지구의 자전과 공전

지구의 자전축은 지구가 스스로 회전하는 가상의 축을 의미한다. 이 축은 지구의 중심을 통과하며, 북극점과 남극점을 연결하는 선에 해당한다. 현재 지구 자전축의 방향은 황도에 대해 약 23.4도 기울어져 있으며, 이 기울기는 황도면 경사각이라고 불린다.

자전축의 방향은 완전히 고정되어 있지 않다. 세차 운동에 의해 자전축의 방향이 매우 느리게 원을 그리며 변화한다. 이는 주로 태양과 달의 중력이 지구의 적도 팽창 부분에 작용하기 때문에 발생하는 현상이다. 세차 운동의 주기는 약 26,000년이다[2].

자전축의 방향과 그 기울기는 지구의 계절, 낮과 밤의 길이 변화, 기후대의 분포 등에 결정적인 영향을 미친다. 만약 자전축에 기울기가 없다면, 계절 변화는 발생하지 않으며, 낮과 밤의 길이는 항상 같을 것이다. 반대로 기울기가 현재보다 더 컸다면 계절 간의 온도 차이는 훨씬 극심해졌을 것이다.

지구의 자전 속도는 측정 기준에 따라 두 가지 주요 값으로 나뉜다. 첫째는 항성일을 기준으로 한 속도로, 지구가 먼 항성을 기준으로 360도 완전히 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간이다. 이 항성일은 23시간 56분 4.0905초에 해당하며, 이에 따른 각속도는 시간당 약 15도, 적도에서의 선속도는 초속 약 465미터에 이른다[3]. 둘째는 태양일을 기준으로 한 속도로, 태양이 남중했다가 다시 남중하는 데 걸리는 평균 24시간을 말한다. 태양일이 항성일보다 약 4분 길어진 이유는 지구가 자전하는 동시에 태양 주위를 공전하기 때문이다.

자전 주기와 속도는 완전히 일정하지 않다. 여러 요인에 의해 매우 미세하게 변동하는데, 이를 일장 변화라고 부른다. 달과 태양의 조석력에 의한 마찰은 지구 자전을 매우 서서히 늦추는 주요 원인이다. 이 영향으로 100년에 약 1.4밀리초씩 하루의 길이가 늘어난다. 또한 대기 순환, 해류, 지각 운동, 지구 내부의 핵 운동 등도 단기적인 자전 속도 변화를 일으킨다.

이러한 변화를 정밀하게 측정하기 위해 현대 과학은 원자시계와 같은 고정밀 시간 표준을 사용하며, VLBI(초장기선 전파간섭계)와 GPS 위성 관측 데이터를 활용한다. 때때로 대규모 지진이나 기후 사건 이후에는 자전 속도에 감지 가능한 변화가 발생하기도 한다.

지구가 태양 주위를 도는 궤도는 완벽한 원이 아니라 타원에 가깝다. 이 타원 궤도에서 태양은 두 초점 중 하나에 위치한다. 따라서 지구와 태양 사이의 거리는 1년 동안 변한다. 가장 가까울 때(근일점)는 약 1억 4710만 km, 가장 멀 때(원일점)는 약 1억 5210만 km이다.

궤도의 타원 정도는 이심률로 표현된다. 지구 공전 궤도의 이심률은 약 0.0167으로, 매우 작아 원에 가깝다. 이 이심률은 시간에 따라 약간 변한다. 현재는 점점 작아지는 추세에 있지만, 약 10만 년의 주기로 진동한다[6].

이 타원 궤도는 요하네스 케플러가 그의 제1법칙(행성은 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 돈다)으로 명확히 규명했다. 근일점과 원일점에서의 거리 차이는 계절 변화의 주요 원인이 아니다. 계절은 지구 자전축이 공전 궤도면에 대해 약 23.5도 기울어져 있어 발생한다. 그러나 이심률은 지구가 받는 태양 에너지의 총량에 미미한 영향을 미치며, 북반구와 남반구의 계절 길이에 약간의 차이를 만든다.

지구의 공전 속도는 궤도상의 위치에 따라 변화한다. 이는 케플러의 행성 운동 법칙 중 제2법칙(면적 속도 일정의 법칙)에 따른 결과이다. 지구는 태양에 가장 가까운 근일점(약 1월 초)에서 가장 빠르고, 가장 먼 원일점(약 7월 초)에서 가장 느리게 운동한다.

평균 공전 속도는 초속 약 29.78킬로미터이며, 이는 시속으로 약 107,000킬로미터에 해당한다. 공전 주기는 정확히 365.256363004일(1 항성년)이다. 이는 태양에 대한 지구의 공전이 실제로 완료되는 데 걸리는 시간이다. 그러나 회귀년(태양이 춘분점으로 돌아오는 데 걸리는 시간, 약 365.24219일)은 세차 운동(precession)의 영향으로 항성년보다 약 20분 짧다. 이 차이가 윤년을 조정하는 기준이 된다.

공전 주기의 정밀한 측정은 항성을 기준으로 한 관측을 통해 이루어진다. 지구가 태양 주위를 한 바퀴 도는 동안, 지구에서 바라본 태양은 배경 별자리를 가로지르는 것처럼 보인다. 이 태양의 겉보기 경로를 황도라고 한다. 공전 주기의 미세한 변화는 다른 행성의 중력 섭동, 태양계 내 물질 분포의 변화 등에 의해 장기적으로 발생할 수 있다.

지구의 자전은 태양을 향한 반구가 낮을, 태양에서 멀어진 반구가 밤을 경험하게 만드는 직접적인 원인이다. 지구는 약 24시간(정확히는 23시간 56분 4초)을 주기로 서쪽에서 동쪽으로 자전하며, 이 주기를 항성일이라고 한다. 태양이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 겉보기 운동은 지구가 반대 방향으로 회전하기 때문에 발생하는 착시 현상이다.

낮과 밤의 경계선은 회귀선이라고 불리며, 이 경계선은 지구 표면을 끊임없이 이동한다. 회귀선의 이동 속도는 위도에 따라 달라지는데, 적도 지역에서는 가장 빠르고 극지방으로 갈수록 느려진다. 이로 인해 낮과 밤의 길이는 계절과 위도에 따라 변화한다. 적도 지역에서는 연중 거의 12시간씩 낮과 밤이 유지되지만, 극지방에서는 백야와 극야 현상이 나타난다.

낮과 밤의 순환은 지구 생태계에 지대한 영향을 미친다. 대부분의 생물은 이 주기에 맞춰 활동과 휴식의 일주리듬을 발달시켰다. 또한, 낮 동안 태양 에너지를 흡수한 지표면은 밤 동안 복사 냉각을 통해 열을 방출하며, 이는 일일 기온 변화와 대기 순환을 유발하는 주요 요인 중 하나이다.

지구의 계절 변화는 지구의 자전축이 기울어진 상태로 태양 주위를 공전하기 때문에 발생하는 현상이다. 지구의 자전축은 공전 궤도면에 대해 약 23.5도 기울어져 있으며, 이 기울기는 공전하는 동안 항상 같은 방향을 유지한다[8]]과 같은 장기적 변화는 제외함]. 이로 인해 1년 동안 태양광선이 지구 표면에 수직으로 비추는 지역이 북반구와 남반구 사이를 이동하게 된다.

북반구가 태양을 향해 기울어지는 하지 무렵에는 태양광선이 더욱 집중되어 해당 지역은 여름을 맞는다. 이때 태양은 정오에 하늘의 가장 높은 위치에 오른다. 반대로 북반구가 태양에서 멀어지는 방향으로 기울어지는 동지 무렵에는 태양광선이 넓은 면적에 퍼져 비추기 때문에 열량이 희석되어 겨울이 된다. 남반구의 계절은 정반대의 패턴을 보인다.

따라서 계절 변화의 주요 원인은 지구와 태양 사이의 거리 변화가 아니라, 자전축의 기울기로 인한 태양광의 입사각 변화와 일조 시간의 차이라고 할 수 있다. 지구의 공전 궤도는 약간 타원이지만, 이로 인한 거리 변화는 계절에 미치는 영향이 미미하다.

항성의 겉보기 운동은 지구의 자전과 공전에 의해 하늘의 별들이 움직이는 것처럼 보이는 현상이다. 이 운동은 크게 일주 운동과 연주 운동으로 나뉜다.

일주 운동은 지구의 자전으로 인해 발생한다. 지구가 서쪽에서 동쪽으로 자전하기 때문에, 지구에 고정된 관측자에게는 모든 천체가 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것처럼 보인다. 북극성 근처의 별들은 북극성을 중심으로 반시계 방향으로 원을 그리며 운동하고, 이는 장시간 노출 사진에서 별들의 흔적(별자리)으로 포착된다[9]. 운동의 속도는 시간당 약 15도에 해당한다.

연주 운동은 지구의 공전으로 인해 발생한다. 지구가 태양 주위를 공전함에 따라, 밤에 보이는 별들의 배경이 서서히 바뀐다. 특정 별이 매일 같은 시간에 하늘의 같은 위치에 오르는 시점은 약 4분씩 앞당겨지며, 이는 1년에 약 1도의 차이를 만들어 낸다. 따라서 계절에 따라 보이는 별자리가 달라지게 된다. 예를 들어, 겨울 밤하늘의 대표적인 별자리인 오리온자리는 여름 밤하늘에서는 보이지 않는다.

이러한 겉보기 운동에 대한 정량적 관측과 설명은 지구가 우주의 중심이 아니라는 코페르니쿠스 혁명을 뒷받침하는 강력한 증거가 되었다.

코리올리 효과는 회전하는 지구 위에서 운동하는 물체가 겉보기 힘을 받아 경로가 휘어지는 현상이다. 이 효과는 지구의 자전 때문에 발생하며, 운동 방향에 수직으로 작용한다. 북반구에서는 운동 방향의 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 휘어지게 한다. 이 효과는 대기와 해양의 대규모 순환, 즉 대기 대순환과 해류의 패턴을 형성하는 데 핵심적인 역할을 한다.

대기 순환에 미치는 영향은 특히 편서풍의 생성에서 두드러진다. 적도 지역에서 가열된 공기는 상승하여 고공에서 극지방으로 이동한다. 이 공기가 북반구에서 북쪽으로 이동할 때, 코리올리 효과에 의해 동쪽(오른쪽)으로 휘어져 서에서 동으로 부는 편서풍을 만든다. 이 편서풍은 중위도 지역, 특히 위도 30도에서 60도 사이에서 지배적인 바람이 된다. 남반구에서도 유사한 메커니즘이 작용하여 남반구의 편서풍을 형성한다.

편서풍은 일기 예보와 항공 경로에 지속적으로 영향을 미친다. 예를 들어, 대서양을 횡단하는 항공기는 편서풍을 타고 동쪽으로 갈 때는 비행 시간이 단축되지만, 서쪽으로 갈 때는 이 바람을 거슬러야 하므로 비행 시간이 더 길어진다. 또한, 이 바람대는 저기압과 고기압 시스템의 발달과 이동 경로를 통제하여 중위도 지역의 날씨 패턴을 크게 좌우한다.

조석 현상은 지구의 해수면이 주기적으로 상승하고 하강하는 현상이다. 이 현상은 주로 달과 태양의 중력에 의해 발생하며, 지구의 자전과도 밀접한 관계가 있다.

달의 중력은 지구를 향해 가장 가까운 쪽에서 가장 강하게 작용하여 해수를 끌어당기고, 반대쪽에서는 원심력이 상대적으로 우세해져 해수가 불룩해진다. 이로 인해 지구는 달을 향한 쪽과 반대쪽 두 곳에 조석 팽대부가 형성된다. 태양도 비슷한 영향을 미치지만, 거리가 훨씬 멀기 때문에 그 효과는 달의 약 절반 수준이다. 지구가 자전함에 따라 해안 지역은 하루에 대략 두 번의 밀물과 썰물을 경험하게 된다.

조석의 규모와 패턴은 천체의 상대적 위치에 따라 변화한다. 삭망월 주기 동안, 삭이나 망에 해당하는 때에는 달과 태양, 지구가 일직선상에 놓여 서로의 중력이 합쳐져 대조가 발생한다. 이때 조차(만조와 간조의 수위 차)가 가장 크다. 반면, 상현달이나 하현달 때에는 달과 태양이 지구에서 보아 직각 방향에 위치하여 중력이 서로 일부 상쇄되어 소조가 나타나 조차가 가장 작아진다.

이 현상은 해안 생태계에 중요한 영향을 미치며, 조류 발전과 같은 에너지 생산에도 활용된다. 또한, 조석 마찰은 지구의 자전 속도를 매우 느리게 감소시키는 원인 중 하나로 작용한다[11].

세차 운동은 지구의 자전축이 약 26,000년의 주기로 원을 그리며 느리게 회전하는 현상이다. 이는 주로 태양과 달의 중력이 지구의 적도 팽창 부분을 끌어당겨 발생하는 토크 때문이다. 마치 팽이가 흔들리며 회전축이 원을 그리는 것과 유사한 원리로, 세차 운동은 춘분점의 서행을 야기한다.

장동은 세차 운동에 중첩되어 나타나는 자전축의 작고 빠른 주기적 흔들림이다. 주요 원인은 달의 궤도 변화이며, 그 주기는 약 18.6년이다. 달의 궤도면이 황도에 대해 기울어져 있어, 달의 중력 인력이 시간에 따라 미묘하게 변화하기 때문이다. 이로 인해 자전축은 약 9 각초 범위 내에서 진동한다.

이 두 현상은 천문학에서 항성의 위치 좌표를 정확히 계산할 때 반드시 고려해야 한다. 특히 세차 운동은 역사적으로 황도 12궁의 기준점이 실제 별자리와 점차 어긋나게 만드는 원인이 되었다[12].

고대 문명은 밤하늘의 규칙적인 움직임을 관찰하며 지구의 운동에 대한 초기 개념을 발전시켰다. 메소포타미아와 이집트의 천문학자들은 해와 달, 별들의 위치 변화를 정밀하게 기록했으며, 이를 바탕으로 역법을 만들고 농사와 종교 의식의 시기를 정했다. 특히 바빌로니아인들은 행성의 운동을 체계적으로 관찰하여 예측하는 기술을 발전시켰다.

고대 그리스에서는 보다 철학적이고 기하학적인 접근이 이루어졌다. 초기에는 대부분의 학자가 지구중심설을 받아들였으며, 아리스토텔레스는 지구가 우주의 중심에 고정되어 있고 천체가 그 주위를 원운동한다고 주장했다. 그러나 아리스타르코스 같은 일부 학자는 태양중심설의 가능성을 제기하기도 했다. 히파르코스는 세차 운동을 발견하고 항성 목록을 작성하는 등 정밀 관측에 큰 기여를 했다.

중국에서는 기원전 수세기 전부터 천문 관측이 국가적 사업으로 진행되었다. 한나라 시대에 활동한 천문학자 장형은 혼천의를 발명했으며, 중국의 기록에는 초신성과 혜성에 대한 상세한 관측 내용이 남아 있다. 이러한 관측은 주로 역법 제정과 천변재이의 예측을 목적으로 했다.

아메리카 대륙의 문명도 독자적인 천문 지식을 축적했다. 마야 문명은 매우 정교한 마야력을 개발했으며, 치첸이트사의 엘 카라콜 같은 구조물은 금성의 움직임을 관측하기 위해 사용된 것으로 추정된다. 이들의 천문학은 농업과 종교 의식에 깊이 연관되어 있었다.

이러한 고대의 관측은 정량적 데이터와 과학적 모델이 부족했지만, 천체 운동의 규칙성을 인식하는 토대를 마련했다. 그 결과, 후대에 지구 자전과 지구 공전 이론이 발전하는 데 필요한 현상적 증거를 제공하게 되었다.

니콜라우스 코페르니쿠스는 16세기에 지동설을 체계적으로 주장한 천문학자이다. 그의 주저 『천구의 회전에 관하여』(1543년)는 천문학의 패러다임을 지구중심설에서 태양중심설로 근본적으로 전환시켰다. 코페르니쿠스는 당시 널리 받아들여지던 프톨레마이오스의 복잡한 주전원 모델 대신, 태양을 중심으로 행성들이 원궤도를 따라 공전하며 지구도 그중 하나의 행성일 뿐이라고 제안했다. 이 모델은 천체의 겉보기 운동을 훨씬 간결하게 설명할 수 있었다.

코페르니쿠스의 이론은 단순히 천체 배열을 바꾼 것을 넘어, 지구의 자전과 공전을 우주의 물리적 현실로 제시했다는 점에서 혁명적이었다. 그는 지구의 자전으로 낮과 밤이, 공전으로 계절과 항성의 시차가 생긴다고 설명했다. 그러나 그의 모델은 여전히 완벽한 원궤도를 고수했기 때문에 관측 데이터와의 정확한 일치를 이루지는 못했다.

코페르니쿠스 혁명의 영향은 즉각적이지 않았으나, 후대에 결정적인 지적 토대를 마련했다. 그의 작업은 요하네스 케플러가 타원 궤도 법칙을 발견하고, 갈릴레오 갈릴레이가 망원경 관측을 통해 이를 지지하는 증거를 제시하는 길을 열었다. 궁극적으로 아이작 뉴턴의 만유인력 법칙은 태양 중심 모델에 역학적 기초를 제공하며 과학 혁명을 완성했다.

요하네스 케플러는 티코 브라헤의 정밀한 관측 데이터를 바탕으로 행성 운동에 대한 세 가지 법칙을 정립했다. 그의 첫 번째 법칙은 행성의 궤도가 태양을 한 초점으로 하는 타원임을 밝혔다. 이는 니콜라우스 코페르니쿠스를 포함한 기존의 천문학자들이 믿었던 완벽한 원 궤도 개념을 깨뜨리는 혁신이었다. 두 번째 법칙은 행성이 태양에 가까울수록 빠르게 움직여서, 태양과 행성을 연결한 선이 같은 시간 동안 같은 면적을 쓸아낸다는 면적 속도 일정의 법칙이다. 세 번째 법칙은 행성의 공전 주기의 제곱이 궤도 장반경의 세제곱에 비례한다는 조화의 법칙이다. 케플러의 법칙은 행성 운동을 정량적으로 기술했지만, 그 운동을 일으키는 물리적 원인은 설명하지 못했다.

아이작 뉴턴은 케플러의 법칙을 역학적 원리로 설명하는 데 결정적인 기여를 했다. 그는 자신이 발견한 만유인력의 법칙과 운동 법칙을 적용하여 행성의 궤도 운동을 해석했다. 뉴턴은 태양과 행성 사이에 작용하는 보편적인 중력이 행성을 궤도에 묶어두는 힘이라고 보았다. 그의 수학적 분석은 케플러의 타원 궤도 법칙이 만유인력의 제곱 반비례 법칙에서 자연스럽게 도출됨을 증명했다. 또한, 면적 속도 일정의 법칙은 각운동량 보존 법칙의 한 표현이며, 조화의 법칙은 중력 상수를 포함한 보다 일반적인 형태로 재정의될 수 있음을 보여주었다.

뉴턴의 작업은 지구의 공전이 태양의 중력에 의한 것이며, 지구의 자전과 공전이 동일한 물리 법칙의 지배를 받는다는 것을 명확히 했다. 이로써 천상계와 지상계를 지배하는 법칙이 통일되었고, 지구의 운동은 보편적인 역학 체계 안에서 이해될 수 있게 되었다. 케플러의 경험적 법칙과 뉴턴의 이론적 기초는 함께 현대 천체역학의 초석을 마련했다.

인공위성은 지구의 자전과 공전을 정밀하게 측정하고 모니터링하는 핵심 도구이다. 지상 관측만으로는 파악하기 어려운 미세한 변화와 전 지구적 패턴을 실시간으로 데이터화하여 제공한다.

인공위성 관측을 통해 자전축의 변화와 자전 주기의 미세 변동을 밀리초 단위까지 추적할 수 있다. 예를 들어, 레이저 거리측정(SLR)과 초장기선 전파간섭계(VLBI) 기술을 활용한 위성들은 지구 자전 속도의 불규칙성, 즉 일일 길이(LOD) 변화를 정밀 측정한다[14]. 또한, GRACE와 같은 중력 관측 위성은 지구 내부의 물질 이동(예: 빙하 용해, 지하수 변화)이 지구의 관성 모멘트와 자전에 미치는 영향을 정량적으로 분석한다.

공전 측면에서는 인공위성이 태양과의 상대적 위치를 정확히 측정하여 지구 공전 궤도의 미세한 변화를 관측한다. 이를 통해 궤도 이심률의 장기적 변화, 황도면 경사 변화 등을 모니터링하며, 이러한 변화가 일조량 분포와 기후에 미치는 장기적 영향을 연구하는 데 필수적인 데이터를 제공한다. 현대 천문학과 지구과학은 이처럼 인공위성에서 쏟아지는 방대한 관측 데이터를 바탕으로 지구 운동에 대한 이해를 지속적으로 정교화하고 있다.

지구의 자전축 기울기와 공전 궤도 요소는 장기적인 기후 패턴에 중요한 영향을 미친다. 이러한 천문학적 요인의 주기적 변화는 밀란코비치 주기로 알려져 있으며, 수만 년에서 수십만 년에 걸친 빙하기와 간빙기의 순환을 설명하는 핵심 메커니즘으로 받아들여진다. 이 주기에는 지구 공전 궤도의 이심률 변화, 자전축 기울기의 변화, 그리고 세차 운동이 포함된다.

이러한 변화는 지구 표면에 도달하는 태양 복사 에너지의 양과 계절별·위도별 분포를 바꾼다. 예를 들어, 자전축 기울기가 커지면 여름과 겨울의 대조가 더 심해지고, 공전 궤도가 더 타원형이 되면 한 반구의 계절 간 태양 에너지 차이가 커질 수 있다. 이러한 미세한 변화가 축적되어 대기와 해양의 순환, 빙상의 성장과 후퇴를 촉발하는 기후 시스템의 전환점을 넘게 한다는 것이 이론의 핵심이다.

현대의 급격한 기후 변화는 주로 온실 가스 농도 증가와 같은 인간 활동에 기인하지만, 천문학적 주기는 여전히 장기적인 기후 배경을 형성한다. 연구 모델들은 자연적인 밀란코비치 주기가 현재 우리가 경험하는 인위적 온난화를 강화하거나 완화할 수 있는지를 평가한다. 예를 들어, 현재의 궤도 조건은 북반구에 더 많은 태양 에너지를 제공하는 경향이 있어 역사적으로 간빙기를 촉발하는 요인으로 작용했지만, 인간 활동의 영향은 이 자연적 신호를 훨씬 능가하는 규모와 속도로 나타나고 있다.

지구는 완벽한 구형이 아니라 약간 납작한 회전타원체, 즉 편구의 모양을 하고 있다. 이는 지구의 자전에 의해 발생하는 원심력이 적도 지역에서 가장 크게 작용하기 때문이다. 결과적으로 지구는 적도 부분이 약간 부풀어 오르고 극지방은 약간 납작한 형태를 띠게 된다.

이러한 적도 팽창의 정도는 편평율로 표현된다. 지구의 편평율은 약 1/298로, 적도 반지름이 극 반지름보다 약 21km 더 길다[16]. 이 차이는 지구 전체 크기에 비해 매우 작아서, 축소된 지구본에서는 육안으로 구분하기 어렵지만, 정밀한 측정을 통해 확인된다.

이 모양은 지구의 중력장이 완전히 균일하지 않다는 것을 의미하며, 중력 가속도 값이 적도에서보다 극지방에서 약간 더 크게 측정되는 원인이 된다. 또한 인공위성의 궤도에도 영향을 미쳐, 특히 정지 궤도에 위치하는 위성들은 지구의 적도 팽창에 의한 중력 섭동을 고려해야 한다. 다른 행성들도 빠르게 자전할수록 편평율이 커지는 경향을 보인다. 예를 들어, 토성과 목성은 지구보다 훨씬 빠르게 자전하기 때문에 눈에 띄게 납작한 모양을 가지고 있다.

세차 운동은 지구의 자전축이 약 26,000년의 주기로 원을 그리며 느리게 회전하는 현상이다. 이 장주기 운동은 지구의 자전과 공전에 직접적인 영향을 미치지는 않지만, 천문 현상과 기후에 장기적인 변화를 초래한다.

가장 두드러진 영향은 북극성의 변화이다. 현재 북극성은 작은곰자리의 폴라리스이지만, 세차 운동으로 인해 자전축이 가리키는 천구의 북극점이 서서히 이동한다. 역사적으로는 고대 이집트 시대에 용자리의 투반이 북극성 역할을 했으며, 약 12,000년 후에는 거문고자리의 베가가 새로운 북극성이 될 것으로 예측된다[17].

또한 세차 운동은 분점의 세차를 일으켜, 황도와 천구 적도가 만나는 춘분점이 서서히 서쪽으로 이동하게 한다. 이는 항성년과 태양년의 차이를 만들어내는 주요 원인 중 하나이다. 이 이동은 역사적으로 황도대의 별자리와 실제 태양의 위치가 점차 어긋나는 현상, 즉 일반적으로 알려진 "황도대 변경" 논란의 천문학적 배경이 된다.

장기적인 기후 변화와의 연관성도 연구 대상이다. 세차 운동은 지구 자전축의 기울기 변화와 함께 밀란코비치 주기를 구성하는 요소로, 수만 년 단위의 빙하기 주기와 같은 장기 기후 변동에 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 이는 지구가 받는 일사량의 계절적·위도별 분포를 서서히 바꾸기 때문이다.