달이 움직이는 속도와 모양

지구의 유일한 자연 위성인 달은 주변의 별들에 비해 매우 빠른 속도로 운동합니다. 달은 24시간 동안 천구상에서 무려 13˚(달의 각지름의 26배 정도)나 이동합니다. 달의 각지름이 0.5˚인 것을 생각할 때 1시간에 0.5˚씩 이동한다는 것은 달이 엄청난 속도로 움직이고 있음을 알 수 있게 합니다.

 

1) 달의 동주기 자전

달의 1회 공전주기 동안 달을 자세히 관측해 보면, 우리는 달의 같은 면만 바라보고 있음을 알게 됩니다. 지구에서 보이는 달의 표면은 나라마다 약간 다르지만 달 위의 남자, 진주목걸이를 한 여인, 떡방아 찧는 토끼 등으로 불리어 왔습니다.

여기서 우리는 달이 자전을 하는 동시에 지구 주위를 공전하며 그 주기가 서로 같다는 것을 짐작할 수 있습니다. 달은 배경에 있는 별에 대해 동쪽으로 움직이며 27.323일마다 같은 위치로 돌아오는데 이것을 항성월 주기라고 합니다.

 

2) 위상과 삭망월

우리가 바라보는 달의 면은 항상 같지만 늘 쟁반같이 둥근 달로 보이는 것은 아닙니다. 달은 처음 초승달에서 상현달, 그리고 보름달을 거쳐 하현달, 다시 초승달로 돌아옵니다. 이렇게 달이 제 모습들을 규칙적으로 바꾸는 데 걸리는 시간은 29.53일이며 이 시간 주기를 달의 삭망월 주기라고 합니다.

달의 위상은 태양이 달을 어떤 각도에서 비추는가와 지구, 달, 태양의 상대적 위치에 따라 달라집니다. 달이 태양 근처에 있을 때는 달의 매우 좁은 부분만 태양빛을 받게 됩니다. 사실 달고 태양 사이의 각이 작을수록 달 표면의 작은 부분에서 반사된 빛을 보게 됩니다. 태양과의 각거리, 즉 이각이 90˚ 미만일 때 달의 반 이상이 가려져 초승달로 보입니다. 달은 구형이므로 빛이 비추는 부분과 그림자 진 곳의 경계가 둥글게 굽어져 보이게 됩니다.

삭은 삭망월의 시작입니다. 태양과 달이 이루는 각이 0˚일 때를 말하며 달이 태양을 가리는 일식이 일어날 수 있습니다. 태양과 일직선에 놓인 달이 태양을 가리고 그 그림자가 지구의 표면 어느 부분에 닿으면 그 지역 사람들은 태양을 볼 수 없게 됩니다. 태양과의 이각이 90˚인 경우 지구에서는 달의 절반을 볼 수 있습니다.

이때의 달을 현이라 하는데, 이 표현은 달의 회합주기(삭망월) 중 1/4지점에 와 있기 때문입니다. 초승달에서 시작한 달의 위상은 1주일 후에는 지구에서 볼 수 있는 총 표면의 1/2을 보게 되는데 이를 상현이라고 부릅니다.

태양과 달이 이루는 각이 커질수록 우리가 볼 수 있는 달의 표면은 더욱 넓어지게 됩니다. 그러므로 달과 태양이 이루는 각도가 90˚를 넘으면 달 표면의 절반(1/2) 이상이 지구에서 보입니다. 이러한 달을 볼록달이라고 부르는데 반원보다 볼록한 상태를 의미합니다.

태양에서 180˚에 있을 때 우리는 보름달을 보게 됩니다. 때로는 태양과 달이 정확히 직선상에 오게 되는 경우가 있는데 이때 지구의 그림자가 달을 가리게 되어 월식이 일어납니다.

 

3) 일식과 월식

달의 공전 과정에서 태양-지구-달이 일직선상에 놓이는 경우가 발생하게 되는데 이 경우에 지구의 그림자가 달에 드리워져 달이 어둡게 보이거나, 태양-달-지구의 순서로 일직선에 놓이게 되어 달이 태양을 가리게 되는 현상이 발생할 수 있습니다. 전자의 경우를 월식, 후자의 경우를 일식이라고 합니다. 이처럼 한 천체가 그 뒤에 놓인 다른 천체를 가리어 보이지 않게 되는 현상을 식이라고 합니다.

달의 위상을 보면 매월 일식이나 월식이 일어나야 할 것 같지만 사실상 식은 1년에 두 번밖에 일어나지 않습니다. 달의 궤도는 지구의 공전 궤도에 대해 5˚정도 기울어져 있습니다. 식이 일어나려면 달이 정확히 황도면을 지날 때, 그 위상은 삭이나 망이어야 합니다. 그러나 대개 달이 황도면과 교차할 때 그 위상은 보름달이나 초승달이 아니어서 식이 일어나지 않습니다.

지표면에 형성된 달의 그림자는 중심 부분에 매우 어두운 본영과 그 주변부에 이보다 덜 어두운 반영으로 구분할 수 있습니다. 지구상의 관측자가 본영 안에 있으면 태양이 전부 달에 가려지는 개기일식이 일어나고, 반영 안의 관측자는 태양의 일부가 달에 가려지는 부분일식을 경험하게 됩니다.

달은 지구 주위를 타원 궤도로 공전하고 있으므로 지구와의 거리가 일정하지 않습니다. 지구에서 달까지의 거리가 멀어져서 본영이 지구의 표면까지 미치지 못할 때가 있는데 그러한 경우에 본영의 원뿔이 연장된 곳에서는 태양이 달의 주위를 둘러싼 것 같은 금환 일식이 일어납니다.

1년 동안 태양과지구의 공전면 위쪽에서 내려다본다고 가정하면, 달의 공전면의 경사는 항상 같은 방향으로 놓여있습니다. 달의 공전면의 경사 방향이 일정한 반면, 태양에 대한 달과 지구의 위치는 계속해서 변합니다. 그러므로 달이 보름달일 때 황도의 아래에 있으면 그로부터 6개월 후에는 황도의 위에 오게 됩니다.

달은 한 달에 두 번씩 황도와 교차하지만 그때마다 달은 완전한 망이나 삭의 위상이 아닐 것입니다. 달의 궤도가 기울어진 것으로부터 1년에 최대한 두 번만의 식이 일어나는 이유입니다.