"천체의 모양은 둥근 것"이라는 상식에 얽매이지 않고, 다른 형상을 가질 가능성은 없는가?라는 명제는 옛부터 천문학자 사이에 생각했던 것 같다.
그런 명제에 도전하는 것처럼 "도넛 모양의 지구"가 존재한다면, 어떤 세계가 펼쳐질 것인지에 대한 과학적 지식으로 검증 한 시도가 이루어졌었다.
옥스포드 대학의 인류학자 인 안데르스 샌드버그 박사는 자신의 블로그 "Andart"에서 "도넛 지구"에 대한 중력, 일조 시간, 기후 등에 대해 검증했다.
■ 극과 적도
지구는 북극과 남극의 두 "극"이 존재한다. 또한 북극과 남극에서 등거리 원주 위를 "적도"가 가르고 있다. 그러나 도넛의 천체에서는 지구처럼 극과 적도는 존재하지 않는다. 그래서 샌드버그 박사는 아래 그림의 도넛의 배꼽 부분에 하늘색의 원주를 "극", 그림의 붉은 부분을 "외부 적도"라고, 도넛의 구멍 안쪽에 있는 기둥에서 등 거리의 원주상을 "내 적도"라고 부른다.
■ 도넛과 후프
오로지 "도넛 모양"이라고 해도 그 형태는 다양하다. 그래서 샌드버그 박사는 "도넛 지구"로, 지구와 거의 같은 용적으로 구멍의 크기가 작은 "Donut 유형"과, 지구에 가까운 중력 분포를 갖는 것의 지구의 6배의 용적을 가진 "Hoop(후프) 타입"의 2종류에 대해 각각 확인.
또한, 도넛 타입은 구멍의 반경이 1,305km, 중심에서 바깥(외부 적도)까지의 반경은 1만 633km, 표면적은 지구의 1.6배의 8억 2000만 ㎢로, 후프 타입은 구멍의 반경이 1만 1,304km, 중심에서 바깥까지의 반경이 1만 9,937km, 표면적은 지구의 4.9배 인 25억 ㎢로 상정되었다.
■ 중력 가속도
구형의 지구상에서는 지표면에서의 중력은 거의 균일하다. 그러나 도넛 지구에서는 균일하지 않고 바뀐다. 아래의 그림은 도넛 형태의 중력 분포를 나타낸 것. 극 부분이 가장 중력 가속도가 크고, 반대로 내 외 적도부분은 중력 가속도가 작은 것을 알 수 있다. 즉, 도넛 지구에서는 내외의 적도쪽이 중력이 작고 극에 가까울수록 중력이 커진다는 것이다.
또한, 도넛 지구의 지표면에서 위성을 발사, 도넛 지구의 중력에서 벗어나 우주의 무한의 저편으로 날아가는데 필요한 속도 인 탈출 속도(제2 우주 속도)에 대해서도 측정되었다. 도넛 유형은 외부 적도에서 도넛 구멍과 수직 방향으로의 탈출 속도는 초속 11.4km, 도넛의 구멍과 수평 방향(동서 방향)의 탈출 속도는 초속 4.9km라는 것.
도넛의 구멍을 더 펼친 후프 타입의 중력 분포는 다음과 같다. 도넛 형에 비해 내부 적도의 중력 가속도가 큰 것을 알 수 있다.
■ 일조 시간
구형의 지구에서도 위도에 따라, 또 계절에 따라 일조 시간은 달라진다. 그래서 샌드버그 박사는 도넛 지구도 지구처럼 지축을 약 23도 각도 설정으로 일조 시간의 분포를 계절마다 확인.
도넛 지구에서는, 여름과 겨울에 넓은 범위에서 백야가 발생했다. 이것은 극 부근의 한정된 지역에서만 백야를 볼 수 있는 지구와 달리 더 넓은 지역에서 해가지지 않는 것이다.
아래의 그림은 도넛 유형의 일조 시간의 길이를 색깔로 나타낸 것. 여름은 대부분의 지역이 백야 상태이지만, 반대로 겨울에는 대부분의 지역에서 일조 시간이 크게 줄어 들었다.
후프 타입은 이런 느낌. 내 적도에서는 봄 가을보다 겨울이 더 일조 시간이 긴 것을 확인할 수 있다. 이것은 도넛의 구멍에서 빛이 들어오는 도넛 지구 특유의 현상. 또한 빛의 회절에 의해 봄 가을에는 일부 지역에서는 매우 붉은 아름다운 하늘을 관찰 할 수 있을 것이다.
■ 달
도넛 지구가 위성으로 "달"을 가질 수 있는지에 대해서는 엄밀하게 컴퓨터를 활용 한 분석이 필요하다고 하지만, 샌드버그 박사는 가능성은 매우 낮은 것으로 보고 있다.
■ 결론
물론 도넛 모양의 천체는 자연계에 존재하지 않는다고 하면서도, 만약 만일 우주의 어딘가에 도넛 지구가 존재한다면, 그것은 중력도 기후도 계절도 모두가 지구와는 다른 "모험심을 자극하는 아름다운 세상"일 것이라고 샌드버그 박사는 말하고 있다.