[지구과학2] 지자기 북극, 자북극, 자북의 구분에 따른 '편각'

경고 : 이 글은 결국 교과서마저 잘못 서술하고 있다는 점에 대한 글이므로 제대로 읽지 못하면 독자들에게 혼동을 불러일으킬 수도 있으니 그게 싫으시다면 뒤로가기를 누르시기 바랍니다.

근데 교과서도 혼동하게 서술된걸 엄밀하게 구분하라는게 수능에 나올 수나 있을진 모르겠습니다.

1. 지자기 북극

우리는 실제 지구 자기장을 어느 정도 단순화해서 이해하기 위해 이렇게 지구 내부에 막대자석이 들어있는 듯한 모형을 이용합니다. 이를 지구 자기장의 쌍극자 모형이라고 합니다. (교육과정 외이긴 합니다.)

이 모형에서 S극에 해당하는 지표 상의 지점을 지자기 북극, N극에 해당하는 지표 상의 지점을 지자기 남극이라고 하며, 지자기 북극과 지자기 남극의 위치는 지구 중심을 기준으로 대칭입니다.

2. 자북극

그러나 실제 지구 자기장은 쌍극자 분포를 따르지 않습니다.

그림은 실제 편각의 분포를 나타낸, 즉 실제 지구 자기장의 분포에 따라 도출된 결과가 나타나 있는 150613입니다.

이러한 실제 지구 자기장에서 복각이 +90도가 되는 지점을 자북극, -90도가 되는 지점을 자남극이라 합니다.

참고로, 09개정, 즉 올해 수능에 적용되는 교육과정에 해당하는 천재교육 지구과학2 교과서의 부록 중 '지구 자극의 변화'에서도 '지구 자기 북극'과 '자북극'을 따로 표기하고 있습니다. 당연히 서로 값도 다르고요.

3. 자북

: 나침반이 N극 자침이 가리키는 방향, 즉 특정 지점에서 지구 자기장의 수평 성분(=수평 자기력)의 방향입니다.

4. 편각

: 나침반의 N극이 가리키는 방향과 진북 방향이 이루는 각입니다.

지구 상에서 지리상의 북극과 자북극(혹은 지자기 북극)을 선으로 긋고 그 두 선이 이루는 각을 편각이라 하는 것은 옳지 못한 행위입니다.

질문 하나 해볼게요.

Q) 어느 지역에서 나침반의 N극 자침이 가리키는 방향은 어느 지점을 향한 방향인가?

(1) 지리상의 북극 (2) 지자기 북극 (3) 자북극 (4) 알 수 없다.

정답은 무엇일까요?

정답은 '(4) 알 수 없다'입니다.

설마 (1)을 고른 사람은 없을 거라 믿고... (2)도 이 글을 따른 사람이라면 고르지 않았으면 좋겠고요, 대부분 (3)을 고르셨을텐데 (4)입니다.

나침반의 바늘은 그 지방 자기장의 수평 성분 방향으로 배열할 뿐이고, 이는 항상 자북극 방향이라 할 수 없습니다.

이유는 앞서 말했듯 지구 자기장이 실제로는 비쌍극자 효과를 띠고 있기 때문에 특정 지역에서 자기력선이 구불구불하게 되어 특정 지역에서 나침반의 N극 자침이 가리키는 방향이 자북극 방향과 일치하지 않기 때문입니다.

예를 들어 한반도에서 지리적 북극 방향에 비해 자북극 방향이 더 동쪽을 향해 있지만, 실제 한반도에서는 서편각이 나타납니다.

다른 예시로는, 위의 150613에서 편각이 0도인 선을 봅시다. 만약 편각의 정의가 진북 방향과 자북극 방향이 이루는 각이라면 편각이 0도인 선은 대체로 일직선을 그리는 선만 있어야 하지 않을까요? 그런데 아프리카와 유럽, 아시아를 거치는 편각이 0도인 지점을 나타내는 선은 마치 타원형을 그리는 듯한 폐곡선이네요. 

따라서 문제에 주어진 지구 자기장이 쌍극자 모형이 아닌 이상, 편각은 진북 방향과 자북 사이의 각으로 계산해야 하며, 특정 지점에서 자북극에 선을 긋고 진북에 선을 그은 다음 두 선이 이루는 각을 편각이라고 하는 건 하지 말아야 할 행위임을 밝힙니다.

그러나 7차 교육과정 지2 교과서의 삽화에, 편각을 그렇게 재는 듯한 그림이 종종 있었습니다. 그래서 교수님이 열받으셨나본지 논문을 썼고, 저도 그 논문을 읽고 쓰는 글입니다.

네, 이 글은 라는 논문을 다수 참고하여 작성하였음을 밝힙니다.

근데 맨 위의 경고문은 왜 썼냐고요?

이제 잘못된 점이 보이시나요?