{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:Fundamental spheroidal oscillation Earth.gif|200px|섬네일|지구자유진동 중 풋볼 모드의 형태.]]
[[파일:Fundametal toroidal oscillation Earth.gif|200px|섬네일|지구자유진동 중 트위스트 모드의 형태.]]
'''지구자유진동'''(地球自由振動, Free Oscillations of the Earth)은 [[지진의 규모|규모]] M8이 넘는 [[거대지진]]이 발생할 때 [[지진파]]가 [[지구]]를 여러 바퀴 돌면서 지구 전체에 관측되는 일종의 [[자유진동]] 현상을 의미한다.<ref>{{웹 인용|title=地球自由振動 |url=https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/people/knishida/200909science/Mode.html |website=www.eri.u-tokyo.ac.jp |accessdate=2022-01-17}}</ref> [[정상파]]의 일종으로, 크게 3가지 진동 모드(Normal mode)가 존재한다.{{sfn|이기화|2016|p=142}}

지구자유진동을 처음으로 관측한 지진은 1960년 [[1960년 발디비아 지진|칠레 발디비아 지진]]([[모멘트 규모]] M<sub>w</sub> 9.5)이다.<ref>{{웹 인용|title=常時地球自由振動 |url=https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/people/knishida/200909science/BFO.html |website=www.eri.u-tokyo.ac.jp |accessdate=2022-01-17}}</ref><ref>{{kotobank|地球自由振動}}</ref><ref>{{kotobank|チリ地震}}</ref> 그 외에도 [[2004년 인도양 지진해일]]<ref>{{웹 인용|title=今も続くスマトラ島西方沖地震による地球自由振動 {{!}} 国立天文台 水沢 |url=https://www.miz.nao.ac.jp/content/news/topic/20050401-118.html |website=www.miz.nao.ac.jp |accessdate=2022-01-17}}</ref>([[모멘트 규모]] M<sub>w</sub> 9.1~9.3)에서나 2011년 [[도호쿠 지방 태평양 해역 지진]]([[모멘트 규모]] M<sub>w</sub> 9.0~9.1)에서도 지구자유진동을 관측했다.<ref>{{웹 인용|title=長周期の地震波、少なくとも地球5周 東日本大震災 |url=https://www.nikkei.com/article/DGXNASDG24008_U1A320C1CR0000/ |website=日本経済新聞 |date=2011-03-24 |accessdate=2022-01-18}}</ref>

== 역사 ==
1911년 [[어거스터스 에드워드 허그 러브]]는 이론적으로 지구만한 구형 철은 대략 1시간의 주기를 가지고 [[자유진동]]함을 알아냈다.{{sfn|이기화|2016|p=141}} [[1952년 세베로쿠릴스크 지진]]이 발생했을 당시 [[휴고 베니오프]]는 약 57분의 주기를 가지는 지구의 자유진동을 자신이 발명한 [[지진계]]로 발견하였으나 관측한 진동이 지구자유진동이 맞는지 논란이 이어졌다.<ref>{{웹 인용 |url = https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/benioff-victor-hugo |제목 = Benioff, Victor Hugo |저자 = Cengage |출판사 = Encyclopedia |언어 = |날짜 = |확인날짜 = 2023-01-04}}</ref>{{sfn|이기화|2016|p=37}} 하지만 1960년 칠레에서 발생한 지진으로 분명한 자유진동으로 보이는 지진파 자료가 관측되어 이후 지구자유진동이 실존함이 확인되었다.{{sfn|이기화|2016|p=142}}

== 특성 ==
지구자유진동은 일종의 [[정상파]]로, 서로 반대방향으로 이동하는 두 표면파가 만나며 서로 간섭해서 발생하는 결과이다. 레일리파의 간섭은 구형진동 S를, 러브파의 간섭은 환상형진동 T를 만들어낸다. 여기서 자유진동의 모드(mode)는 <sub>n</sub>S<sub>l</sub><sup>m</sup>와 같이 3개 계수로 구분할 수 있는데, 여기서 l은 각차수(혹은 [[구면 조화 함수|구면 조화]] 정도), m은 방위각차수이다. 이 값은 −''l''에서 +''l''까지  2''l''+1의 값을 가질 수 있다. n은 원심각차수이다. 이는 구 반경에 n개의 마디가 존재하는 파동이라는 의미이다. 구대칭인 지구의 경우에는 주어진 n과 l의 주기가 m과 관련이 있지 않다.<ref name=Shearer2009ch8>{{harvnb|Shearer|2009|loc=Chapter 8}} (Also see [http://mahi.ucsd.edu/shearer/errata.html errata] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131111191407/http://mahi.ucsd.edu/shearer/errata.html |date=2013-11-11 }})</ref>

== 종류 ==
이론적으로 층상 구조를 가진 지구는 각각 서로 다른 주기를 갖는 무한한 형태의 자유진동이 가능하고, 이 다른 형태의 진동을 하나의 모드(mode)라고 부른다. 대표적인 지구자유진동의 3가지 모드는 아래와 같다. 모든 모드의 진폭은 커도 최대 수 mm를 넘지 않는다.{{sfn|이기화|2016|p=142}}

* 풍선 모드(모드 '''S''', 주기 20.5분): 지구 전체가 수축했다 팽창을 반복한다.
* 풋볼 모드(모드 '''P''', 주기 53.9분): 지구가 고무공처럼 한쪽으로 늘어났다 다른 방향으로 늘어나길 반복한다.
* 트위스트 모드(모드 '''T''', 주기 40.0분): 지구가 대원을 축으로 뒤틀리길 반복한다.

구형 자유진동의 대표적인 예로는 지구 전체가 팽창과 수축을 반복하며 주기가 약 20분인 호흡모드 혹은 풍선모드 <sub>0</sub>S<sub>0</sub>과, 두 방향을 번갈아가며 늘어났다 줄어들었다를 반복하는 주기 약 54분의 럭비모드 혹은 풋볼모드 <sub>0</sub>S<sub>2</sub>가 있다. <sub>0</sub>S<sub>1</sub> 모드의 경우에는 지구 무게중심의 변화를 수반하는 외력이 필요하기 때문에 지진만으로는 발생하지 않는다.<ref name=Shearer2009ch8/>

기본 환상형 자유진동 모드 중 <sub>0</sub>T<sub>1</sub>은 지구 자전속도의 변화를 말하지만 그 변화속도는 굉장히 느리기 때문에 일반적인 지진학에서는 큰 의미를 가지지 않는다. 트위스트모드 <sub>0</sub>T<sub>2</sub> 모드는 북반구와 남반구가 서로에 대해 비틀어지는 운동으로 주기는 약 44분이다.<ref name=Shearer2009ch8/>

== 같이 보기 ==
* [[지진동]]
* [[장주기 지진동]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 문헌 ==
{{참고 자료 시작}}
* {{서적 인용 |제목 = 모든 사람을 위한 지진 이야기 |저자 = 이기화 |편집자 = 박상준 |출판사 = 사이언스북스 |판 = 1 |날짜 = 2016-10-30 |위치 = 서울 |isbn = 978-89-8371-730-6 |ref = harv}}
* {{서적 인용|first1=Peter M. |last1=Shearer|title=Introduction to Seismology|year=2009|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-88210-1 }}
* {{저널 인용 |url = https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-3-030-10475-7_160-1 |제목 = Free Oscillations of the Earth |저자1 = Sarva Jit Singh |저자2 = Sunita Rani |저널 = Encyclopedia of Solid Earth Geophysics |쪽 = 1-10 |날짜 = 2019년 12월 20일 |확인날짜 = 2023년 1월 4일 |isbn = 978-3-030-10475-7 |doi = 10.1007/978-3-030-10475-7_160-1}}
{{참고 자료 끝}}

== 외부 링크 ==
* {{언어링크|ja}} [https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/people/knishida/200909science/Mode.html 지구자유진동] - 도쿄 대학 지진연구소

{{지진 이론}}

[[분류:파동]]
[[분류:역학적 진동]]
[[분류:지진학]]