밤하늘의 가장 밝은 천체 달과 달의 운동

달

지구의 오직 하나뿐인 자연 위성입니다. 또한 달은 지구 외에 인류가 방문했던 유일한 천체이기도 합니다. 달은 밤하늘에서 가장 밝은 천체이지만, 스스로 빛을 낼 수 없고 태양의 빛을 반사합니다. 지구와 그 밖의 태양계 행성들과 마찬가지로 달의 나이는 약 46억 년입니다. 달의 질량이 지구보다 작기 때문에 달 표면에서의 중력은 기껏해야 지구 표면에서 잰 중력의 약 1/6입니다. 그러므로 달 표면에 선 사람은 자기 몸무게의 1/6로 줄어든 것처럼 느끼게 됩니다. 만약 달에서 돌을 떨어뜨린다면, 같은 돌을 기주에서 떨어뜨릴 때보다 훨씬 천천히 떨어질 것입니다. 달은, 중력은 비록 약하지만 지구에 워낙 가깝기 때문에 지구의 물을 끌어당겨 조석 현상을 일으킵니다. 지구 중심에서 달 중심까지의 평균 거리는 38만 4467km입니다. 이 거리는 점점 증가하고 있습니다. 달이 매년 약 3.8cm씩 지구로부터 멀어지고 있기 때문입니다. 달 적도에서의 온도는 밤에는 최저 -173℃, 낮에는 최고 127℃까지 올라갑니다. 달의 극지방 부근에 있는 크레이터의 깊은 밑바닥 온도는 늘 -240℃에 가깝습니다. 2010년, 달 궤도에 있던 관측장비로 남극 부근의 에르미트 크레이터에서 -248℃라는 온도가 측정되었습니다. 이것은 지금까지 태양계에서 관측된 가장 낮은 온도입니다. 달에는 지구와 같은 대기는 없지만 소량의 기체는 존재합니다. 이와 같이 공기가 없는 천체를 둘러싸고 있는, 입자들의 밀도가 낮은 지역을 외기권이라고 합니다. 수성과 몇몇 소행성도 외기권이 있습니다. 달에는 생명체가 없습니다. 지구와 비교해 볼 때, 달은 수십억 년 동안 거의 변하지 않았습니다. 달에서 하늘은 낮에도 검은색이며, 별도 언제나 볼 수 있습니다. 지구에서 맨눈으로도 달 표면에 밝은 지역과 어두운 지역을 볼 수 있습니다. 밝은 지역은 흔히 육지라고 부르는 곳으로, 울퉁불퉁하고 크레이터가 많은 고지대입니다. 고지대는 처음부터 지각이었던 부분으로, 그동안 있었던 유성체, 소행성, 혜성 등의 충돌 때문에 깨지고 금이 가 있습니다. 육지에 있는 크레이터 중에는 지름이 40km를 넘는 것도 많습니다. 가장 큰 크레이터는 남극-에이킨 분지인데 지름이 2,500km나 됩니다. 달의 어두운 지역을 바다라고 합니다. 이곳은 실제로 물이 있어서 바다라고 부르는 것이 아니고, 지표면이 물의 표면처럼 매끄러워서 바다라고 부릅니다. 바다는 수십억 년 전에 화산이 분출했을 때, 용암이 흘러넘친 지역입니다. 그 뒤 용암이 식어서 매끄러운 암석이 되었습니다. 그 뒤에 유성체가 충돌하여 바다에도 크레이터를 만들었습니다. 육지와 바다의 많은 부분은 어두운 물질로 덮여 있는데, 아폴로 우주선은 이 물질이 화산재임을 밝혀냈습니다.

 

 

 

달의 운동

달은 자전축을 중심으로 회전하는 자전을 비롯하여 지구 주위를 도는 공전 운동을 합니다. 지구에서 볼 때 달의 모양이 매일매일 조금씩 변하는 것은, 달이 지구 주위를 공전하기 때문에 생깁니다. 또한 칭동이라고 하는 운동 때문에 달 표면의 약 59%를 지구에서 관측할 수 있습니다. 자전과 공전:달은 29일 12시간 43분에 한 번씩 자전축을 중심으로 한 바퀴 돕니다. 이것은 월면(달 표면)에서 보았을 때 해가 뜬 후 다시 해가 뜰 때까지 걸리는 기간이며, 달의 하루가 됩니다. 이에 비해서 지구가 한 번 자전하는 데 걸리는 시간은 겨우 24시간입니다. 달의 자전축은 지구의 자전축과 마찬가지로 기울어져 있습니다. 천문학자들은 달의 자전축의 기울기를 지구의 공전 궤도면에 공전 궤도면에 수직인 선을 기준으로 측정합니다. 지구 자전축의 기울기는 공전 궤도면에 수직인 선에 대해서 약 23.5 º이며, 이로 인하여 지구에는 계절이 나타납니다. 반면 달의 자전축 기울기는 약 1.5 º이며, 기울기가 작아서 달에는 계절이 나타나지 않습니다. 달은 항성을 기준으로 할 때 27일 7시간 43분에 한 번씩 지구 주위를 돕니다. 이 주기를 항성월이라고 합니다. 그러나 태양을 기준으로 할 때는 29일 12시간 43분에 한 번씩 지구 주위를 돌게 되는데, 이 주기를 삭망월이라고 합니다. 달은 지구 주위를 돌고, 지구는 태양 주위를 돌기 때문에 항성월이 삭망월보다 약간 짧습니다. 삭망월은 달의 하루와 기간이 같습니다. 그 결과로 달은 지구에 언제나 똑같은 한쪽 면만 보여 주는데, 이 부분을 달의 앞면이라고 합니다. 그리고 언제나 지구의 반대편을 향하고 있어서 지구에서는 볼 수 없는 부분을 달의 뒷면이라고 합니다. 달의 공전궤도는 지구의 공전궤도처럼 약간 타원입니다. 즉, 지구 중심에서 달 중심까지의 거리는 공전궤도 상의 위치에 따라서 조금씩 다릅니다. 지구에 가장 가까운 위치인 근지점에 있을 때의 거리는 36만 3300km이고, 가장 멀리 떨어진 위치인 원지점에 있을 때의 거리는 40만 5500km입니다. 달 모양의 변화:지구에서 보면, 달은 초승달에서 점점 부풀어 올라 보름달(망월이라고도 함)이 되었다가 다시 초승달로 되돌아갑니다. 달은 햇빛을 받는 부분만 지구에서 보이는데, 달이 지구 주위를 공전하기 때문에 햇빛을 받는 부분이 매일 달라집니다. 그래서 달 모양이 매일 변하는데, 우리 눈에 보이는 달 모양을 달의 위상, 달 모양의 변화를 달의 위상 변화라고 합니다. 그리고 달의 위상 변화 주기를 1 삭망월이라고 합니다. 달은 삭, 상현, 망, 하현의 순서로 위상 변화를 거칩니다. 달이 태양과 지구 사이에 있으면 빛을 받아 반사하는 밝은 부분은 지구 반대 방향을 향하고, 어두운 부분만 지구를 향하게 됩니다. 지구에서 달이 눈에 보이지 않는 이것을 삭이라고 합니다. 지구에서 관측해 보면 삭이 지나고 다음날 밤이 되면 밝은 부분이 달의 오른쪽 끝을 따라 희미하게 나타납니다. 하늘이 맑으면 지구를 향하고 있는 부분이 지구에서 반사된 햇빛을 받아 창백하게 보입니다. 매일 밤 관측해 보면, 달의 밝은 부분과 어두운 부분을 나누는 경계선이 점점 왼쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있습니다. 그리고 약 7일이 지나면 반달을 볼 수 있는데, 이것을 상현이라고 합니다. 다시  약 7일이 지나면 달은 지구를 기준으로 했을 때 태양의 반대편에 있게 됩니다. 이때 달은 태양을 향한 부분이 모두 보이는데, 이것을 망이라고 합니다. 망으로부터 약 7일이 지나면 다시 반달이 나타나는데, 이것을 하현이라고 합니다. 하현으로부터 약 7일이 지나면 달은 다시 태양과 지구 사이에 있게 되고 삭이 됩니다.

달이 삭에서 망이 되는 동안 밝은 부분이 점점 커지는데, 이를 '달이 찬다.'라고 합니다. 이와 반대로 망에서 삭이 되는 동안에는 밝은 부분이 점점 작아지는데, 이를 '달이 기운다.'라고 합니다. 태양과 마찬가지로 달도 동쪽으로 떠서 서쪽으로 집니다. 달이 뜨고 지는 시간은 달의 위상에 따라 계속 변합니다. 삭일 때 달은 태양과 함께 떠올라서 태양 근처에서 하늘을 가로지릅니다. 달이 뜨는 시각은 매일 평균 약 50분씩 늦어집니다. 일식과 월식:태양, 지구, 달의 순서로 일직선을 이루거나 거의 일직선을 이루어 지구의 그림자 속으로 달이 들어갈 때 월식이 일어납니다. 월식은 망일 때만 일어날 수 있습니다.

일식은, 달이 태양과 지구 사이에 있으면서 그림자를 지구에 드리울 때 일어납니다. 일식은 달의 위상이 삭일 때만 일어날 수 있습니다. 망이 될 때마다, 공전궤도 위에서 지구는 태양과 달 사이에 있습니다. 삭이 될 때마다, 달은 태양과 지구 사이에 있습니다. 하지만 대분분의 경우 세 천체는 식 현상을 일으킬 만큼 곧은 일직선을 이루지 않습니다. 그래서 보통 지구가 달의 위나 아래 공간으로 그림자를 드리우거나, 달이 지구의 위나 아래 공간으로 그림자를 드리웁니다. 그림자가 그런 식으로 빈 공간으로 드리워지는 이유는 달의 공전궤도가 지구의 공전궤도에 대해 5 º 만큼 기울어져 있기 때문입니다. 이것이 우리가 지구에서 일식과 월식을 자주 볼 수 없는 이유입니다.