달이 왜 항상 같은 면만 보이는지 그 이유를 아세요?

달이 한쪽 면만 보이는 이유

출처: en.wikipedia

 

 날이 점점 추워지네요. 가을이 다가오고 있습니다. 왜인지 가을 겨울에 바라보는 달은 유난히 더 차가워 보이는데요, 문득 달은 항상 같은 무늬를 하고 있는데 이 이유를 많은 분들이 잘 알고 계신지 궁금했습니다. 

 

 달은 지구에서 바라보았을 때 항상 같은 얼굴만 보여줍니다. 모르셨다고요? 달이 지구 그림자 때문에 보이는 부분이 보름달이나 상현달, 초승달같은 그런 차이가 생길 뿐이지 그 배경 달 무늬 자체는 항상 똑같습니다. 그래서 달의 '앞면' 과 '뒷면'이라고 지칭 할 수 있는 것이고 우리나라에서는 달의 항상 같은 무늬를 보고 달에 토끼가 절구를 찧으며 살고있다고 말했었죠. 볼 때마다 토끼가 있었거든요! 그래서인지 달의 그런 고정된 무늬에 관해 각 나라마다 설명하는 이유가 참 다양합니다. 

 

 예를 들면 유럽에서는 지역별로 커다란 집게발을 든 게의 모습 또는 책을 읽고 있는 여인의 모습이라고 생각하고, 페루에서는 두꺼비 한 마리가 자리잡고 있다고 보기도 하며, 스페인에서는 귀여운 당나귀가 보인다고도 합니다. 사실 저는 달을 보고 한번도 토끼를 닮았다고 생각한 적이 없어요. 예 뭐 구체적 상황이 있긴 합니다. 토끼가 두마리라느니 절구를 찧고 있다느니 안닮아서 상황 추가가 계속 된 것이라 생각해요. 믿게 해야니까?

 

 

 

 뭐 그게 중요한 건 아니고, 어쨌거나 이렇게 지구 어느 곳에서나 달의 '앞면'만 볼 수 있지, 뒷면은 절대 볼 수가 없습니다. 사실 이유는 간단한데요. 달의 하루가 한달이라서 그렇습니다. 다시말해, 달의 공전주기와 자전주기가 같기 때문이죠. 달이 지구를 크게 한 바퀴 도는 동안 달이 스스로를 축으로 팽이처럼 한바퀴 도는데 그 시간이 딱 맞는 거죠. 이런 현상을 '동기궤도(Synchronous Orbit)' 또는 '조석 고정(Tidal locking)'상태라고 합니다.

 

 그런데 정확히 말하면 달의 딱 절반만 보는 것은 아닙니다. 달의 공전 궤도는 약간의 타원형이고 그렇기 때문에 속도가 약간씩 달라지는데요, 거대한 태양도 곁에 있어서 그 중력의 영향으로 자전축도 조금씩 변합니다. 이러한 칭동(Liberation) 현상으로 실제 보이는 달의 면적은 정확한 50퍼센트가 아닌 59퍼센트 정도입니다. 

 

 

 

 하지만 역시 그렇다고 달의 뒷쪽 하얀 산악 지형을 볼 수 있는 것은 아닙니다. 우리는 시커먼 달의 '바다' 부분을 언제나 그렇듯이 볼 수 밖에 없습니다. 그리고 사실 달의 공전, 자전 주기가 같다는 부분까지는 학교에서 배우기도해서 이미 다들 알고있기도 하고 어쩌면 당연한 듯이 여겨져 왔습니다. 겨우 공전과 자전 주기가 같아서 그렇다는 얘길 하려고 이 글을 쓴 게 아닙니다.

 

 그렇다면 달의 공전주기와 자전주기는 왜 그렇게 항상 27.3일로 '똑' 같아서 같은 얼굴로 우릴 바라보는 걸까요? 공전주기와 자전주기가 같다는게 신기하지 않으세요? 우리가 살고 있는 지구만 해도 자전과 공전주기가 그렇게나 차이가 나는데요? 무려 364일이나요!

 

 

 무언가에는 다 이유가 있어요. 결론 부터 말하자면 만유인력 때문입니다. 만유인력은 질량을 가진 물체가 서로를 끌어당기는 힘인데 지구와 달 사이에도 물론 존재하지요. 우리는 지구에 살고있어서 너무나 지구 중심적으로 생각을 해서 그렇지 사실 달도 우리를 당기고 있거든요. 서로 줄을 같이 잡고 당기며 서로를 공전하는 것이죠. 그렇게 달에서 우릴 당기기 때문에 바닷물이 달쪽으로 쏠려서 밀물과 썰물 현상이 생깁니다. 그래서 엄밀히 말하면 달도 그렇고 지구도 그렇고 당기는 힘때문에 온전한 구체가 아니예요. 서로를 보는 쪽이 더 툭 튀어나온 럭비공같은 타원형입니다. 

 

 만유인력은 거리의 제곱에 반비례해서 가까울수록 더 큰 힘이 발생하는데 달도 부풀고 지구도 서로를 향해 부풀었는데 그 사이 달이 자전을 하면 부푼쪽이 지구를 바라보지 않게 되겠죠? 그때 지구가 볼록한 부분을 다시 자기 쪽으로 잡아 당기는 겁니다. 이 과정에서 달의 표면과 내부는 마찰을 일으키고 부푼쪽에 회전력이 작용해 자전의 속도가 느려지며 자전과 공전주기가 점차 같아집니다. 

 

출처: minuteEarth youtube

하얀 화살표는 달이 자전하려는 방향, 빨간 화살표는 만유인력으로 지구가 달의 더 가까운 부분을 당기는 힘.

계속해서 달의 자전을 늦춘다. 

 

 지구입장으로 볼까요? 그렇게 바닷물이 오르내리며 조석으로 많은 에너지가 소모되는데 이를 '조석 마찰'이라고 부르고 이 조석으로 인한 마찰이 지구의 자전 속도를 한세기에 수백 분의 일 초 정도를 늦춥니다. 어마어마하게 작은 시간이지만 우주적인 시간으로 보면 의미있는 차이가 되는거죠. 하루가 그렇게 작은 시간 늦어지는게 쌓이고 쌓여서 언젠가는 일년은 줄어들고 하루는 더 길어져서 '조석 고정' 상태가 되려 하겠지요.

 

 여러 학자들이 발견한 바에 의하면 3억 5000만년 전에는 하루의 길이가 22시간, 일년은 400~410일 정도 였을 것이고, 그보다 조금? 시간이 흐른 2억 8000만년 전에는 하루는 22.5시간, 일년은 390일이었다고 합니다. 이런식으로 다다르게 되어 결국 조석 고정 상태가 오게 되면 아마도 태양에서는 우리 지구의 항상 같은 얼굴만 보게 될겁니다. 반대로 지구의 뒷편이 된 곳에서 사는 사람들은 영원히 태양을 볼 수 없겠지요!

 

 방금 전까지 달의 공전주기와 자전주기가 같다는 점이 그만의 특별한 상황인 것처럼 설명했지만 알수록 아닌것 같죠? 네 맞아요. 사실 달은 그냥 조석 고정의 한 예일 뿐이에요. 다만 달은 현재 조석 고정상태에 다 거의 다다른것이고 지구는 아직 한참 남았다는 점이 다르겠네요. 이미 태양계 내의 행성들과 위성들 다수가 이 현상을 보입니다. 화성과 화성의 위성 포보스 그리고 목성과 목성의 위성 이오가 그런 상태에 놓여있습니다 마치 우리 달처럼. 아니, 태양계뿐만 아니라 더 먼 그 어떤 행성들까지도요. 물론 추측이지 직접 확인한 것은 아니예요. 우주 끝엔 솜사탕이 있을지 누가 알아요? 하지만 훌륭한 과학자들이 열심히 보고있으니 새로운 사실을 알게 될 때마다 저도 글을 써보도록 할게요. 

 

주변 사람들과 언젠가 달에 대해 이야기 나눌 때가 오면, 이 이야기를 한번 꺼내보세요.

 

넌 왜 달이 항상 같은 면만 보이는 줄 아냐?

 

 

 

 

 

 

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