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내비게이션은 어떻게 길을 잘 찾아가는 걸까? 사실 우리의 위치를 파악한 건 내비게이션이 아니라 우주에 떠 있는 인공위성이야! 인공위성과 자동차 사이에 무슨 일이 일어나고 있을까?

GPS(Global positioning system)

내비게이션이나 길찾기 앱 등은 이용자에게 목적지까지 이동하는 경로를 안내해줘요. 우리가 현재 위치한 곳에서 어느 방향으로 얼마만큼 이동해야 할지 알려주지요. 내비게이션 등의 앱은 GPS 덕분에 우리의 위치를 알아낼 수 있습니다. 

GPS는 인공위성을 통해 특정한 사람이나 사물 등의 위치를 알아내는 시스템이에요. 이 시스템은 3가지 영역으로 이루어져 있습니다. 인공위성과 이 인공위성이 궤도를 벗어나지 않게 통제하는 관제, 그리고 ‘GPS 수신기’예요. 

지구의 궤도에 있는 31개의 인공위성은 전파를 내보내요. 자동차나 휴대폰 등에 설치돼 있는 GPS 수신기가 이 전파를 전달받죠. 인공위성에서 전파를 내보낸 시간과 GPS 수신기가 전파를 받은 시간차를 비교하면, 전파가 이동하는 데 걸린 시간을 알아낼 수 있어요. 이를 통해 위성으로부터 수신기가 들어 있는 자동차나 휴대폰까지의 거리를 알아낼 수 있답니다. 전파가 이동하는 데 걸린 시간이 길수록 위성으로부터 GPS 수신기가 멀리 떨어져 있는 것을 알 수 있습니다.

인공위성이 자신과 떨어져 있는 거리를 알아내면 그 거리에 있는 점들의 위치를 추정할 수 있어요. 이 점들을 모두 모으면 공 모양의 ‘구’가 만들어지죠. 예를 들어 바닥에 점을 찍고 이 점으로부터 1cm 떨어진 점들을 찾아보세요. 점들을 찍다 보면 원이 만들어져요. 이 영역 속에서 GPS 수신기의 정확한 위치를 알아내려면 3개의 인공위성이 더 필요해요. 4개의 인공위성이 추정한 구의 영역과 모두 겹치는 부분이 GPS 수신기, 즉 사람이 있는 곳이랍니다.

자기장

자석은 쇳조각을 끌어당기는 힘을 가지고 있어요. 이 힘을 ‘자기력’이라고 합니다. 쇳조각을 자석으로부터 멀리 떨어뜨리면 자석은 더 이상 쇳조각을 끌어당기지 않아요. 가까운 거리에 있는 쇳조각만 끌어당기죠. 이처럼 자석 주변에 자기력이 미치는 공간을 ‘자기장’이라고 부릅니다. 이는 전류가 흐르는 전선 주위에서도 나타나요. 전기와 자기는 한 몸처럼 움직여서 전류가 흐르는 전선도 자석의 성질을 띠거든요.

자석 주위에 철가루를 뿌리면 자기장을 확인할 수 있어요. 철가루가 자석 주위에서 곡선으로 배열되지요. 이와 같이 자기장은 곡선의 형태를 띠는데, 이 곡선을 그림으로 나타낸 것을 ‘자기력선’이라고 해요. 자기력선이 촘촘하게 모여 있을수록 자기장의 세기가 더 강합니다. 주로 자석과 가까운 곳에서 자기력선이 촘촘해요. 자기력이 강한 곳이기 때문이지요. 

자기력선에는 화살표도 표시되어 있어요. 자기장에는 세기뿐만 아니라 방향도 있거든요. N극에서 나와 S극으로 들어가는 방향이죠. 나침반을 보면 바늘이 지구의 북쪽을 가리키는데, 이는 지구의 북쪽이 N극을 띠기 때문이에요. 과학자들은 전류를 흐르게 하는 철과 니켈로 이루어진 지구의 외핵이 대류로 인해 움직이면서 지구가 자석의 성질을 띠고, 지구 자기장이 생긴다고 추측합니다.

지구의 자기장은 태양에서 불어오는 태양풍을 막아주는 보호 효과가 있어요. 태양풍에서 방출되는 방사선은 인간을 포함한 생물들에게 암을 유발하는 등 많은 피해를 줍니다. 지구의 통신시스템을 방해하는 전자파도 방출되지요.