달 (Moon)

지구의 동반자인 달은 오랫동안 인간의 호기심과 상상력을 사로잡았습니다. 이번 포스팅에서는 달의 형성부터 독특한 특징에 이르기까지 달에 대한 과학적 이해를 파헤칠 것입니다.

 

개요

인류가 도달한 유일한 외계 천체이기도 한 달은 태양계의 위성 중에서 다섯 번째로 큽니다. 지구에서 태양 다음으로 밝은 천체이지만, 실은 스스로 빛나는 것이 아니라 태양광을 반사하고 있는 것입니다. 달의 물리적 특성은 지구형 행성과 유사합니다. 달의 표면에는 '바다'가 있습니다. 달의 중력으로 지구에는 기조력이 발생합니다. 달은 거대한 충돌로 만들어진 천체인 것으로 추정됩니다. 인류는 다시 한번 달에 가고자합니다. 

 

물리적 특성

달의 지름은 3,474km로 지구의 약 1/4입니다. 태양계에서 가장 큰 위성인 가니메데의 지름은 5,262km로 목성의 약 1/27이고, 두 번째로 큰 위성인 타이탄의 지름은 5,150km로 토성의 1/23입니다. 이처럼 달은 행성 대비 위성의 크기가 큰 편에 속하기 때문에, 한때는 위성이 아닌 이중 행성으로 보자는 의견도 있었습니다. 지구에서 달까지의 평균 거리는 약 38만 4,403km로 빛의 속도로는 약 1.3초가 걸립니다. 달은 지구로부터 매년 약 3.8cm 멀어지고 있습니다. 달의 공전 방향은 태양계 대부분의 행성이나 위성처럼 반시계입니다. 우리가 달의 뒷면을 볼 수 없는 것은 달의 공전과 자전주기가 약 27.32일로 완전히 같기 때문입니다. 매우 신기한 현상이지만, 그렇다고 매우 드문 현상도 아닙니다. 화성, 목성, 토성의 위성들에서도 이와 같은 현상을 찾아볼 수 있습니다.

 

달 내부는 지구형 행성의 특징을 갖고 있습니다. 암석과 금속으로 이루어져 있으며, 중심에서 약 7~800km 부분은 액체의 성질을 띠고 있습니다. 표면은 거의 대기가 없는 진공이라고 봐도 무방한 상태입니다. 달의 극지방에는 상당량의 얼음이 있는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 장기간 우주 방사선에 노출된 탓에 과학자들은 식수보다는 산업용수로 활용할 가능성을 찾아보고 있습니다. 달의 자기장은 지구의 약 1만분의 1 수준으로 극히 약합니다.

 

달의 표면

맨눈으로도 관찰할 수 있는 달 표면의 가장 큰 특징은 '바다'입니다. 태양 빛을 반사하지 못하고 검게 보이는 부분들을 바다라 말하는데, 대중들이 잘 알려진 바다는 아폴로 11호가 착륙했던 평온의 바다가 있고, SF 드라마의 제목이기도 한 고요의 바다가 있습니다. 달의 바다는 지구의 태평양처럼 실제로 물이 존재하는 영역은 아닙니다. 예전에 요하네스 케플러나 갈릴레오 갈릴레이가 망원경으로 달을 관측했을 때, 어둡게 보이는 부분에 물이 가득 차있을 것이라고 생각해 바다라 부른 것이 관용적으로 굳어져 지금까지 바다라고 불리는 것뿐입니다. 달의 초기에는 내부가 아주 뜨거워서 지표 아래 용암이 흐르던 시절이 있었습니다. 달에는 대기가 거의 존재하지 않기 때문에 크고 작은 운석들이 그대로 충돌했고, 운석이 충돌할 때마다 생긴 크레이터 바닥에 용암이 흐르고 굳으면서 약 20km 두께의 검은 현무암층이 생기게 되었습니다. 이런 현무암층 때문에 태양 빛을 반사하지 못해 어둡게 보이는 것입니다. 앞서 말씀드렸듯이, 달에는 대기가 거의 없고 자기장 또한 약하기 때문에 우주 방사선이나 태양풍 등이 직접적으로 달 표면에 닿습니다. 밤낮의 온도 변화 또한 커서 낮에는 약 110℃, 밤에는 약 -170℃가 됩니다.

 

달의 중력

달의 중력으로 지구에는 기조력이 발생합니다. 밀물과 썰물이 그 대표적인 예죠. 기조력은 중력의 영향을 서로 받는 두 천체 간에 발생하는 힘이기 때문에, 태양과 지구 사이에서도 물론 발생합니다. 하지만 거리가 너무 먼 탓에 그 영향력은 달의 50% 정도입니다. 달의 기조작용으로 지구의 자전속도는 약 10만년에 1초 정도 느려지고 있습니다. 이를 환산하면 약 4억 년 전에는 지구의 하루는 약 22시간이었고, 1년은 약 400일이었다는 계산도 할 수 있습니다.

 

달의 기원 : 거대 충돌설

달의 형성에 관한 지배적인 가설은 거대 충돌 이론입니다. 거대충돌설은 약 45억 년 전에 '테이아'라고 불리는 화성 크기의 천체가 초기 지구와 충돌했으며 이 충돌로 분출된 잔해들이 결국 합쳐져 달을 형성했다는 이론입니다. 이 이론은 지구의 맨틀과 매우 유사한 달의 구성과 거대한 충돌에 관한 컴퓨터 시뮬레이션 등의 증거들로 뒷받침되고 있습니다.

 

탐사

관측을 넘어 달을 탐사하고자 하는 노력은 미소 냉전 시대 때부터 본격화되었습니다. 무인 탐사선은 소련이, 유인 탐사선은 미국이 주도했습니다. 달에 접근한 최초의 무인 탐사선은 소련의 루나 계획에 따라 발사된 루나 1호입니다. 이어 루나 2호로 달 표면에 도달하는 데 성공하였고, 루나 3호가 달의 뒷면을 관측하는 데 성공합니다. 이에 자극을 받은 미국은 1959년 파이어니어 4호가 최초로 무인 탐사에 성공한 뒤, 10년 안에 달에 유인탐사선을 보낼 것을 목표로 하는 아폴로 계획을 실행합니다. 마침내 1969년 7월 20일, 유인 탐사선인 아폴로 11호가 최초로 달에 착륙합니다. 이후에도 여러 번 달을 방문했지만 막대한 예산 소요 등으로 유인 탐사 프로젝트는 아폴로 17호에서 마무리됩니다. 그로부터 약 50년이 지난 현재, 나사는 아르테미스 계획으로 다시 한번 유인 달 탐사를 추진하고 있으며 이르면 2025년에 달 표면에 발을 내디딜 계획입니다.