어둠에 달빛을 넣다.
달에 관하여 1(위상과 식)
이들의 공통점은 무엇일까?(왼쪽부터 차례로 늑대인간, 토끼, 세일러문이다.)
바로 오늘 이야기 할 달과 관련되어 있다는 것이다.
늑대인간: 평상시엔 일반인으로 지내다가 보름달을 보면 늑대인간으로 변한다.
토끼: 알다시피 한국에서는 '달의 바다(검게 보이는 지역)'가 마치 절구 찧는 토끼 같다고 하였다.
세일러문: 세일러문은 달의 요정이다.
크게 뜬 보름달. 밤을 환하게 빛추어 준다.그림과 같이 달은 밤하늘에서 가장 밝게 세상을 비추는 것 중 하나이다. 그런 달은 우리가 슬플 때나 우리가 즐거울 때나 묵묵히 하늘에 떠서 우리를 치켜보고 있다. 그런 달을 지금부터 하나하나씩 알아 보도록 하자.
달의 물리량
반지름:3474Km(지구의 0.273배)
부피:2.1958 ×1010Km^3(지구의 0.020배)
질량:7.347 673 ×1022kg(지구의 0.0123배)
자전(공전) 주기:27.3일
자전 속도:16.655Km/h(적도기준)
평균기온: 250k(섭씨 온도-273=켈빈온도. 즉,-23℃)
달의 위상
이거 너무 어려운데요.
초, 중, 고 과학시간. 여러분은 한번쯤 현재 달이 어느 위치에 있을 때 어떤 위상이고 몇 시에 떠서 몇 시에 지는 지 외우거나 공부하느라 애 먹던 적이 있을 것이다. 그런 독자들을 위해 쉽게 아는 방법을 소개해 주겠다.
Solution
달의 위상을 이해하기 위해선 우선 두 가지의 전제 조건이 있다.
첫째, 햇빛은 지구를 향해 한 방향으로 들어온다.
둘째, 지구와 태양을 고정시켜 놓고 달만 공전한다.
항성월과 삭망월달은 앞서서 봤듯이 공전 주기가 자전주기와 같은 27.3일이다.(따라서 달은 항상 한 면만 보이게 된다. 그 이유가 궁금하다면 1번 참고) 이 시간을 천문학적 용어로 '항성월'이라고 한다(달이 A~B 까지 걸리는 시간). 그런데 달이 공전함에 따라 지구도 같이 공전을 한다. 따라서 달이 한바퀴를 돌았다 하더라도 상대적인 태양-지구-달의 위치가 달라지게 된다. 그에 따라 지구에서 보는 달의 위상이 달라지는 것이다. 이때 위상이 반복되는 주기를 '삭망월' 이라고 그러는데(달이 A~C까지 걸리는 시간), 이 기간은 29.5일로 음력의 한 달에 해당되는 시기이다. 즉, 달의 위상을 결정하는 것은 태양과 달과 지구의 상대적 위치에 따라 바뀌게 된다.
태양은 달의 한쪽 면만 빛춘다. 우리가 그 면을 얼만큼 보느냐에 따라 위상의 변화가 생긴다.이제부터 여러분의 상상력과 공간 지각 능력이 필요하다. 우리는 현재 지구에서 달을 관측을 한다. 그리고 달은 '지구에 대해 반시계 방향으로 공전을 한다.' 라는것을 알고 위상에 대해 이야기해보자.
음력 1일: 음력 1일엔 달은 지구과 태양의 사이에 위치하고 있다. 따라서 위의 그림처럼 지구 밖에서 달을 본다면 태양방향의 면은 밝게 빛나겠지만 지구방향의 면은 어두울 것이다. 따라서 이 날 달의 위상은 육안으로는 아무것도 볼 수 없는 '삭'이 나타나는 것이다. 그리고 지구도 반시계 방향으로 회전을 하는데 태양이 머리 위에 남중하였을 때가 낮 12시가 된다.( 실제로 한국에서 보면 12시에 해가 남중하지 않는다. 왜냐하면 우리는 현재 일본과 같은 시간대를 사용하고 있는데 그래서 실제 해가 남중하는 시간과 차이가 난다.) 즉, 태양이 머리 위에 떠있을 려면(남중) 우리는 현재 지구에서 삭이 떠있는 위치에 있어야 한다. 그렇다면 반시계 방향으로 90° 씩 위치를 이동하였을 때 각각의 시간 차이는 몇 시간씩 날까? 정답은 '6시간'이다. 지구가 자전을 한다는 것은 한바퀴(360°)를 돈다는 것인데 알다시피 하루는 24시간이다. 따라서 90° 의 차이는 24시간의 1/4. 즉, 6시간 차이를 말하게 된다. 따라서 상현달의 위치는 18시, 보름달의 위치는 자정, 하현달의 위치는 새벽 6시가 되는 것이다. 그렇다면 삭은 언제 남중하는가? 바로 12시이다. 그 시간을 기준으로 앞뒤 6시간씩 빼주고 더해주면 각각 뜨는 시간 지는 시간이 되는 것이다.(6시~18시 사이) 따라서 태양과 달이 같이 떠있기 때문에 더욱이 우리는 '삭'을 관측할 수 없다.
음력 7~8일: 시간에 따라 달은 반시계 방향으로 공전을 하는데 어느덧 달은 현재 상현의 위치에 와 있다. 위상을 살펴본다면 지구에서 바라봤을 때는 지구로 향한 면만 볼 수 있다. 따라서 달은 오른쪽만 밝게 빛나고 있는 것을 볼 수가 있다. 따라서 지구에서 보게 되면 오른쪽이 밝은 상현달을 볼 수가 있다. 이때, 상현달은 18시에 남중하므로 12시에 떠서 자정에 지는 것을 확인할 수가 있다. 따라서 달을 관측할 수 있는 시간은 해가진 직후인 18시부터 24시까지가 되겠다.(12시~24시)
음력 15일: 달이 벌써 자신 공전궤도의 반을 지나왔다. 즉 달-지구-태양의 순서로 위치하고 있다. 이 때는 달의 밝아진 면이 지구에서 다 볼 수 있게 되는데, (지구가 태양을 가리지 않는 이상. 이때 지구가 태양을 가린다면 '월식'이 나타난다.) 따라서 우리가 볼 수 있는 보름달, 망을 관측할 수 있는 것이다. 보름달은 자정에 남중하므로 18~6시 관측할 수가 있다. 그 말은 즉슨, 저녁 내내 달을 관측할 수 있는 것이다.(18시~6시)
음력 22~23일: 시간이 흘러 어느덧 달은 하현의 위치에 와있다. 보름달의 위상을 지남에 따라 달은 점차 가려지게 되는데 이때 지구로 향한 면만 본다면 우리를 기준으로 했을 때 오른쪽이 어둡고 왼쪽이 밝은 모습을 확인할 수 있을 것이다.( 쉽게 얘기하자면 우리는 현재 새벽 6시 위치인 남극에 거꾸로 매달린 상태에서 본다고 생각하면 쉽다.) 따라서 이 날에는 우리는 하현달을 볼 수가 있다. 그리고 하현달은 6시에 남중하므로 자정에 떠서 정오에 지게 된다. 그러므로 관측 가능한 시간 때는 자정부터 6시가 되겠다.(24시~12시)
원래 좀 어려운 내용이기도 하다. 이 글을 읽고 이해가 안 갈 수도 있다. 이해를 하기 위해선 자신이 직접 그려보고 이해하려고 노력하는 것이 중요하다. 부디 여러분께 도움이 됐기를 바란다.
식 (일식과 월식)
왼쪽부터 차례대로 월식, 일식이다.
종종 우리는 운 좋게 일식이나 월식을 관측할 수 있게 된다. 나도 2009년 7월 22일 내가 초등학교 6학년 때였다. 나는 그 날에 일식이 일어난다는 얘기에 허겁지겁 슈퍼마켓에 가서 필름을 사서 일식을 관측했던 기억이 난다. 그 이후에도 일식이나 월식이 나타난다 하면 그 날 하루는 그것을 관측하려고 하루를 비워놓는다. 이렇듯 일식과 월식도 밥 먹듯이 관측되는 현상이 아니다 보니 많은 천문학자들은 이날을 기다린다. 그럼 일식과 월식은 뭐고 왜 생기는 것일까? 하나 하나씩 알아 보도록 하자.
일식
왼쪽부터 일식과정, 금환일식, 반그림자와 본그림자이다.
일식은 말 그대로 달이 태양을 가리는 것이다. 지구에서 태양을 바라 봤을 때 그 사이에 달(삭의 위치)이 위치하는 것이다. 즉, 태양-달-지구 순으로 일직선 상에 위치하였을 때 일식이 일어난다. 이때 태양빛이 달에 가려져 지구에는 그림자가 생기게 되는데 아주 어두운 부분을 '본그림자(본영)', 외부에 덜 어두운 부분인 '반그림자(반영)'이 라고 한다. 이때, 관측자가 본그림자 속에 있다면 태양을 다 가린 달을 볼 수 있는데 바로 '개기일식'이 나타나게 된다. 그리고 관측자가 반그림자 속에 있다면 달이 태양을 일부만 가리게 되는데 이 곳에선 '부분일식'이 나타 나는 것이다. 그런데 달은 지구를 원형궤도가 아닌 타원 궤도로 돌고 있다. 따라서 달과 지구의 거리는 일정하지 않다. 이로 인해 달과 지구의 거리가 멀어지게 되면 달이 태양을 100% 못 가리게 되는데 이 모양이 마치 반지 같다고 하여 '금환일식이라고 한다. 참고로 일식의 순서는 오른쪽부터 가려져서 왼쪽으로 빠져 나오게 된다.(왜 그런지 궁금하다면 2번 참고)
월식
왼쪽부터 월식, 반 그자와 본그림자, 월식의 원리이다.
월식은 일식과 다르게 지구가 달을 가려서 달이 어두워지는 것이다. 즉, 태양-지구-달 순서로 일직선에 위치하여 있을 때(보름달) 월식이 일어나는 것이다. 달이 지구에 의해 생긴 그림자를 지나갈 때 달이 본그림자에 걸쳐서 존재한다면 '부분월식'이 나타나게 되고 본그림자 속에 다 들어 간다면 '개기 월식'이 나타나는 것이다. 그리고 개기일식의 경우엔 길어야 수 분 정도이며, 지구의 극히 일부 지역에서만 관측할 수 있는 반면, 월식은 지구가 밤인 지역에서는 어디서나 관측할 수 있으며, 달이 완전히 가려지는 현상도 최대 약 100분까지 관측할 수 있다. 참고로 월식의 순서는 왼쪽부터 가려져서 오른쪽으로 빠져 나오게 된다.(왜 그런지 궁금하면 2번 참고)
왜 개기월식의 달은 붉게 보이나요?
우리가 생각하여 봤을 땐 개기월식이 나타난다면 아무것도 보이지 않아야 될 것이다. 그런데 위에 그림에서 보다시피 안보이기는커녕 붉은색을 띄고 있다. 그 이유는 지구에 도달하여 대기에 의해 굴절된 빛 중 푸른색 빛은 지구의 대기에 산란이 되어 거의 도달하지 못하지만 붉은색 빛은 대기를 잘 통과하게 되는데 따라서 그 빛이 달까지 도달하게 되어 달을 붉게 물 들이는 것이다.
오늘 우리는 달의 일반적인 특성에 대해서 알아보았다. 달은 옛날부터 우리 인류들을 묵묵히 바라보고 있었다. 전염병이 돌 때도, 세계적으로 큰 전쟁이 일어날 때도, 최초로 인류가 우주 밖으로 나갔을 때도. 분명히 많은 사람들이 달에게 소원도 빌었을 것이고 자신의 이야기를 들려주기도 했을 것이다. 그런 묵묵한 달은 오늘도, 내일도, 모래도, 1년 후에도 뜰 것이다. 인류의 역사와 같이 걸어가면서 말이다. -천문학자소년-
(다음 포스팅에서는 달의 역사와 특징들에 대해 살펴보도록 하겠습니다.)
1. 공전 주기와 자전주기가 같다는 말은 지구에서 관측할 때 항상 한 면만 보인다는 것을 의미하기도 한다.
달에다 깃발을 세웠다고 가정했을 때의 그림 위의 그림에서 보다시피 달이 지구 주위를 90° 공전하게 되면 달 자체도 90° 만큼 자전하게 된다. 따라서 깃발은 항상 지구방향으로 향할 수밖에 없다. 그래서 우리가 늘 보는 면을 달의 앞면, 그리고 보지 못하는 면을 달의 뒷면이라고 그런다. 그렇다면 달의 뒷면은 볼 수 없는 것인가? 지구 내부 에서는 불가능할 것이다. 하지만 볼 방법이 있다. 바로 달 궤도 인공위성이라던가 우주선을 쏴서 관측하면 된다.
달의 뒷면이다. 달이 삭의 위치에 있을 때 태양 쪽에서 바라보면 뒷면을 관측할 수 있을 것이다.2.
왼쪽 사진의 시간적 순서는 오른쪽에서 왼쪽이다.
우선 이 사실을 알기 위해서는 달은 반시계 방향으로 공전한다는 것을 알고 있어야 한다. 달이 삭의 위치를 지난다면(오른쪽 그림 참고) 지구에서 관측할 때 태양의 오른쪽부터 가리면서 들어 온다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 그 후에 전체를 가리고 왼쪽으로 빠져 나온다는 것을 확인할 수 있다.
월식위의 일식과 마찬가지로 월식은 지구가 태양을 가리는 것이니깐 지구에서 관측할 때 달의 왼쪽 부근부터 그림자 속으로 들어가는 것을 확인할 수가 있다. 달이 반시계로 공전 함에 따라 가려지는 방향도 결정되는 것이다.
