일식과 월식은 태양, 지구, 달이 일직선으로 배열될 때 일어나는 천문 현상입니다. 일식은 달이 태양과 지구 사이에 들어와 태양을 가리는 것이고, 월식은 지구가 태양과 달 사이에 들어와 지구 그림자 속으로 달이 들어가는 것입니다. 고대인들은 일식과 월식을 두려워했습니다. 갑자기 낮이 밤처럼 어두워지거나 보름달이 피처럼 붉게 변하는 것을 보고 재앙의 전조로 여겼습니다. 중국에서는 하늘의 개가 태양을 먹는다고 믿었고, 북유럽 신화에서는 늑대가 태양을 삼킨다고 했습니다. 하지만 고대 그리스 천문학자들은 일식과 월식을 예측할 수 있었습니다. 기원전 585년 탈레스가 일식을 예측하여 전쟁을 멈추게 했다는 기록이 있습니다. 현대에는 일식과 월식이 정확히 언제 어디서 일어날지 수천 년 앞까지 계산할 수 있습니다. 일식은 과학 연구의 기회입니다. 1919년 개기 일식 때 에딩턴이 별빛이 태양 중력으로 휘는 것을 관측하여 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 증명했습니다. 개기 일식 때만 보이는 태양의 코로나를 연구하여 태양풍과 자기장을 이해합니다. 2024년 4월 8일 개기 일식이 북미를 가로질렀고, 수백만 명이 관측했습니다. 이 글에서는 일식과 월식이 일어나는 원리, 종류, 관측 방법, 그리고 사로스 주기를 상세히 알아보겠습니다.
일식의 원리와 종류
일식은 달이 태양과 지구 사이에 위치할 때, 즉 삭일 때 일어날 수 있습니다. 달의 그림자가 지구 표면을 스쳐 지나가며, 그림자 속에 있는 사람은 태양이 가려지는 것을 봅니다. 하지만 모든 삭에 일식이 일어나는 것은 아닙니다. 달의 궤도면이 지구 궤도면과 약 5도 기울어져 있어, 대부분의 삭에서는 달이 태양 위나 아래로 지나갑니다. 일식은 달의 궤도가 지구 궤도면을 교차하는 교점 근처에서 삭이 될 때만 일어납니다. 달의 그림자는 두 부분으로 나뉩니다. 본영은 달이 태양을 완전히 가리는 짙은 그림자로, 원뿔 모양이며 길이는 약 37만 킬로미터입니다. 지구까지 평균 거리가 38만 4400킬로미터이므로 본영이 지구에 닿을 때도 있고 닿지 않을 때도 있습니다. 반영은 달이 태양 일부만 가리는 옅은 그림자로, 본영을 둘러싼 넓은 영역입니다. 개기 일식은 본영 속에서 관측됩니다. 태양이 완전히 가려져 낮인데도 어두워지고, 별이 보이며, 온도가 떨어집니다. 태양의 외부 대기인 코로나가 은백색으로 빛나는 장관을 볼 수 있습니다. 개기 일식이 일어나는 지역은 폭 100~200킬로미터의 좁은 띠이며, 지구 자전과 달 궤도 운동으로 서쪽에서 동쪽으로 이동합니다. 개기 일식의 지속 시간은 최대 7분 30초이지만 대부분 2~3분입니다. 부분 일식은 반영 속에서 관측됩니다. 태양의 일부만 가려져 초승달 모양으로 보입니다. 특수 필터 없이 맨눈으로 보면 안 되며, 눈이 손상될 수 있습니다. 금환 일식은 달이 지구에서 먼 원지점 근처에 있을 때 일어납니다. 달이 작게 보여 태양을 완전히 가리지 못하고, 태양 가장자리가 고리처럼 보입니다. 코로나는 보이지 않으며, 햇빛이 여전히 밝아 맨눈 관측은 위험합니다. 혼성 일식은 드물게 일어나며, 경로의 일부에서는 개기 일식, 다른 부분에서는 금환 일식으로 보입니다. 지구가 둥글어 달과의 거리가 위치에 따라 달라지기 때문입니다. 일식은 우연의 일치로 가능합니다. 태양은 달보다 400배 크지만, 지구에서 400배 멀리 있어 하늘에서 거의 같은 크기로 보입니다. 둘 다 약 0.5도입니다. 이 완벽한 일치는 우연이며, 다른 행성에서는 이런 일식이 없습니다. 달이 멀어지고 있어 먼 미래에는 개기 일식이 불가능해질 것입니다.
월식의 원리와 종류
월식은 지구가 태양과 달 사이에 위치할 때, 즉 망일 때 일어날 수 있습니다. 달이 지구의 그림자 속으로 들어가며, 태양빛이 차단되어 어두워집니다. 일식처럼 모든 망에 월식이 일어나는 것은 아니고, 교점 근처에서만 일어납니다. 지구의 그림자도 본영과 반영이 있습니다. 본영은 지구가 태양을 완전히 가리는 부분이며, 달 궤도 거리에서 지름이 약 9000킬로미터로 달보다 훨씬 큽니다. 반영은 태양 일부가 가려지는 부분이며, 더 넓습니다. 개기 월식은 달 전체가 지구의 본영 속으로 들어갈 때 일어납니다. 달이 완전히 사라지지 않고 어두운 적동색으로 빛납니다. 지구 대기를 통과한 붉은빛이 굴절되어 달을 비추기 때문이며, 이를 블러드 문이라 합니다. 일몰과 일출이 붉은 것과 같은 원리로, 지구 대기가 파란빛은 산란시키고 붉은빛은 통과시킵니다. 개기 월식의 밝기는 매번 다르며, 화산 폭발로 대기에 먼지가 많으면 더 어둡습니다. 개기 월식은 최대 1시간 40분 지속될 수 있으며, 일식보다 훨씬 깁니다. 또한 지구의 밤 반구 전체에서 동시에 관측할 수 있어 일식보다 흔하게 목격됩니다. 부분 월식은 달의 일부만 본영에 들어갈 때 일어납니다. 달 일부가 어두워지고 일부는 밝게 남습니다. 경계가 둥글어 지구가 구형임을 알 수 있으며, 고대 그리스인들이 이를 근거로 지구가 둥글다고 주장했습니다. 반영 월식은 달이 반영만 통과할 때 일어납니다. 달이 약간 어두워지지만 잘 모를 정도이며, 특별한 현상이 없어 주목받지 못합니다. 월식은 맨눈으로 안전하게 관측할 수 있습니다. 달 자체의 빛이 아니라 반사광이므로 눈에 해롭지 않습니다. 쌍안경이나 망원경으로 보면 더 자세히 관측할 수 있습니다. 개기 월식 때 달 표면의 지형이 붉은빛으로 드러나는 장관을 볼 수 있습니다.
사로스 주기와 관측
사로스 주기
일식과 월식은 규칙적으로 반복됩니다. 고대 바빌로니아인들은 사로스 주기를 발견했습니다. 사로스는 18년 11일 8시간이며, 이 주기마다 비슷한 일식과 월식이 반복됩니다. 사로스 주기는 세 가지 달의 주기가 거의 일치하는 결과입니다. 삭망월 29.53일의 223배는 6585.32일입니다. 교점월 27.21일의 242배는 6585.36일입니다. 교점월은 달이 궤도의 같은 교점을 다시 지나는 주기입니다. 근점월 27.55일의 239배는 6585.54일입니다. 근점월은 달이 근지점을 다시 지나는 주기입니다. 세 값이 거의 같아서, 한 사로스 후에는 태양-지구-달의 기하학적 배치가 거의 같아지고 비슷한 일식이나 월식이 일어납니다. 하지만 완전히 같지는 않습니다. 8시간 차이로 지구가 120도 자전하여 관측 위치가 서쪽으로 약 120도 이동합니다. 따라서 같은 장소에서 같은 일식을 보려면 3 사로스 즉 54년 34일이 필요합니다. 각 일식은 사로스 계열에 속하며, 한 계열은 약 1200~1500년 지속됩니다. 처음에는 부분 일식으로 시작하여 점차 개기 일식이 되고, 다시 부분 일식으로 끝납니다. 현재 약 40개의 사로스 계열이 활동 중입니다.
관측과 안전
일식 관측은 주의가 필요합니다. 태양을 직접 보면 망막이 손상되어 실명할 수 있습니다. 개기 일식 때 태양이 완전히 가려진 순간에만 맨눈으로 볼 수 있지만, 부분 일식과 금환 일식, 그리고 개기 일식의 개기 전후에는 반드시 특수 필터를 사용해야 합니다. 일식 안경은 태양광의 99.999퍼센트를 차단하는 필터로, ISO 12312-2 인증 제품을 사용해야 합니다. 선글라스, 필름, CD, 그을린 유리는 안전하지 않습니다. 망원경에 필터 없이 보면 순식간에 실명합니다. 투영법은 안전한 대안입니다. 작은 구멍을 통과한 태양빛을 스크린에 투영하여 일식을 관측합니다. 손가락을 교차하여 만든 틈새나 나무 잎새 사이로 비친 그림자에서도 초승달 모양을 볼 수 있습니다. 월식은 안전하게 관측할 수 있습니다. 특별한 장비 없이 맨눈으로 즐길 수 있으며, 쌍안경이나 망원경으로 더 자세히 볼 수 있습니다. 사진 촬영도 일반 카메라로 가능합니다. 개기 월식의 붉은 달은 아름답고 신비로우며, 밤하늘의 별들과 함께 멋진 풍경을 만듭니다. 일식과 월식은 예측 가능합니다. NASA는 수천 년 앞의 일식과 월식을 계산하여 공개합니다. 2024년 4월 8일 북미 개기 일식, 2025년 9월 7일 개기 월식, 2027년 8월 2일 이집트 개기 일식 등 앞으로 여러 번 관측 기회가 있습니다. 특히 개기 일식은 일생에 한 번 볼까 말까 한 귀한 경험이므로, 경로 안에 있다면 놓치지 말아야 합니다. 일식과 월식은 우주의 정교한 시계를 보여줍니다. 천체들의 운동이 얼마나 규칙적이고 예측 가능한지, 우주가 얼마나 질서 있는지 증명합니다. 두려움의 대상에서 과학의 대상으로, 이제는 경이의 대상이 된 하늘의 드라마입니다.