 마젤란과 콜럼버스가 신대륙을 발견하는 역사적인 항해에도 필수적인 역할을 하였다.
나침반의 작동원리가 지구자체가 거대한 자석이기 때문이라는 것이 알려진 것은 1600년 영국의 윌리암 길벗(William Gilbert)경에 의해서였다.
또 지구의 북극과 자극이 서로 반대이고 그 위치도 어긋나있다는 것이 오래전부터 알려져 1701년에는 에드문드 할리(Edmund Halley)에 의해 현대화된 자기편차의 세계지도가 처음으로 그려졌다. 지구자기마당의 근원과 또 과거 1억7천만년동안 300번 이상 주기적으로 자극이 역전하는 등의 놀라운 특성에 대해서는 아직도 거의 수수께끼로 남아있다.

 

3. 나침반 자침의 원리
나침반은 자기를 띤 자침이 북쪽(N극 또는 +극)과 남쪽(S극 또는 -극)을 가리키는 원리를 이용한 것이며 이것을 자기 나침반 또는 나침반이라고 한다.
지구는 거대한 구형자성체 구실을 하고 있는데 엄밀히 구분한다면 구형전자성체라고 할 수 있다.
지구 내부 핵속에 흐르는 전류에 의해서 지구표면에 환상전류로 나타나는데 이 전류는 북쪽에서 남쪽으로 흐른다.
즉 남·북극을 축으로 하여 북극에서 남극으로 코일을 감아 놓고 전류를 흘러 보내는 것과 같아서 자기의 오른손 법칙이 성립된다.
그래서 남극쪽에서 지자기의 N극이 생기고 북쪽에서 S극이 생기되 되는 것이다.
일단 양극의 자기가 생기게 되면 N극에서 무수히 많은 자기력선들이 나와 S극으로 이동하게 된다. 이 자기력선들을 자기력자오선이라고 한다(이하 자기자오선이라고 함)
이 자기자오선들도 지리상의 남·북극을 잇는 경도선의 망과 같이 N S극끼리 연결된다. 그러나 그 극의 위치는 지리상의 남·북극과 다르다.
편각이 생기는 근본 원인도 여기에 있다.
이들 자기자오선중에도 경도선이 본초자오선과 같은 선이 있다. 그것은 나침반에서 0°(360°)가 되는 지점인데 자기본초자오선이라 할 수 있다.
여기서 자기자오선과 경도선을 설명하였지만 서로의 개념은 약간 다르다.
경도선은 방위, 위치, 시간을 포함하고 있으나 자기자오선은 방향의 개념밖에 없다.
자기자오선도 경도선과 같이 접선 형태로 각 극에서 모이게 되지만 일직선 형태가 아니다.
다시 말해서 나침반의 자침 N극은 자기자오선의 S극에, 나침반의 자침 S극은 자기자오선의 N극에 이끌려 일직선으로 정지하여 남북을 가리키게 되는 것이다.
이와 같이 자침이 남북 극을 직접 가리키지 않고 자기자오선을 따라 남북 극을 가리키므로 자기자오선이 많이 구부러진 지역은 편차각(도자각)이 많이 생기게 되는 것이다.

 

4. 지구의 자기
지구가 자기를 띠고 있는 원인은 무엇일까 지구가 큰 자석과 같다는 것은 잘 알려진 사실
영국의 윌리엄 길버트가 지구는 하나의 거대한 자석과 같다는 지구자석설을 주장하였지만
지구가 자성을 띠는지 원인에 대해서 알지 못했다.
최근 과학적인 설은 지각 아래 2900km∼5100km의 깊이에 있는 지구의 외핵은 윷 상태로 전기전도성이 있다.
이 유체핵 내에는 미량의 방사성 원소가 포함되어 있는데 방사성 원소가 방사선을 내면서 붕괴할 때 열이 발생하며 이 열에 의해서 맨틀의 대류운동이 서서히 진행된다.
이러한 현상들에 의하여 외핵과 맨틀의 외각부와의 경계면 사이에 느린 상대 운동이 자장 안에서 일어나기 때문에 유도전류가 발생한다.
지구의 자전운동에 의하여 와동된 유체핵 내에는 복잡한 전류가 분포하고 있으나 서쪽 방향으로 향하는 환상전류의 의해서 지구의 자기장이 형성되는데 이 자기장은 지구표면이나 지구 주위의 공간에도 나타난다.
이러한 원인에 의해서 남·북극에 지자기의 N, S극이 존재하게 되는 것이다.

5. 자석과 지구의 자기력선
막대자석을 놓고 나침반으로 자기력의 방향을 알기 위하여 자기력의 방향을 따라 선을 그으면 곡선이 그려지며 이 곡선을 자기력선이라고 한다.
지구도 이러한 자석의 일종인데 구형이라는 것이 다르다.
이 구형이 지구에 대한 지자기의 자기력에 대하여 막대자석이 지구의 내부에 있다고 가정한다면 가상 막대자석은 지리상의 남·북극과는 약 11.5°정도 기울어지게 되는데 그 기울기의 예상각도와 대략적인 위치는 다음과 같다.
북쪽은 북위 75°, 서경 100° 캐나다 허드슨만 북부 프린스 오브 웨일스섬과 남쪽은 남위 65°, 동경 140° 남극 대륙 동북부 해안지역에 놓으면 되는데 이것을 지구자기축이라 함
과거에 지남침 또는 지남철이라고 불렀으나 지석의 원리상 N극이 있으면 반드시 S극이 있는 법이므로 남쪽을 가리킨다고 하는 것은 곧 북쪽을 가리킨다는 말과 같은 것이다.
우리들이 생각하는 북쪽은 지리상의 N일뿐 지자기의 자극은 S극이다.
자기는 N극에서 나와서 S극으로 들어가며 극의 이동에서 생기는 자기력선들은 도중에 다른 지기력선과 섞이는 일은 없으며 자기력선이 모인 곳일수록 자기력의 강도가 강하다.
이러한 자기력선에 의하여 자기장의 세기를 나타낼 수 있다 또한 자석은 N극이나 S극이 단독으로 존재할 수 없으므로 자석의 작용은 두 극을 동시에 생각해야 한다.

 

 

 

6. 자침과 지구자기의 편차각
자석은 가는 실에 매달아 놓으면 남쪽과 북쪽을 가리키며 이것은 나침반의 원리다.
자침의 N극은 북쪽을, S극은 남쪽을  가리키는 것일까
그것은 북극이나 남극에서 자침의 자극과 반대되는 극이 존재하기 때문인데 지구의 북쪽은 S극, 남쪽은 N극임을 알 수 있다.
만약에 지구가 자성을 띠고 있지 않다면 자침은 항상 일정한 방향을 유지하지 못할 것이다.
자석이나 자침이 항상 일정한 방향으로 유지하고 있다는 사실로 보아 지구는 하나의 거대한 자석, 이와 같이 지구가 가진 자기를 지구자기 또는 지자기라고 하는데 지구자기의 남·북극은 지리상의 남·북극과 일치하지 않는다.
지구의 자기적 S극은 지리학적 N극에서 약 1300KM 떨어진 캐나다 북부 허드슨만 푸시아 반도에 위치에 있으므로 나침반을 사용할 때 이점을 고려해야 한다.
자기적 S(북극)극과 지리학적 N극(북극)의 차이를 편각이라고 하며 이 각은 장소에 따라 다름
자석의 중심을 수평되게 받치고 자유롭게 회전할 수 있게 하면 북반구에서는 북쪽(N)이 아래로 남반구에서는 남쪽(S)이 아래로 처진다. 이 각을 복각이라 한다.
지구상의 자기장도 자석의 자기정과 같은데 어떤 지점의 지구 자기장을 알기 위해서는 자침이 향하고 있는 방향과 그 세기가 어느 정도 되는지 알아야 한다.
이것을 전 지구 자기력이라 하며 이러한 성질을 갖는 양을 백터량이라 한다. 이들 3가지 요소를 지구 자기의 3요소라 한다.
그렇다면 왜 편각은 각 지역마다 차이가 나는 것일까
우리나라에서는 5°∼8°의 차이가 난다. 대체로 편차각은 극지방에 가까이 갈수록 크다.
이렇게 나침반의 편차에 직접적으로 영향을 미치는 자력선들은 마치 등고선을 그어 놓은 것처럼 굴곡이 심하며 같은 경도를 가진 지역에도 차이가 난다.