달은 지구에서 평균 38만 4400킬로미터 떨어진 유일한 자연 위성입니다. 지름은 지구의 약 4분의 1이며, 질량은 81분의 1입니다. 태양계 위성 중 모행성 크기 대비 가장 큰 위성입니다. 달은 지구 주위를 약 27.3일에 한 번 공전하며, 자전 주기도 정확히 같아서 항상 같은 면만 지구를 향합니다. 이를 동주기 자전이라 하며, 지구의 조석력이 달의 자전을 늦춰 일어난 현상입니다. 달의 뒷면은 1959년 소련의 루나 3호가 처음 촬영했으며, 앞면보다 크레이터가 많고 바다가 거의 없습니다. 달은 스스로 빛을 내지 못하고 태양빛을 반사합니다. 달의 위상은 지구에서 보는 달의 모양으로, 태양-지구-달의 상대 위치에 따라 변합니다. 삭에서 시작하여 초승달, 상현달, 보름달, 하현달을 거쳐 다시 삭으로 돌아오는데 약 29.5일 걸립니다. 이를 삭망월이라 합니다. 달은 인류에게 영감의 원천이었습니다. 고대 문명은 달의 주기로 달력을 만들었고, 시인들은 달을 노래했으며, 과학자들은 달을 관측했습니다. 1969년 7월 20일 닐 암스트롱이 인류 최초로 달에 발을 디뎠습니다. "한 사람에게는 작은 발걸음이지만, 인류에게는 거대한 도약이다." 이 글에서는 달의 위상 변화, 공전과 자전, 달이 지구에 미치는 영향, 달의 기원과 탐사를 상세히 알아보겠습니다.
달의 위상 변화
달의 위상은 태양빛을 받은 달의 절반 중 지구에서 보이는 부분의 비율에 따라 결정됩니다. 태양은 항상 달의 절반을 비추지만, 지구에서는 태양-지구-달의 배치에 따라 밝은 부분의 일부만 보거나 전부 보거나 전혀 보지 못합니다. 삭 또는 신월은 달이 태양과 지구 사이에 있을 때입니다. 밝은 면이 모두 태양 쪽을 향하여 지구에서는 보이지 않습니다. 낮에 태양과 함께 떠서 관측이 어렵습니다. 이때 달과 태양이 정확히 일직선에 있으면 일식이 일어납니다. 초승달은 삭 후 2~3일 지나 서쪽 하늘에 가느다란 초승달이 보입니다. 해가 진 직후 잠깐 보이고 곧 집니다. 밝은 부분이 오른쪽에 있으며, 이슬람 국가 국기에 자주 등장합니다. 상현달은 삭 후 약 7일째로, 달의 오른쪽 절반이 밝게 보입니다. 정오에 뜨고 자정에 지며, 오후와 초저녁에 관측하기 좋습니다. 상현은 위로 커진다는 뜻으로, 계속 차오를 것임을 의미합니다. 보름달 또는 망은 삭 후 약 15일째로, 달 전체가 밝게 보입니다. 지구가 태양과 달 사이에 있으며, 해질 무렵 동쪽에서 떠서 밤새 빛나고 해 뜰 무렵 서쪽으로 집니다. 이때 태양-지구-달이 정확히 일직선이면 월식이 일어납니다. 보름달은 밝아서 별 관측에 방해가 되지만, 가장 아름답고 낭만적인 달입니다. 추석과 추수감사절은 보름달과 관련 있습니다. 하현달은 삭 후 약 22일째로, 달의 왼쪽 절반이 밝습니다. 자정에 떠서 정오에 지며, 새벽과 아침에 관측됩니다. 하현은 아래로 이지러진다는 뜻으로, 계속 작아질 것을 의미합니다. 그믐달은 삭 직전 동쪽 새벽하늘에 가느다란 달이 보입니다. 곧 삭이 되어 보이지 않을 것입니다. 삭망월은 삭에서 다음 삭까지 약 29.5일입니다. 달의 공전 주기 27.3일보다 긴 이유는 지구도 태양 주위를 공전하기 때문입니다. 달이 지구를 한 바퀴 도는 동안 지구도 태양 주위를 약 30도 이동하므로, 달이 같은 위상이 되려면 추가로 2일 더 공전해야 합니다. 음력은 달의 삭망월을 기준으로 한 달력입니다. 한 달이 29일 또는 30일이며, 12개월은 약 354일로 태양력보다 11일 짧습니다. 따라서 계절과 맞추려면 윤달을 넣어야 합니다. 한국, 중국, 베트남, 이슬람 국가가 음력을 사용하며, 설날과 추석은 음력 날짜로 정해집니다.
달의 공전과 자전
달은 지구 주위를 타원 궤도로 공전합니다. 가장 가까울 때 근지점 거리는 약 35만 6000킬로미터이고, 가장 멀 때 원지점 거리는 약 40만 6000킬로미터입니다. 근지점의 보름달은 슈퍼문이라 불리며, 평소보다 14퍼센트 크고 30퍼센트 밝게 보입니다. 원지점의 보름달은 작게 보입니다. 달의 공전 주기는 측정 기준에 따라 다릅니다. 항성월은 별을 기준으로 한 바퀴 도는 시간으로 27.32일입니다. 이것이 달의 진짜 공전 주기입니다. 삭망월은 위상 기준으로 29.53일이며, 음력의 한 달입니다. 달의 자전 주기는 공전 주기와 정확히 같은 27.32일입니다. 이를 동주기 자전 또는 조석 고정이라 하며, 달이 항상 같은 면만 지구를 향하게 합니다. 우연이 아니라 지구 조석력의 결과입니다. 달이 형성 초기에는 더 빠르게 자전했지만, 지구의 조석력이 마찰로 작용하여 자전을 늦췄습니다. 결국 자전 주기와 공전 주기가 일치하여 안정되었습니다. 태양계의 많은 위성이 모행성에 조석 고정되어 있습니다. 달의 뒷면은 지구에서 보이지 않습니다. 1959년 소련 루나 3호가 처음 촬영했을 때 충격이었습니다. 앞면에는 바다라 불리는 어두운 현무암 평원이 많지만, 뒷면은 밝은 고지대와 크레이터 투성이입니다. 바다가 앞면에 집중된 이유는 지각 두께 차이 때문입니다. 뒷면 지각이 더 두꺼워 용암이 분출하기 어려웠습니다. 달의 칭동은 달이 약간 흔들리는 것처럼 보이는 현상입니다. 실제로는 달이 균일하게 공전하지만, 타원 궤도로 속도가 변하고, 자전축이 기울어져 있어 지구에서 보면 앞뒤좌우로 약간씩 더 보이는 부분이 생깁니다. 칭동 때문에 달 표면의 약 59퍼센트를 지구에서 관측할 수 있습니다. 달은 지구에서 멀어지고 있습니다. 조석 마찰로 지구 자전이 느려지고, 각운동량 보존으로 달이 멀어집니다. 현재 연간 약 3.8센티미터씩 멀어지며, 레이저 반사경으로 정밀 측정됩니다. 수억 년 후 달은 더 작게 보이고, 개기 일식이 불가능해질 것입니다. 과거에는 더 가까워 밤하늘에 거대하게 보였고, 하루가 더 짧았습니다.
달의 영향과 탐사
달이 지구에 미치는 영향
조석은 달의 가장 명백한 영향입니다. 달의 중력이 지구 가까운 쪽 바닷물을 끌어당기고, 먼 쪽은 상대적으로 덜 당겨져 양쪽에 밀물이 생깁니다. 하루에 두 번 밀물과 썰물이 반복되며, 조차는 장소에 따라 다릅니다. 대양에서는 1미터 이하이지만, 만에서는 증폭됩니다. 캐나다 펀디 만은 조차가 16미터로 세계 최대입니다. 한국 서해안도 조차가 크며, 인천은 최대 9미터입니다. 태양도 조석을 일으키지만 달의 절반 정도입니다. 태양과 달이 일직선이면 조석이 합쳐져 사리가 되어 조차가 최대입니다. 삭과 망 때 일어납니다. 태양과 달이 직각이면 조석이 상쇄되어 조금이 되어 조차가 최소입니다. 상현과 하현 때입니다. 달은 지구 자전축을 안정화합니다. 지구 자전축은 23.5도 기울어져 있으며, 계절을 만듭니다. 달의 중력이 자전축을 안정시켜 수백만 년에 걸쳐 크게 흔들리지 않게 합니다. 만약 달이 없었다면 자전축이 0도에서 85도까지 혼란스럽게 변했을 것이고, 기후가 극단적으로 변해 생명 진화가 어려웠을 것입니다. 화성은 위성이 작아 자전축이 15도에서 35도까지 변하며 기후가 불안정합니다. 달은 지구 자전을 늦춥니다. 조석 마찰로 에너지가 소실되어 자전 속도가 감소합니다. 현재 10만 년당 2초씩 느려지며, 과거 지구는 더 빠르게 자전했습니다. 4억 년 전 하루는 22시간이었으며, 산호 화석의 성장선으로 확인됩니다. 달빛은 생태계에 영향을 줍니다. 일부 동물은 보름달에 짝짓기를 하고, 산호는 보름달에 산란하며, 바다거북은 밀물 때 해변에 올라와 알을 낳습니다. 늑대는 보름달에 더 짖는다는 속설도 있지만 과학적 근거는 없습니다.
달의 기원과 탐사
달은 어떻게 만들어졌을까요. 거대 충돌 가설이 가장 유력합니다. 약 45억 년 전 지구가 형성된 직후, 화성 크기의 원시 행성 테이아가 지구와 충돌했습니다. 충돌로 지구 일부가 떨어져 나가 궤도에 퍼졌고, 수백만 년에 걸쳐 뭉쳐 달이 되었습니다. 이 가설은 여러 증거로 뒷받침됩니다. 달 암석의 산소 동위원소 비율이 지구와 같습니다. 달은 철 핵이 작고 휘발성 물질이 적어, 고온 충돌의 결과와 일치합니다. 컴퓨터 시뮬레이션도 충돌로 달이 형성될 수 있음을 보여줍니다. 아폴로 계획은 인류 최대의 우주 모험이었습니다. 1969년에서 1972년까지 6번의 달 착륙으로 12명의 우주비행사가 달을 걸었습니다. 아폴로 11호의 닐 암스트롱과 버즈 올드린이 최초였으며, 아폴로 17호의 유진 서넌이 마지막이었습니다. 총 382킬로그램의 달 암석을 가져왔으며, 달 연구에 혁명을 일으켰습니다. 달은 지질 활동이 없어 태양계 초기 역사가 보존되어 있습니다. 최근 달 탐사가 부활하고 있습니다. 중국 창어 계획은 달 뒷면에 최초로 착륙했고, 샘플을 가져왔습니다. 인도 찬드라얀은 달 남극에 물 얼음을 발견했습니다. NASA 아르테미스 계획은 2020년대 후반 다시 인간을 달에 보낼 예정이며, 이번에는 여성과 유색인종도 포함됩니다. 달 기지 건설도 계획 중입니다. 달 자원 활용이 주목받습니다. 극지방 크레이터에 물 얼음이 있어 식수와 로켓 연료로 사용할 수 있습니다. 헬륨-3는 미래 핵융합 연료로 기대되며, 달에 풍부합니다. 달은 화성 탐사의 중간 기지가 될 수 있습니다. 달은 지구의 밤하늘을 밝히고, 조석을 일으키며, 자전축을 안정화하고, 인류에게 영감을 줍니다. 달 없는 지구는 상상할 수 없습니다.