12억 년 전 하루는 몇 시간이었을까요? — 그랜드캐니언 줄무늬 지층에 남은 달까지의 거리

그랜드캐니언 동쪽 골짜기에는 주황색 셰일이 30 m쯤 드러나 있습니다. 가까이서 보면 단단하게 튀어나온 층과 무르게 들어간 층이 번갈아 있고, 그 번갈음이 몇 개씩 묶여 더 큰 묶음을 이루죠. 2026년 9월 한 연구진은 이 박자를 세어 약 12억 5천만 년 전 하루가 약 19시간이었다고 추정했습니다. 돌의 줄무늬가 어떻게 시계가 되고, 또 어떻게 달까지의 자가 되는 걸까요?

01지층이 박자를 타는 이유 — 밀란코비치 주기

지구 궤도와 자전축은 가만히 있지 않습니다. 세 가지가 느리게 출렁여요. 궤도가 얼마나 찌그러졌는지(이심률), 자전축이 얼마나 기울었는지(기울기), 그리고 기울어진 자전축이 팽이처럼 원을 그리며 도는 세차 운동. 지금 지구에서 이 출렁임의 대표 주기는 기후 세차 약 2만 년 안팎, 기울기 약 4만 1천 년, 이심률 약 10만 년과 40만 5천 년입니다. 여기서 헷갈리기 쉬운 게 두 가지 '세차'예요. 자전축 자체가 한 바퀴 도는 자전축 세차는 지금 약 2만 5,700년인데, 그사이 지구 궤도의 근일점도 천천히 돌기 때문에 계절과 근일점이 다시 만나는 기후 세차는 그보다 짧은 약 2만 년 안팎이 됩니다. 지층에 찍히는 건 기후 세차 쪽이에요. 이게 계절마다 받는 햇빛의 양을 조금씩 바꾸고, 그 변화가 기후를 흔드는 것을 묶어 밀란코비치 주기라고 부르지요. 지난 빙하기들이 이 박자를 따랐다는 것은 1976년 해저 퇴적물 연구 이후 잘 알려져 있습니다.

이번 연구의 무대는 그랜드캐니언 누층군 운카르층군의 하카타이 셰일입니다. 보충자료에서 연구진이 잡은 퇴적 시기는 약 12억 5천만 년 전(+500만/−2,000만 년)이고, 당시 이곳은 북위 약 30° 근처 아열대의 내해 가장자리 갯벌이었어요. 오늘날 페르시아만 연안의 사브카(염분 평지)나 사막의 플라야처럼 물이 차고 마르기를 되풀이하던 땅입니다. 기후가 습해지고 건조해지는 박자에 따라 탄산염이 많은 층과 진흙이 많은 층이 번갈아 쌓였고, 이 무늬는 65 km 떨어진 두 노두(서쪽 태피츠 크리크~동쪽 레드 캐니언)에서 서로 맞춰 볼 수 있습니다. 한 곳의 우연한 무늬가 아니라는 뜻이에요.

연구진은 층마다 얼마나 단단하게 튀어나왔는지를 현장에서 재고, 3차원 사진 측량 모델로도 읽어 두께에 따른 '세기 곡선'을 만들었습니다. 그리고 그 곡선의 주파수를 분석해 반복 간격을 뽑았어요. 연구진이 고른 해석안(선호안)에서는 약 0.45~0.6 m 간격이 기후 세차, 0.6~0.7 m와 0.8~0.9 m 간격이 기울기, 3~5 m가 짧은 이심률, 14~16 m가 긴 이심률로 읽힙니다. 기울기가 두 간격으로 나온다는 점은 5번 절에서 다시 볼게요.

02박자에서 달까지 — 세 걸음의 계산

여기서부터가 이 연구의 핵심입니다. 지층 두께는 시간이 아니에요. 쌓이는 속도를 모르면 0.5 m가 몇 년인지 알 수 없지요. 그래서 비율을 씁니다.

1. 자를 고른다. 이심률 주기는 행성들의 궤도가 서로 당기며 정하는 것이라, 지구 자전과 달의 영향을 거의 받지 않아요. 특히 금성과 목성이 주로 정하는 약 40만 5천 년 주기는 오래도록 지질학의 '메트로놈'으로 쓰였습니다. 지층에서 이심률 주기 하나에 기후 세차 무늬가 몇 개 들어가는지 세면, 기후 세차 한 주기가 몇 년인지 나옵니다.
2. 자전축 세차 주기를 구한다. 기후 세차와 기울기 주기에는 행성 궤도의 몫이 섞여 있어서, 궤도 계산(ZB23)이 주는 그 시기 행성 주파수를 빼야 자전축 세차만 남습니다. 여러 짝(이심률/세차, 이심률/기울기, 기울기/세차)의 비율로 이렇게 풀면 선호 해석안에서 약 1만 5,600~1만 5,900년, 스펙트럼 봉우리 한 쌍의 비로 구한 값이 약 1만 5,730년(보도에 실린 값)이고, 태피츠 크리크 기록 전체를 맞추는 통계 분석(베이즈 방법)은 약 1만 5,770년(95% 범위 약 1만 5,500~1만 6,100년)을 줍니다. 지금은 약 2만 5,700년이니 훨씬 빨랐던 거예요.
3. 세차 주기를 달 거리와 하루 길이로 바꾼다. 자전축이 세차 운동을 하는 건 해와 달이 지구의 불룩한 적도를 잡아당기기 때문입니다. 달이 가까울수록 이 힘이 세지고, 지구가 빨리 돌수록 적도가 더 불룩해져 역시 세차가 빨라져요. 게다가 달이 멀어지는 것과 지구 자전이 느려지는 것은 각운동량을 주고받는 한 짝의 현상이라 서로 묶여 있습니다. 그래서 세차 주기 하나를 알면 둘을 함께 풀 수 있지요. 결과는 지구-달 거리 약 53.8 지구 반지름(약 34만 3천 km), 하루 약 19시간이었습니다(보도 기준).

돌은 시간을 직접 적지 않습니다. 대신 박자의 '비율'을 적어 두고, 그 비율이 하늘의 역학과 연결돼 있지요.

이 계산이 그럴듯한지 저도 한 번 맞춰 봤습니다. 세차 속도는 대략 '지구 자전 속도 × (해의 몫 + 달의 몫)'에 비례하고, 달의 몫은 거리의 세제곱에 반비례합니다. 지금 세차의 약 3분의 2가 달 몫이라는 점을 넣어 하루 19시간, 53.8 지구 반지름을 대입하면 세차 주기는 약 1만 5,900년이 나와요. 논문 값과 1% 남짓 차이입니다. 아주 거친 근사라 검증이라고 부를 수는 없지만, 세 숫자가 서로 어긋나지 않는다는 정도는 확인할 수 있었습니다.

세 시점의 지구와 달 — 지층이 알려 준 값 비교

시점을 고르면 그때의 자전축 세차 주기, 달까지의 거리, 하루 길이를 지금과 나란히 보여 줍니다. 지금 값은 관측값, 과거 두 값은 각각 다른 지층을 밀란코비치 주기로 읽은 논문의 추정값입니다.

언제의 지구인가요?

지금 약 12억 5천만 년 전 (그랜드캐니언) 24억 6천만 년 전 (호주)

03숫자가 말해 주는 것 — 달은 일정한 속도로 멀어지지 않았다

지금 달은 1년에 약 3.8 cm씩 멀어지고 있습니다. 아폴로 우주인들이 달에 두고 온 반사경에 레이저를 쏴서 잰 값이에요. 손톱이 자라는 속도쯤 됩니다.

그런데 위의 값으로 단순 평균을 내 보면 흥미롭습니다. 12억 5천만 년 전부터 지금까지 달은 약 4만 1천 km 멀어졌으니 평균 1년에 약 3.3 cm. 그런데 24억 6천만 년 전부터 12억 5천만 년 전까지는 약 2만 1천 km, 평균 1년에 약 1.7 cm입니다. 두 점과 두 구간으로 만든 거친 평균이라 그 사이 속도가 어떻게 오르내렸는지는 알 수 없지만, 적어도 지금 속도가 늘 그랬던 것은 아니라는 그림과는 맞아요.

사실 이건 50년 넘게 알려진 문제입니다. 달이 멀어지는 건 바다의 조석이 지구 자전에 브레이크를 걸기 때문인데, 지금의 브레이크 세기를 단순한 모형으로 과거까지 늘이면 달이 지구 바로 옆에 있어야 하는 때가 너무 최근(흔히 인용되는 계산으로 약 15억 년 전 무렵)으로 나와 달의 실제 나이(약 45억 년)와 맞지 않거든요. 2022년 프랑스 연구진(Farhat 외)은 대륙 배치와 바다 모양이 바뀌면서 조석이 공명했다 벗어났다를 되풀이했다는 모형으로 이 둘을 맞췄습니다. 이번 연구의 결과는 기존 지구-달 진화 모형들이 이 시기에 대해 내놓는 값과 들어맞는다고 보도됐어요. 지층은 이런 모형을 시험할 몇 안 되는 '현장 기록'입니다.

04'하루는 19시간에 멈춰 있었다'는 가설과의 관계

원생누대 가운데 무렵 하루 길이가 한동안 거의 변하지 않았다는 가설이 있습니다. 1987년 잔리·워커는 대기가 햇볕에 데워지며 생기는 '열 조석'이 하루 약 21시간 근처에서 공명해, 달이 거는 브레이크와 맞서 자전을 붙잡았을 수 있다고 제안했어요. 2023년 미첼·키르셔는 여러 지질 기록을 통계로 모아, 원생누대 중기에 하루가 약 19시간에 10억 년쯤 머물렀다고 주장했습니다. 이 시기는 생물 진화가 비교적 잠잠했다는 '지루한 10억 년'과도 겹쳐서 주목을 받았지요.

이번 연구는 보도에 따르면 하루가 19.5시간이나 21시간 근처에 멈춰 있었다는 증거를 찾지 못했다고 적었습니다. 여기서 두 가지를 조심해야 해요.

• '반박'이 아니라 '증거를 못 찾았다'입니다. 이번 값은 한 시점의 한 지층에서 나온 것이고, 10억 년 동안의 정체를 판정하려면 그 앞뒤의 여러 시점이 필요합니다.
• 19라는 숫자가 겹친다고 정체설을 지지한 것도 아닙니다. 2023년 가설의 정체 값도 약 19시간이라, 이번 결과만으로는 '매끄럽게 늘어난 하루가 12억 5천만 년 전에 19시간을 지나던 중'인지 '19시간에 머물러 있던 중'인지 가르기 어려워 보여요. 연구진이 어떤 근거로 정체의 증거가 없다고 판단했는지는 논문 본문에 있을 텐데, 저는 본문을 읽지 못해 확인하지 못했습니다.

05뜻밖의 신호 — 기울기 박자가 이상했다

이 논문 초록이 가장 힘주어 말하는 건 사실 하루 길이가 아닙니다. 지층에 찍힌 강제 주기들, 특히 기울기 신호의 세기가 예상과 달랐다는 거예요. 보충자료에 따르면, 기울기 주기는 원래 여러 성분이 겹친 것이고 그중 오늘날 4만 1천 년 박자를 만드는 가장 센 성분(당시 주기 약 2만 500년)은 오히려 약했습니다. 대신 약 2만 3천 년(0.8~0.9 m)과 약 1만 7천 년(0.6~0.7 m) 두 성분이 나란히 강하게 나타나, 기울기 신호가 두 갈래로 갈라진 모양이 됐어요. 보도가 '둘로 갈라졌다'고 쓴 게 이 대목입니다.

초록은 원인으로 두 가능성을 듭니다.

• 태양계 쪽 원인. 행성 궤도 사이의 느린 공명(영년 공명)의 상태가 바뀌면, 기울기와 세차를 이루는 성분들의 상대적 세기가 달라질 수 있습니다. 보충자료는 지구-화성 공명의 변화로 평소 센 성분이 약해졌을 가능성을 들고, 더 조심스럽게 수성-금성 공명의 영향도 제안해요. 같은 연구진(Zeebe·Lantink)은 2024년, 메트로놈으로 믿어 온 40만 5천 년 이심률 주기조차 이 수성-금성 공명에 들어갔다 나오며 흐트러질 수 있다는 계산을 내놓았는데, 하카타이 셰일에서는 실제로 40만 5천 년 봉우리가 이상하게 약했습니다. 다만 보충자료는 이 공명이라면 함께 나타나야 할 주파수 변화는 아직 충분히 뒷받침되지 않는다고 적었어요. 이번 연구는 약 12억 년 전 시기의 기존 궤도 계산 해(ZB23) 63개를 골라 분석해, 행성 주기가 얼마나 불확실한지를 계산에 넣었습니다.
• 기후 쪽 원인. 기후가 햇빛 변화에 비례해서만 반응하지 않고, 어느 문턱을 넘으면 크게 바뀌는 '비선형'으로 반응했을 수 있습니다. 저자들의 2026년 학회 초록은 바다에서 먼 쪽 지점일수록 기울기 신호가 세다는 관찰을 근거로, 기울기 박자를 따른 해수면 변화가 갯벌에 탄산염 재료를 대 주는 양을 좌우했을 수 있다는 가설을 냈어요.

어느 쪽이든 흥미롭습니다. 앞쪽이면 12억 년 전 태양계의 궤도 역학에 대한 몇 안 되는 실측 단서가 되고, 뒤쪽이면 지층이 하늘의 박자를 '있는 그대로' 받아 적지 않는다는 경고가 되니까요.

06아직 모르는 것

솔직하게 적어 둡니다. 이 논문의 본문은 유료라 읽지 못했습니다. 저는 초록 원문, 무료로 공개된 보충자료(SI)와 확장 데이터 표 설명, 저자들이 Zenodo에 공개한 원자료와 계산표, 같은 연구진의 2026년 학회 초록, 그리고 과학 매체 보도로 이 글을 썼어요. 세차 주기는 공개 계산표와 보충자료에서 직접 확인했지만, 53.8 지구 반지름과 하루 19시간은 보충자료와 계산표에 없고 보도로만 확인했습니다. 그 오차 범위도, 하루 길이 '정체'에 대한 판단 근거도 확인하지 못했어요.

• 모형에 기댄 추정입니다. 수억 년이 넘는 과거로 가면 태양계 궤도는 혼돈적이라 정확히 거꾸로 계산할 수 없습니다. 이 방법은 그 불확실성을 범위로 넣어 계산할 뿐 없애지는 못해요.
• 지층 해석이 먼저입니다. 어느 무늬가 어느 주기인지 짝짓는 데서 결과가 크게 달라집니다. 연구진은 세 해석안을 계산했는데, 해석안 1·3은 어떤 비율을 쓰느냐에 따라 세차 주기가 약 1만 1천~2만 1천 년으로 크게 어긋났어요(확장 데이터 표 설명도 이 '큰 편차'를 짚습니다). 비율들이 서로 맞아떨어지는 해석안 2를 고른 결과가 1만 5,600~1만 5,900년입니다.
• 나이도 범위입니다. 보충자료의 추정은 1,250 Ma(백만 년 전, +5/−20)로, 아래 지층의 화산재 연대에 주기층서로 구한 퇴적 속도를 더해 얻은 값이에요. 궤도 계산은 1,200~1,250 Ma 구간의 해를 썼고, 연구진은 새 지르콘 연대 측정도 학회에서 발표했습니다.
• 2022년 연구와는 다른 지층·다른 시점입니다. 하루 16.9시간은 24억 6천만 년 전 호주 호상철광층의 값이에요. 둘을 섞어 '하루가 17시간이었다'로 옮기는 기사가 있다면 시점을 확인해 보세요.

학교에서 밀란코비치 주기는 보통 '빙하기가 왜 오나'를 설명할 때 잠깐 나옵니다. 그런데 같은 박자가 거꾸로 하늘을 재는 자가 될 수 있다는 건 잘 다루지 않지요. 갯벌에 쌓인 진흙의 두께를 세어 달까지의 거리를 구한다 — 저는 이 연구에서 그 엉뚱한 연결이 가장 좋았습니다. 지구과학과 천문학이 교과서에선 다른 단원이지만, 지층 안에서는 한 문장으로 붙어 있어요.

SIM 지구와 달의 운동
달의 공전과 위상 — 달이 지금보다 가까웠다면 하늘이 어떻게 달랐을지 떠올려 보세요 → SIM 지구의 자전과 낮밤
자전 한 바퀴가 하루 — 12억 년 전엔 이 한 바퀴가 약 19시간이었습니다 → SIM 케플러 법칙
타원 궤도와 이심률 — 지층의 '자'가 된 궤도 찌그러짐이 무엇인지 →

이 글의 근거 — 1차 자료

1. M. L. Lantink, A. Eyster, I. J. Kocken, S. R. Meyers, R. E. Zeebe. Earth–Moon and Solar System history recorded in Mesoproterozoic Grand Canyon strata. Nature Geoscience (2026-09-18 온라인, 권호 미배정). DOI 10.1038/s41561-026-02100-3. 서지는 Crossref로 대조했다. 본문은 유료라 초록만 읽었다. 초록에서 옮긴 것: 선캄브리아 기후에 밀란코비치 주기가 영향을 줬지만 깊은 과거의 천문 모형에 근본적 한계가 있다는 점, 그랜드캐니언 중원생대 퇴적 리듬으로 과거 지구-달·궤도 변수를 경험적으로 재구성한다는 점, 강제 주파수 특히 기울기의 진폭이 이상했고 그 원인으로 태양계 영년 공명의 변화 또는 비선형 기후 반응 가능성.
2. Lantink 외 2026 보충자료(Supplementary Information, 무료 공개 PDF)와 nature.com의 확장 데이터 표 1–3 설명. 여기서 확인: 연대 추정 1250 Ma(+5, −20 Ma), 당시 위도 약 30°N, 체옵스 피라미드 층원, 2023년 10월 2주 현장 조사, 해석안 2 선호와 해석안 1·3의 "large spread (that is, inconsistency)", TimeOptBMCMC 결과 k = 82.19″/년(MAP, 95% 80.55–83.51″/년 → 약 15,520–16,090년), 그 시기 기후 세차 약 13–15천 년·기울기 성분 약 17–23천 년, 기울기 신호의 분할(o2 약화, o1≈23.2천 년·o3≈17.3천 년 강함), 지구-화성 θ34·수성-금성 σ12 영년 공명 해석, 약한 405천 년(e1) 봉우리, σ12에 따르는 주파수 변화는 아직 충분히 뒷받침되지 않음, ZB23 해 63개 선별. 53.8 지구 반지름·하루 19시간·정체 판단 근거는 SI에 없다.
3. Lantink 외. Cyclostratigraphic data and analyses of the Mesoproterozoic Hakatai Shale in the Grand Canyon (Arizona). Zenodo 데이터셋(논문 보충 자료). README와 계산표("cyclostratigraphic inversion model.xlsx")를 직접 내려받아 읽었다. 여기서 확인: 체옵스 피라미드 층원(약 30 m), 레드 캐니언·태피츠 크리크 단면, 현장 측정과 3D 사진 측량, 2023년 10월 현장 조사(Zenodo 설명은 3주, SI는 2주로 적어 어긋남), 주기 두께와 해석안(선호안 2 기준: 세차 약 45.5–59 cm, 기울기 62–68 cm(o3)·83–91 cm(o1), 짧은 이심률 305–500 cm, 긴 이심률 1430–1600 cm; 해석안 3은 62–68 cm를 세차로 봄), ZB23 해의 1200–1205 Ma·1200–1250 Ma 구간 궤도 주파수 불확실성, 해석안 1·2·3과 각 비율별 세차 주기(해석안 1·3은 약 11–21천 년으로 흩어짐), 해석안 2의 평균값(약 15.6–15.9천 년), 스펙트럼 봉우리 비(56.42/87.23 cm)로 구한 15.73천 년, ZB23 모형에서 약 12억 년 전 긴 이심률 약 405천 년.
4. M. Lantink, A. Eyster, J. Davies, I. Kocken, S. Meyers, M. Perrot, D. Segessenman. On the origin of precession and obliquity cycles within the Mesoproterozoic Hakatai Shale (Grand Canyon). EGU General Assembly 2026 초록(CC BY 4.0). 사브카-플라야 갯벌·아열대 고(古)위도, 65 km 측방 대비(태피츠 크리크~레드 캐니언), 육지 쪽 지점에서 기울기 신호가 상대적으로 강함, 해수면 변화가 해양 알칼리도 공급을 좌우했다는 가설, 새 CA-ID-TIMS U-Pb 지르콘 연대.
5. S. Vartan, Grand Canyon Rocks Preserve a 1.2-Billion-Year Record of Earth And The Moon. ScienceAlert (2026-09-26). 원문을 읽었다. 약 1만 5,730년 → 53.8 지구 반지름 → 하루 약 19시간, 약 12억 5천만 년 전(SI 추정과 일치), 19.5시간·21시간 정체의 증거 없음, 기울기 신호가 둘로 갈라짐, 기존 지구-달 진화 모형과 일치 — 이 수치와 서술은 이 보도에서 왔고 논문 본문으로 재확인하지 못했다. 같은 기사 안에서 노두 간 거리가 65 km와 "60 km 넘게"로 섞여 있어, 거리는 학회 초록의 65 km를 따랐다.
6. M. L. Lantink, J. H. F. L. Davies, M. Ovtcharova, F. J. Hilgen. Milankovitch cycles in banded iron formations constrain the Earth–Moon system 2.46 billion years ago. PNAS 119, e2117146119 (2022). 초록(Europe PMC): 세차 주파수 108.6 ± 8.5 각초/년, 지구-달 거리 321,800 ± 6,500 km, 하루 16.9 ± 0.2시간.
7. M. Farhat, P. Auclair-Desrotour, G. Boué, J. Laskar. The resonant tidal evolution of the Earth–Moon distance. Astronomy & Astrophysics 665, L1 (2022). 초록: 단순한 조석 모형을 과거로 늘리면 달의 나이와 맞지 않는다는 문제가 50여 년 전부터 지적됨, 해양 조석 공명을 여러 번 지나는 해로 현재 후퇴 속도와 달의 나이를 함께 맞춤, 주기층서학 방법을 뒷받침.
8. R. N. Mitchell, U. Kirscher. Mid-Proterozoic day length stalled by tidal resonance. Nature Geoscience 16, 567–569 (2023). 초록: 관측 자료 통계 분석으로 중원생대에 하루가 약 19시간에 약 10억 년 머묾, 대기 열 조석과 달 해양 조석의 토크 균형, '지루한 10억 년'과 시기 일치.
9. K. J. Zahnle, J. C. G. Walker. A constant daylength during the Precambrian era? Precambrian Research 37, 95–105 (1987). 대기 열 조석 공명에 의한 하루 길이 정체 가설(약 21시간)의 출발점.
10. R. E. Zeebe, M. L. Lantink. A secular solar system resonance that disrupts the dominant cycle in Earth's orbital eccentricity (g₂ − g₅): implications for astrochronology. The Astronomical Journal 167, 204 (2024). 초록: 금성·목성 궤도가 주도하는 약 405천 년 이심률 주기는 '메트로놈'으로 여겨졌으나, 영년 공명 σ₁₂ 진입·이탈로 오랜 시간 규모에서 불안정해질 수 있음.
11. J. D. Hays, J. Imbrie, N. J. Shackleton. Variations in the Earth's orbit: pacemaker of the ice ages. Science 194, 1121–1132 (1976). 이번 논문의 참고문헌 목록에서 확인.
12. NASA JPL, Apollo 11 Experiment Still Going Strong after 35 Years — 달 레이저 거리 측정, 달이 1년에 약 3.8 cm 멀어짐.
13. 제 계산: 2022년 세차 주기 = 1,296,000″ ÷ 108.6″/년 ≈ 11,930년. 53.8 지구 반지름 × 6,371 km ≈ 34만 3천 km, 321,800 km ÷ 6,371 km ≈ 50.5 지구 반지름. 1년의 날 수 = 8,766시간 ÷ 하루 길이(19시간 → 약 461일, 16.9시간 → 약 519일). 평균 후퇴 속도 = (384,400 − 342,760) km ÷ 12.5억 년 ≈ 3.3 cm/년, (342,760 − 321,800) km ÷ 12.1억 년 ≈ 1.7 cm/년. 단순 외삽 시 약 15억 년 전이라는 수치는 통설적으로 인용되는 값으로 Farhat 외 초록에는 없다. 세차 정합성 점검: 세차 속도 ∝ 자전 각속도 × (해 몫 + 달 몫 × (a₀/a)³), 지금 달 몫 약 0.68로 놓으면 24/19 × (0.32 + 0.68 × (60.3/53.8)³) ≈ 1.61배 → 약 1만 5,900년. 모두 거친 근사이며 논문의 방법이 아니다.
14. 한국어 공백 확인: 이 논문을 다룬 한국어 해설은 검색 도구 범위 안에서 찾지 못했다(2026-10-16). 부재의 증명은 아니다.