태양 에너지와 기온

날마다 낮에는 보이고 밤에는 보이지 않는 태양. 늘 이루어지는 일이다 보니 단지 따스한 햇볕과 어둠을 밝혀주는 역할만을 할 것이라 여길 뿐 크게 신경 쓰지 않았을 것이다.  하지만 태양은 지구의 기후를 좌지우지한다고 보아다 무방하다.  태양에 의해 바람이 만들어지고, 기단이 형성되는 등 기상현상에 지대한 영향을 주기 때문이다.  그뿐만 아니라 위도와 지역에 따라 태양 복사 에너지양이 다르기 때문에 식생과 우리의 생활에 큰 영향을 끼친다.  그래서 이 장에서는 과연 태양이 어떠한 설정을 가지고 있으며, 어떠한 영향을 끼치는지를 알아보고, 덧붙여 기온에 대해서도 다루고자 한다.  에너지란 용어는 생활에서 많이 사용되고 있지만 그 추상적인 개념을 파악하는 것은 쉽지 않다.  일반적으로 에너지란 이를 할 수 있는 능력으로서 일과 에너지는 밀접한 관계를 가지게 된다.  일을 해주면 에너지가 증가하고 반대로 에너지가 일로 바뀔 수도 있다.  이러한 전환이 일어나기 위해서는 어떤 장치가 필요하며, 에너지의 크기는 실현된 일의 양으로 잴 수 있다.  에너지에 의해 발생하는 일에는 보통 물체를 움직이는 것만 생각하기 쉽다.  하지만 우리가 먹는 음식이나, 높은 곳에 있는 물, 해변의 파도 등 일상생활에서도 그 예를 찾아볼 수 있다.  에너지의 여러 가지 형태는 대략 다음과 같다.  운동하는 물체가 지니는 운동에너지, 뜨거운 증기나 연소된 석유가 지니는 열에너지, 핵이 가진 핵에너지, 발전기를 가동하여 가정에 공급되는 전기에너지, 태양에서 오는 태양에너지 등이 그것이다.  이러한 여러 가지 에너지를 설명하는 것은 보통 위치에너지와 운동에너지로부터 출발한다.  위치에너지란 물체의 '위치'에 따라 갖게 되는 에너지를 말한다.  어떤 기준면보다 높은 곳에 있는 물체는 그 기준에 대해 상대적인 위치에너지를 갖는다.  따라서 위치에너지는 높이에 비례한다.  운동에너지는 물체의 '움직임'과 관련이 있다.  운동하는 물체는 속력에 대해 에너지를 갖는다.  따라서 질량이 같은 물체라고 하더라도 속력이 빠를수록 더 큰 운동에너지를 갖게 되는 것이다.  운동에너지는 원자 차원에서도 관찰할 수 있다.  모든 물체는 원자와 분자로 이루어져 있으며, 그것들은 항상 진동한다.  이러한 진동 때문에 물체 안의 원자와 분자도 운동에너지를 갖게 된다.  예를 들어, 그릇에 담긴 물을 불 근처에 두면 그 물이 따뜻해지는 것을 볼 수 있다.  이것은 불에서 비롯된 열이 물분자의 진동을 빠르게 하여 에너지를 갖게 된 것이다.  위치 에너지와 운동 에너지, 이 두 에너지가 전환하는 모습은 수력 발전소에서 높은 곳에 있는 물을 낙하시켜 발전기를 돌려 전기를 얻는 것에서 찾아볼 수 있다.  높은 곳에 있는 물은 그 높이만큼의 위치에너지를 갖고 있으며, 물이 낙하하면서 줄어드는 위치에너지만큼 발전기를 돌리는 일로 바뀌게 된다.  발전기가 돌아가면서 운동에너지를 갖게 되고, 이를 통해 전기를 얻게 되는 것이다.  난로를 만지면 왜 뜨거운가?  우리가 뜨겁다, 혹은 차갑다 등으로 느끼는 것은 온도와 열, 그리고 에너지와 관련이 있다. 특히 이러한 뜨겁고 차가운 정도의 기준을 정해 측정하는 것을 온도라고 하며, 보통 온도를 재는 기구로 온도계를 사용한다.  또한, 온도는 어떤 물질의 원자나 분자의 평균적인 운동에너지를 측정하는 것이 되기도 한다.  물질이 에너지를 가지면 입자가 더 빨리 움직이게 되고, 온도는 올라간다.  반대로 에너지를 잃으면 원자나 분자와 같은 입자들은 천천히 진동하며 물질의 온도가 낮아진다.  난로에 손을 대면 난로의 열이 손으로 전달된다.  이것은 난로가 손보다 따뜻하기 때문이며, 반대로 얼음에 손을 대었을 때 열이 손에서 얼음으로 전달되는 것도 같은 원리이다.  이렇듯 두 물체 간 또는 환경 속에서 온도차에 의해 에너지가 출입하는 에너지를 열이라고 말할 수 있다.  열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.  두 물체 간 온도의 차이가 없으면 열의 흐름은 중단된다.  물체가 열을 흡수하면 그 물질의 내부 에너지는 증가하고, 분자들의 운동이 활발해진다.  찬물이 담긴 큰 그릇에 따뜻한 물을 담은 병을 넣어두었다고 생각해 보자.  따뜻한 물이 가진 운동에너지는 찬물이 가지고 있는 에너지보다 크다.  각각의 분자들이 병을 사이에 두고 충돌하여 빠른 분자는 느려지려고 하고 느린 분자는 빨라지려고 하는 경향을 가진다.  다른 에너지를 고려하지 않았을 때, 각 액체의 분자들의 평균 속도는 거의 비슷해진다.  이 예를 통해 에너지가 따뜻한 물에서 찬물 쪽으로 흐른다는 것을 알 수 있다.  따라서 열은 어느 한쪽에서 다른 한쪽으로 전달되는 물질 내부의 에너지라고 할 수 있으며, 이러한 흐름은 온도차에 의한 것이다.  서로 다른 온도의 물질을 접근시키면 따뜻한 것은 차갑게 될 것이고, 차가운 것은 더 따뜻해질 것이다.  이러한 에너지, 즉 열의 흐름은 전도, 대류, 복사의 세 가지 방식으로 이루어진다.  전도는 대부분 고체 또는 대류가 일어나지 않는 액체나 점성체가 직접 맞닿아있을 때, 매질을 통해 열을 전달받는 것을 말한다.  간단한 예로 뜨거운 물에 쇠젓가락을 담가두고 시간이 흐른 뒤 쇠젓가락을 만지면 뜨거워지는 것을 볼 수 있다.  지표와 공기의 각표면 간의 직접 접촉에 의한 열의 이동 역시 전도에 의해 이루어지는 것이다.  대류는 흐름이 있을 때, 열이 직접 전달되기보다는 흐름에 의해 전달되는 것을 말한다.  냄비에 물을 넣고 끓이면 냄비 바닥의 물은 가스 불에 의해 먼저 뜨거워진다.  물은 분자 간의 수소결합에 의하여 공간이 많기 때문에 전도성이 약하므로, 바닥에서 먼저 뜨거워진 물이 아직 뜨거워지지 않은 윗부분의 물을 전도에 의해 뜨겁게 하는 것이 아니다.  복사는 매개물 없이, 즉 허공증에 열이 전달되는 것이다.  따라서 복사는 전자파의 형태로 진공상태에서 유일하게 열을 전달할 수 있는 방법이다.  자료출처:쉽게 배우는 기상학[교육과학사]