달 (Moon): 레드문, 개기월식, 달의 위상 변화

 

천체에 관하여 포스팅을 하나씩

해 나가고 있는데요

 

지난번에는 지구에 대하여했다면

태양계의 행성은 아니지만

 

그래도 지구와 가장 가까운 지구의

유일한 위성인 달에 대하여

 

포스팅을 해 보도록 하겠습니다.

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1.    달(Moon)의 외관

 

1)    달에 대한 대략적인 설명

 

①    달의 크기

 

달은 지구의 유일하고도 영구적인 자연위성 입니다. 태양계 내의 위성 중에서는 5번째로 큰데, 행성의 크기로 볼 때, 자연 위성 중에서는 가장 큽니다.

지구 중심에서 달 중심까지의 거리는 평균 384,400 km인데 이 거리는 지구 지름의 30배로 지구에서 꽤 멀게 느껴지지만, 지구에서 태양까지의 거리(1AU)에 비하면 1/389 보다 작으니 행성간의 거리를 생각한다면 가깝다고 볼 수 있겠습니다 ㅎㅎ .

 

달의 지름은 3,476km로 지구의 약 4분의 1, 태양의 약 400분의 1의 크기입니다. 행성에 대해 하나씩 써 나가겠지만 이미 알고 있다 하더라도 천천히 천체에 대하여 볼 때 마다 규모 면에 있어서 많은 놀라움이 있을 것 입니다.

 

달의 부피는 지구의 약 1/50 정도이며, 표면에서의 중력은 지구의 약 17%, 대략 1/6이라고보면 됩니다. 달에서 사람이 땅에 발을 제대로 붙이고 걸을 수 없는 이유이기도 합니다.

 

②    달의 공전 주기

 

달은 지구를 도는데 공전주기로는 약 27.3일에 한 바퀴를 돕니다. 지구와 달, 태양의 위치 변화는 29.5일을 주기로 달라지는 이런 삭망 주기를 가지고 달의 상이 만들어 집니다.

 

③    달의 탐사

 

지구에서 가장 가까운 천체로서 현재까지 인류가 탐사한 최초이며 단 하나인 타천체입니다. 아시다시피 1969년 인류에서 최초로 미국이 제작한 닐 암스트롱이 탑승한 우주선이 달로 보내어진 것으로 최초의 탐사를 시작하였다. 아폴로11호에서 찍은 달 착륙 모습과 여러 가지 증거 사진이 있지만, 아직도 달착륙을 한 사람은 없었다는 음모론이 떠 돌고 있으며 우주선은 무인우주선이었다는 설도 많이 돌고 있습니다.

 

진실은 무엇일까요? 실제 인간이 탑승한 우주선이었고 사진이 증명한다는 설이 우세합니다만 발표 당시 정치적인 시점이 의심스럽고 여러 가지 의심이 가능한 포인트가 있어서 끊임없이 사실인지 아닌지 공방이 펼쳐지고 있습니다.

 

아무튼 이후 1972년까지 무려6번이나 직접 달을 탐사하게 되었습니다.

이후 달 탐사는 어떤 이유에서인지 중단 되었으며중단되었으며, 2000년대에 이르러서, 달 탐사가 재개되었고, 인도에서 발사한 달 탐사선 찬드리얀 호가 2009.9.26 달에서 물을 발견하기도 하였습니다.

2020년까지우주인을 보내는 탐사가 계획 되어 있다고 합니다.

 

2)    달의 지형

 

①    바다

 

현무암과 용암대지이기 때문에 상대적으로 검은색과 회색을 띱니다.  바다는 달의 앞면에서는 31.2%의 면적을, 뒷면은 2.6%를 차지합니다. 바다로 분류되는 이 지역은 35억 년 전쯤에 생성된 것으로 추정하고 있습니다. 과거에 갈릴레오 갈릴레이가 이 부분을 보고 달에 바다가 있다고 착각하여 '달의 바다'라고 말한 것에서 유래되어 이름 붙여 졌는데 실제 바다는 아니라는 얘기입니다. 대표적인 바다는 고요의 바다, 위난의 바다 등이 있습니다.

 

②    고지

 

달 표면에서 바다를 제외한 밝은 색조를 띠는 곳을 고지라고 부릅니다. 대륙에는 분화구들이 빽빽하게 모여 있는데 대륙을 이루고 있는 광물은 주로 칼슘과 알루미늄이 많이 함유된 사장석과 비슷하기 때문에 상대적으로 밝게 보이게 됩니다. 약 45억 년 전쯤에 생성된 것으로 추정하고 있습니다.

 

③    크레이터

 

달에서 흔하게 볼 수 있는 지역이 크레이터입니다. 대부분의 크레이터들은 충돌로 생겨났습니다. 지름 1 km 정도의 작은 분화구는 화산폭발로 생성되었을 가능성이 있다고 추측되기도 합니다. 상대적으로 달의 앞면보다 뒷면에 더 많이 있습니다.

 

크레이터들 중에서는 광조(지구에서 볼 때 빛이 나는 것처럼 보이는 부분)가 나타나는 것이 있는데, 그 중 대표적인 광조가 있는 크레이터는 티코, 케플러, 코페르니쿠스입니다. 모두 친근한 이름이죠 ㅎㅎ ? 상업적으로 쓰이고 있기 때문에 많이 들어보셨을 것 같습니다.

 

④    산과 산맥

 

지구의 산처럼 달의 표면이 솟아오른 것을 산이라고 하며 그 산들이

모여있는 것이 산맥이라고 합니다.

 

⑤    계곡

 

달의 표면이 움푹 파인 곳을 계곡이라고 하며 물이 있다는 뜻이

아니라 협곡처럼 땅이 길을 내듯 움푹 파인 것을 뜻합니다.

대표적인 계곡으로 슈뢰터 계곡이 있습니다.

 

 

 

 

 

 2.    달의 내부구조

 

1)    물리적 내부 형태

 

지구의 경우, 내부 구조는 지진파의 연구를 통해 알아 냈는데, 달의 경우는 달궤도를 돌고 있는 인공위성과 지진파로 파악할 수 있었습니다. 달의 내부 구조는 아폴로11호가 월진계를 설치한 뒤부터 내부 성질을 자세히 파악 할 수 있었습니다.

 

달의 내부도 지구의 구조와 비슷하게 나뉩니다. 크게 표면, 맨틀, 핵, 이렇게 세 부분으로 나뉘어 있습니다. 표면의 두께는 평균 70km인데 고지대 약 100 km로 ,저지대나 바다는 약 60 km로 보고 있습니다.

핵의 반지름은 300~425 km 사이, 나머지 부분은 맨틀을 이루고 있습니다. 달의 평균 반지름 1740 km라는 것을 감안하면 달의 핵은 달 전체 질량의 2% 미만을 차지하고 있다고 추측할 수 있습니다.

 

2)    밝기(알베도)

 

알베도의 가장 간단한 형태의 정의는 람버트 알베도입니다. 람버트 알베도란 람버트 표면을 가진 행성에서의 알베도를 뜻합니다.

 

람버트 표면이란 입사된 방향과는 무관하게 같은 방향으로 반사되는 이상적인 표면을 의미합니다. 행성이나 위성이 만약 람버트 표면으로 되어 있다면, 어느 방향에서나 같은 반사광이 측정됩니다.

 

그러나 달의 표면은 람버트 표면으로 이루어져 있지는 않습니다. 이 말의 뜻은 달을 바라보는 방향, 각도에 따라 그 밝기가 바뀐다는 것입니다. 물론 위상에 따라 그 밝기도 변하는 것도 사실이지만, 상현이나 하현일 때 보이는 부분은 -9.9등급, 보이지 않는 부분은 -12.6등급으로 보름달의 1/2인데, 실제 밝기는 보름달의 1/12으로 줄어듭니다.

 

이렇게 보름달일 때가 다른 위상의 달의 밝기보다 급격히 밝아지는 현상을 가리켜 충효과라고 부릅니다. 보름달이 전구처럼 밝아 보일 때가 있는 이 효과 때문이겠죠 ^^ ?

 

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3.    달의 생성 기원설

 

달의 생성 기원에는 여러 가지 설이 있으나 구체적인 가설은 4가지가 있습니다. 분리설, 동시생성설, 포획설, 충돌설이 있는데 가설이 주장된 시기 순으로 나열되어 있습니다.

 

1)    동시 생성설

 

원시 지구를돌고 있던 많은 미행성들이 뭉쳐 그 미행성들이 지구와 달을 생성하였다는 설입니다. 그러나 실제로는 지구에 비해 달의 철분이 부족하다는 점이 문제로 제기되고 있어 설득력이 떨어집니다.

 

2)    포획설

 

과거의 달이 지구의 중력에 의해 포획되어 달이 지구 주위를 공전하게 되었다는 가설입니다. 하지만 달과 지구의 구성성분이 매우 유사하기 때문에 설득력이 떨어집니다.

 

3)    분리설

 

지구가 아직 굳지 않았을 때 지금의 대양 부분이 떨어져 나가서 달이 되었다는 가설입니다.

 

4)    충돌설

 

이것은 거대 충돌에 대한 가설인데 아래와 같이 설명할 수 있는 가설입니다.

 

지구 형성 초기에 화성만한 크기의 천체 테이아가 충돌하여 두 천체가 합체되고, 그 충격으로 합체한 천체의 일부가 우주 공간으로 떨어져 날아와서 지구 주위를 돌면서 기체와 먼지 구름을 형성하게 되었는데, 이것이 모여 달을 형성하게 되었다는 가설입니다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 그 가능성이 입증되었으며 현재로서는 가장 유력한 가설이기도 합니다.

 

또한 이 가설은 달 암석의 화학 조성이 지구와 매우 비슷하다는 특징에 대해서도 설명이 가능하기 때문에 가장 유력한 학설입니다. 특별히 지구와 충돌 각도가 이상적인 45도가 되어 지구와 달이 공존하는 결과를 만들어서 지구에 절대적인 영향을 주게 되었다고 봅니다. 그러나 테이아도 외부 천체이기 때문에 테이아와 지구의 구성 성분도 다를 수 있다는 문제점도 제시되기도 합니다.

 

사실 모든 가설이 어떻게 보면 모든 행성의 생성이 우연한 자연 현상이라고 제시되고 있어서 전 못 믿겠다는 생각을 많이 합니다. 시간이 좀 더 지나고 과학이 지속적인 발전을 이룰 때 마다 새로운 가설, 좀더 사실에 가깝고 합리적인 믿음이 가는 가설이 나오지 않을까 추측해 봅니다.

 

 

4.    달과 지구와의 관계

 

 

 

달은 지구와 45도 각도로 충돌함으로써 지구의 중력에 끌려 지구를 도는 위성이 되었다는 가설을 가장 유력한 학설로 받아들이고 있습니다.

 

이런 근거로 달은 엄청난 영향을 지구에게 주고 있으며 실제로 태양 다음으로 지구에 없어서는 안 되는 소중한 위성이기도 합니다.

 

달이 없다면 지금 지구의 생명체가 존재할 수 없으며 달로 인해 생명의 움직임이 활발하게 되었습니다. 태양만 생각했었는데 달도 지구에 없어서는 안될 존재라니 달에 대한 생각도 조금 바뀝니다 ㅎㅎ

그럼 달이 왜 이렇게 소중한 존재인지 알아 봅시다.

 

1)    달의 궤도

 

달은 지구에서 가까운 곳에 있기 때문에 직접 삼각 측량에 의해 거리를

측정할 수가 있습니다. 지구상의 떨어진 두 지점에서 동시에 달의 위치를

관측하면 시차를 측정할 수 있기 때문에 거리도 구할 수 있습니다.

 

달은 지구에서 약 38만 5천km 떨어진 곳에 있으며, 지구의 주위를 돌고 있고 달이 지구 주위를 돌고 있는 것은 달과 지구 사이의 만유인력의 법칙이 적용 되기 때문입니다. 태양이나 다른 행성에서 오는 인력도 작용하지만 그 거리가 너무 멀어서 다른 행성 및 태양에 따른 인력은 그다지 크지 않기 때문에 무시해도 됩니다. 따라서 근사적으로는 달의 운동은 2체 문제이며, 달의 궤도는 타원이 됩니다.

 

달의 반지름은 지구 반지름의 약 4분의 1이고, 질량은 지구 질량의 1/81.3입니다. 달과 지구의 공통 중심은 지구 내부에 있습니다. 달 궤도의 반지름은 38만 4,400km이며, 이것이 달과의 평균 거리가 됩니다.

 

달 궤도의 이심률( e)은 0.05488이며, 지구와 달의 거리는 36만 3,300km에서 40만 5,500 km 범위에서 변화합니다. 이는 상당히 큰 변화이며, 달 사진을 여러 장 찍어 비교해 보면 상의 크기가 다르다는 것을 확인할 수가 있습니다.

 

달의 궤도면은 황도에 대해 5°9′기울어져 있습니다. 이로 인해 태양에서의 우력이 작용해서 궤도면이 18.61년 주기로 방향을 바꿉니다. 또 천구상의 달의 궤도를 백도라고 부릅니다.

 

결국 달은 매년 지구로부터 3.8cm씩 멀어져 가고 있습니다.

 

2)    상대적인 크기

 

달은 지구와 비교해 볼 때 아시다시피 상대적으로 작습니다. 지구 지름의 1/4 이고 지구 질량의 1/81 밖에 되지 않습니다. 하지만 왜행성인 명왕성의 위성 카론에 비해서는 작지만, 태양계에서 행성(지구)과 위성(달)의 크기 비가 가장 큰 위성입니다.

 

그러나 지구와 달은 여전히 이중 행성계 보다는 지구-위성 관계로

여겨집니다. 왜냐하면 지구와 달의 무게중심이 지구표면 아래

1700 km(지구 반지름의지구반지름의 1/4)에 위치하기 때문입니다.

 

3)    지구에서 보이는 달의 모양

 

달은 석탄과 비슷한 반사율을 보이며 상대적으로 작은 알베도를 갖고 있습니다. 그럼에도 지구에서 볼 때 달은 태양 다음으로 밝은 물체입니다.

 

이것은 부분적으로 반대효과의 밝기향상와 충효과 때문입니다. 달이 1/4일때, 보름달 일 때의 1/10 정도의 밝기이며 반달의 1/2정도의 밝기임은 위해서도 설명 하였습니다설명하였습니다. 부가적으로 시각계에서 색의 항상성은 물체와 그 물체 주위의 색깔 관계에 의하여 재조정됩니다.

 

따라서 둘러싸고 있는 하늘이 어둡기때문에 햇빛 비치는 달을 밝은 물체로 인식하게 되는 것입니다. 주연 감광 없이 보름달의 끝부분은 달의 중심만큼 밝아 보입니다. 이는 어느 방향보다도 태양쪽으로 더 많은 빛을 반사하는 달의 토양의 반사적인 특징 때문입니다. 달은 지평선에 가까워질 때 더 커 보입니다. 그러나 그것은 BC 7세기에 처음으로 묘사된 달의 착시라고 알려진 단순한 정신적 작용이다.

 

 

4)    달의 위상변화

 

달과 지구는 태양 빛을 받고 있기 때문에 달의 모양은 지구와 태양과의 상대 위치에 따라 달리 보입니다. 이렇게 달이 달라 보이는 것을 위상 변화라고 합니다.

 

이러한 변화는 달, 지구, 태양의 상대 위치가 바뀌면서 달이 지구 쪽으로 반사하는 태양 빛의 양이 변하기 때문에 생깁니다. 달, 지구, 태양의 상대 위치가 규칙적으로 바뀌기 때문에 달의 위상변화도 규칙적으로 일어납니다.

 

초저녁 서쪽하늘에 오른쪽만 밝은 얇은 삭, 초승달, 상현달, 보름달(망), 하현달, 그믐달의 순서로 변화한다. 29.5일을 주기로 하며 각 위상 변화는 아래와 같이 정리할 수 있습니다.

 

삭	1일경	태양과 함께 뜨고 지므로 관측 불가
초승달	2~3일경	해진 후 서쪽 하늘에서 관측 가능
상현달	7~8일경	초저녁에 남중하고 자정에 서쪽 하늘로 진다.
망(보름달)	15일경	초저녁에 동쪽 하늘에서 떠서 자정에 남중하며 새벽에 서쪽 하늘로 진다.
하현달	22~23일경	자정에 동쪽 하늘에서 떠서 새벽에 남중
그믐달	28~29일경	새벽에 동쪽 하늘에서 관측 가능

 

5)    개기월식과 부분월식

 

 

 

 

달이 보름달이 되면 태양과 지구와 달의 위치가 태양-지구-달 이 되는데, 이때 지구의 그림자가 달을 가리면서 일어나는 것이 월식입니다.

 

그중, 달의 전체를 가린 것을 말한 것이고, 부분월식은 달이 완전히 가려지지 않은 월식을 뜻합니다. 개기월식이 일어 났을 때, 태양빛이 달에 반사되는 경우가 있는데, 그것을 레드문 (또는 옐로문)이라고 합니다.