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2012년 4월 30일 월요일

태양계 이야기 31 - 달 3



 
 4. 달의 역사


 달의 탄생을 이야기 했으니 그 다음은 달의 역사를 이야기 할 차례이다. 여기서 달의 역사란 결국 지질학적 역사이며 (Lunar geologic timescale) 그 시작은 적어도 45억년 이전으로 거슬러 올라간다.


 비록 지구와 같은 자세한 지질학적 조사가 된 것은 아니지만 과학자들은 현재까지의 연구로 달의 지질학적 연대를 다음의 6 시대로 나누었다.



(달의 6가지 연대 : 출처 Wiki)



 그런데 이 지질학적 시기 이전에 달 지각의 500km 정도가 녹아 있던 상태인 마그마 바다 (Magma Ocean) 에 대해서 간단히 설명하겠다. 이 시기는 테이아와 지구가 충돌한 직후로 달의 지각이 완전히 녹은 마그마의 바다인 상태였다. 이와 같은 추정은 아폴로 계획에서 가져온 암석을 분석하므로써 이루어졌다.



(초기 마그마의 바다가 식으면서 지각이 형성되는 과정. 이 과정에서 사장암 (Anorthosite) 이 풍부한 지각이 형성되었다는 것은 앞에서도 이야기 했다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 : 저자 : Titoxd )



지각이 형성된 이후 달에는 다음의 6가지 지질학적 시대가 있었다고 생각된다.



 Pre Nectarian Period (선넥타리안 기)

 : 이 시기는 달의 지각이 형성된 시기이다. 약 45억 3300만년 전부터, 39억 2200만년전 사이의 시기이다. 이름처럼 이 시기의 끝에 거대한 충돌로 Nectaris Basin (넥타리스 분지, 넥타르 해라고도 부름) 이 탄생하였다. 이 시기 형성된 지각은 사장암 중심의 암석이라고 보고 있으며, 이들의 잔재가 달의 대륙 (highlands, or Terrae) 에 구성하는 흔한 암석으로 생각되고 있다. 이 시기의 후기인 41억년에서 이후 시대와 연결되는 38억년 사이는 Late Heavy Bombarment (LHB) 시대로써 수성에서 화성에 이르는 많은 내행성들이 집중적인 운석 충돌에 시달리는 시기이다.



 Nectarian Period (넥타리안 기)

 : 이 시기는 39 억 2200만년전 부터 38억 8500만년 전 까지 의 시기이다. 이 시기에는 Nectaris Basin 을 비롯한 거대한 충돌이 있었던 시기이다.



(넥타르 바다 (Sea of Nectar, Mare Nectaris) 혹은 Nectaris Basin, 깊이 1000미터, 넓이는 10만 평방킬로미터이다 This file is in the public domain because it was created by NASA)



 당시에는 여러 차례의 거대 충돌들이 있었던 것 같으며 거대한 충돌 분지들이 12개 정도 발견되었다. 최근의 연구에 따르면 이 넥타르 충돌 분지는 사실 넥타리안 시대보다 더 오래 되었다는 가설도 있다.



 Imbrain Period (임브레인 기)

 : 이 시기는 초기와 후기로 나눈다.

 Early  Imbrain Period (초기 임브레인기)

 - 38억 8500만년 에서 LHB 의 끝인 38억년 사이의 기간이다. 이 시기에 Imbrain Basin(비의 바다) 을 비롯한 거대 분지들이 탄생했으며, (Crisium(외침의 바다), Tranquilitatis(고요의 바다), Serenitatis(맑음의 바다), Fecunditatis(풍요의 바다), and Procellarum(폭풍우의 바다)) 이들은 후기 임브레인기에 현무암으로 채워지게 된다.


(붉은 색 안쪽으로 표시된 지역이 Mare Imbrain, 즉 비의 바다이다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 : 저자 : Srbauer)


 Late Imbrain Period (후기 임브레인기)

 - 38억년전에서 32억년 사이의 시기이다. 이 때 부분적으로 녹은 달의 맨틀에서 부터 올라온 맨틀 물질이 표면에서 분출하여 현무암질의 암석을 여러 충돌 분지 지역에 형성했다. 이들은 비교적 검게 보이기 때문에 바다라고 부른다.



 Eratosthenian Period (에라토스테니안 기)

 :  이 시기는 32억년전부터 11억년 사이의 시기로 달의 역사의 대부분을 차지하는 시기이다. 이 시기는 지구의 크기를 구한 고대의 그리스 과학자 에라토스테네스의 이름을 딴 충돌 분화구의 이름을 따서 지어졌다.



(에라토스테네스 분화구 - 아폴로 17호가 찍은 사진  This file is in the public domain because it was created by NASA )


이시기는 임브레인기에서 발생한 현무암을 형성한 화산활동이 거의 중단되고 가끔 운석 충돌이 있던 길고 고요한 시기였을 것이다.



 Copernican Period (코페르니칸 기)

 : 코페르니스의 이름을 딴 이시기는 11억년 부터 현재이다. 이 시기에는 화산 활동이 사실상 중단된 시기이다. 이 시기에는 Ray system 을 가진 충돌 분화구들이 형성된 것이 특징이다. 이것은 충돌 분화구 주변으로 있는 밝은 부위이다.



(코페르니쿠스 분화구. 8억년 정도 되었다고 생각된다 This file is in the public domain because it was created by NASA )



(충돌 분화구 주변의 방사선의 Ray system 이 존재하는 달의 분화구이다 This file is in the public domain because it was created by NASA )





5. 달의 지형


 달의 지형에서의 특징은 결국 밝은 부분과 어두운 부분이 있다는 것이다. 그러나 이것은 상대적인 것이며 이 암석들은 지구의 기준으로 봤을 때는 모두 어두운 암석이다. 일단 어두운 부분은 바다라고 부르는데 이들이 대개 후기 임브레인기에 형성되었다는 점은 앞서 이야기 했다. 아마도 35억년에서 30억년 사이가 이들이 형성된 주된 시기일 것이다. 달의 바다는 우리에게 보이는 달의 앞면에서는 표면적의 31.2% 를 차지하지만 뒷면에서는 2.6% 만을 차지할 뿐이다.




(달의 앞부분의 지형 CCL 에 따라 복사 허용. 저자 허용 : 저자  Original uploader was Tauʻolunga aten.wikipedia)



(달의 표면 알베도 지도  : This image is in the public domain)



 달의 바다를 이루는 암석은 주로 현무암과 용암 대지이다. 반면 상대적으로 희색을 띠는 대륙은 충돌 분화구들이 많이 존재하며 칼슘과 알루미늄을 많이 포함하는 사장암이 주종을 이루고 있다.


 달에는 대기와 물의 존재가 없기 때문에 오래된 지형이 잘 보존된다. 이중에서는 몇가지 특징적인 지형을 간단히 소개한다.


 Rilles (열구)

 : 이는 화산 지형에서 볼 수 있는 것으로 용암이 흐르는 일종의 강이라고 볼 수 있다. 이 용함이 흘렸던 길은 침식 작용이 없는 달에 남아서 마치 물이 흐른 듯한 착각을 불러일으키는 지형을 만든다.


(달의 프린츠 분화구 근처의 Rilles (열구) 지형  This file is in the public domain because it was created by NASA)




 Domes

 : 돔은 이름 그대로 둥근 지붕처럼 솟아 있던 지형이다. 역시 화산 지형이라고 할 수 있다. 대개 지름은  8 - 12km 정도이지만 20km 에 달하는 수도 있다.



(달의 돔형 지형, 몬스 렘쿼 (Mons Rümker) This file is in the public domain because it was created by NASA )




 Wrinkle Ridges

 : 링클 릿지는 다른 천체에서도 볼 수 있는 지형이다. 이는 달의 바다 지형에 존재하는 거대한 주름 지형이다. 이런 지형이 형성된 것은 아마도 과거 바다 지형 사이의 지각이 서로 밀었던 것에 의한 것으로 생각된다.



(링클 릿지 지형 Letronne 분화구에 있는 것이다  : This file is in the public domain because it was created by NASA)



 Graben

 :  그라벤은 앞의 링클 릿지와는 반대의 힘으로 생긴다고 생각한다. 즉 링클 릿지가 양쪽에서 압축하는 힘으로 생긴다면 그라벤은 반대로 양쪽으로 잡아당기는 힘으로 생긴다고 생각한다. 이들은 거대한 충돌 분화구에서 가까운 위치에 있는 바다 지형에 생긴다.



(그라벤 지형 : 가운데 있는 길게 파인 도랑 같은 지형이다.  This file is in the public domain because it was created by NASA)



 한편 이미 알고 계신 분들도 계시겠지만 구글 어스를 설치하면 화성이나 달의 지형도 볼 수 있다. 한번 이용해 보는 것도 재미라고 할 수 있다.





6. 달의 구조


 달의 내부 구조는 아폴로 계획에서 설치한 월면 지진계등의 도움을 통해서 어느 정도 자신있게 이야기 할 수 있다. 달의 내부는 지구와 비슷하게 지각, 맨틀, 핵을 가지고 있다.


 달의 지각에는 산소, 실리콘, 마그네슘, 칼슘, 철, 알루미늄등이 풍부하며, 티타늄, 우라늄, 포타슘, 수소등의 물질도 미량 존재하는 것으로 보인다. 달의 지각은  약 50km 두께로 생각된다.



(달의 구조 모식도 CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 :  저자 : Lenny222)



(달의 구조도 : 이 파일은 public domain 임, 저자 Original uploader was Bryan Derksen at en.wikipedia)




 달의 맨틀은 1000km 이상의 의 두께이며 그 가장 하부 맨틀의 경우는 부분적으로 녹아 있는 것으로 보인다. 핵은 반지름이 약 350km 정도 이며 비교적 그 크기가 작은데, 이 작은 핵은 과거 테이아와 지구의 충돌로 인한 것으로 보인다. 핵은 외부는 액체이고 내부는 금속으로 생각된다.






(다음에 계속됩니다. )

태양계 이야기 30 - 달 2



 3. 달의 기원


 지구가 어떻게 달과 같은 거대한 위성을 거느리게 되었을까? 태양계의 지구형 행성 가운데 수성과 금성은 위성이 아예 없고, 화성의 경우 작은 위성 둘 만이 있을 뿐이다. 사실 거대한 목성형 행성들에 비해 그 크기가 작은 지구형 행성들이 작은 위성들을 거느리거나 혹은 아예 위성이 없는 것은 언 뜻 생각하기엔 자연스럽다.


 그러니 지구가 어떻게 그렇게 큰 위성을 거느리게 되었는지는 이전부터 많은 이들이 궁금해 왔던 질문가운데 하나이다.


 초창기 나왔던 이론 가운데 하나는 분리설 (Fission hypothesis) 이 있었다. 이것은 지구의 균열에서 일부가 지구 자전에 의한 원심력 때문에 떨어져 나가 달이 되었다는 것이다. 그리고 그 흔적이 태평양이라는 것이다. 이 이론은 두말할 필요 없이 현재는 폐기될 수 밖에 없었는데, 이것이 가능하려면 지구의 공전 속도가 지금과는 비교도 안되게 빨라야 할 것이기 때문이다.


 한편 지구와 달의 형성이 다른 목성형 행성과 위성, 그리고 태양과 행성계의 형성과 비슷하다는 가설도 있다. 한마디로 태양계의 초창기 강착 원반(accretion disk)에서 행성들이 탄생했듯이 지구의 달 또한 원시 지구 주위의 강착 원반 에서 탄생했다는 것이다. 이를 동시 생성설(Co formation hypothesis) 이라고 한다.




(오늘날 과학자들은 원시 태양 주위의 강착 원반에서 초창기 행성들이 탄생했다고 믿고 있다. This file is in the public domain because it was created by NASA)


 이 이론은 사실 미니 태양계라 불리는 목성과 그 위성들의 탄생을 설명할 때는 제법 그럴듯 한 이론이다. 하지만 이 이론은 지구 달 간의 각운동량을 설명하기 어렵다. 여기에 달에 철이 부족한 이유를 잘 설명해주지 못한다.



 또 한가지 가설은 포획설 (Capture hypothesis) 이다. 이 이론은 달이 지구 중력에 이끌려 포획되었다는 가설이다. 그러나 이 가설의 문제점은 지구 - 달같이 질량차이가 크게 나지 않는 물체인 경우 그렇게 쉽게 포획되지 않는다는 것이다. 대개 포획된 것으로 보이는 위성들은 모행성과의 질량차이가 매우 커서 그 큰 중력에 쉽게 포획된다.


 그러나 지구가 달만한 천체를 포획하려면 지구의 중력으로는 다소 어려우며 지구 근처를 지나가는 달의 운동 에너지를 줄여줄 무엇인가가 필요하다는 문제가 있다. (예를 들면 확장된 대기가 있어 달의 운동 에너지를 줄여준다는 것)



 현재 가장 주목을 받고 있는 이론은 바로 충돌설 혹은 거대 충돌 가설 (Giant impact hypothesis) 이다. 이것은 지금의 지구가 화성 만한 크기의 원시 행성과 충돌하였고, 합체된 천체의 일부는 떨어져 나가 달을 형성했다는 것이다. 이는 이전 포스트의 명왕성과 카론(http://blog.naver.com/jjy0501/100068404064  참조) 에서 명왕성 - 카론계의 형성 이론과 비슷하다. (Big Splash 라고도 한다)


 이 이론은 화성만한 원시 행성을 필요로 한다. 한 이론에 따르면 지구 - 태양 계의 라그랑주 점인 L4, L5 에 이 행성이 원시 태양계 행성 원반에서 형성되었을 것이다. 생긴지 얼마 안되는 원시 지구 (Proto Earth)의 라그랑주 점인 L4, L5 에는 여러 작은 소행성과 운석들이 모여서 뭉치게 되는데 이들 중 하나가 매우 커지면서 가상의 원시 행성인 테이아 (Theia) 가 되었다. (티아라고 발음하기도 한다)


 참고로 라그랑주 점이란 우주공간에서 물체가 다른 외부 힘이 없을 때 두 개의 큰 물체에 대해 정지해 있을 수 있는 5개의 지점이다. 예를 들어 태양 - 지구계에 대해서 이 점에 있는 물체들은 그 위치가 항상 변하지 않고 같이 안정적으로 공전하게 되는 것이다.



(노란색 점을 태양, 파란색 점을 지구라고 할 때 L 1- 5 에 있는 물체들은 지구와 같이 공전하면서 지구와 태양에 대해서 상대적인 위치가 전혀 변하지 않고 일정하게 유지된다. 한마디로 지구와 같이 태양 주위를 안정적으로 공전한다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시  저자 EnEdC / Self-made in w:Inkscape to replace Image:Lagrangepoint1.png.)



 이 위치에는 소행성이나 먼지들이 존재하는 경우들이 많다. 예를 들어 목성의 라그랑주 점에는 트로이군이라는 소행성군이 존재한다. 이는 목성의 공전 궤도에서 목성과 함께 태양주위를 안정적으로 공전한다.


 그러나 여기에도 문제는 있다. L4,5 에 있는 물체가 너무 크게 되면 안정성이 떨어지는 것이다. 천체의 자체 중력과 또 태양계의 다른 행성이 미치는 중력의 영향도 있었을지 모른다.




(원시 지구와 테이아의 충돌로 달이 생겼다는 가설 : CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시, 저자 : Muriel Gottrop; vectorized by Mysid )


 라그랑주 점 L5 에서 아마도 지구 뒤를 따라오고 있던 테이아도 충돌을 거듭하면서 커지면서 같은 문제에 직면했는지도 모른다. 이 이론에 의하면 결국 테이아는 지구와 비스듬한 각도에서 충돌했을 것이다.





(대충돌 (Big Splash) 를 설명하는 그림. 결국 테이아가 지구와 충돌하여 합체하고 나머지는 달이 된다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 , 저자 : Marvel)



 이 충돌은 아마도 지구가 생긴지 얼마 되지 않아서 발생했을 것이다. 대략 45억년 이전에 이와 같은 일이 발생했을 것으로 생각되며, 이 때는 지구가 탄생한지 3000 - 5000만년 정도로 생각된다.

 당시 테이아의 금속 핵은 지구 중심핵과 합쳐졌으며, 지구의 맨틀 물질과 테이아의 맨틀 물질이 합쳐져 지금의 달을 형성하게 되었는다는 것이다.


 그렇다면 이 이론의 근거는 대체 무엇일까?


 아폴로 계획의 결과 채취한 달의 암석을 분석한 결과 과학자들은 여기에 포함된 산소 동위원소가 지구의 것과 동일하다는 결론에 도달했다. 이것은 결국 지구와 달이 동시에 같은 물질에서 생성된 것이 아닌가 하는 의문을 제기할 만한 발견이었다.


 동시에 달에서 가져온 암석에는 사장암 (Anorthosite) 이 포함되어 있었다. 이 암석은 달의 밝은 부분에서 구할 수 있는데, KREEP 이라는 성분이 많이 들어있는 달의 암석과 함께 월석에서 많이 발견되었다. 과학자들은 이들 암석이 어떤 조건에서 잘 생기는지 알고 있다. 만약 과거 달의 표면이 완전히 녹아서 마그마의 바다를 이룬적이 있다면 이런 암석들이 풍부한 이유가 설명된다.



(아폴로 15호가 가져온 달의 사장암  This file is in the public domain because it was created byNASA )



 한편 여러가지 간접적인 연구를 통해 과학자들은 달의 철이 많이 포함된 핵부분이 상당히 작을 것이라는 결론을 내렸다. 그런데 주로 암석으로 된 이 정도의 크기의 천체가 왜 철로 된 핵이 작은지는 잘 설명이 되지 않았다.


 하지만 만약 충돌 가설을 믿는다면 이는 쉽게 설명이 될 수 있다. 즉 맨틀 부분이 중심이 되어 달을 형성했기 때문이다. 또 지구와 달의 지각성분이 비슷한 것과 한 때 달 표면이 마그마의 바다가 된 이유도 쉽게 설명이 가능하다.


 과학자들은 컴퓨터 시뮬레이션 실험을 반복해본 결과 충돌 가설이 지금까지 제기되었던 달 생성 이론 중 가장 믿을 만 하다는 결론을 내렸다. 최근에 발견된 새로운 증거들 역시 충돌 가설을 지지하는 것이었다.


 플레이아데스 성단에서 형성되는 HD 23514 라는 어린 별을 관측한 연구자들은 이 별에서 지구와 테이아 사이의 충돌과 비슷한 행성 사이즈의 천체 끼리의 충돌이 있었던 것으로 생각하고 있다. 또 다른 원시 행성계에서도 이런 충돌이 의심되었다. 만일 그렇다면 생각보다 원시 행성계에서 행성간의 충돌은 드문 일이 아닐지도 모르며, 결과적으로 지구 - 달 같은 지구형 행성과 거대 위성이 다른 태양계에서도 존재할 가능성이 있는 것이다.



 다만 누구도 타임머신을 타고 가서 실제 충돌이 일어났는지 볼 수는 없는 문제이기 때문에 아직까진 유력한 가설이라는 점을 감안해야 할 것이다.


 나사의 과학자들은 이 가설을 직접 입증할 수는 없지만 간접적으로 검증할 프로젝트를 추진중이다. STEREO 프로젝트는 2개의 우주선을 L4,5 지점으로 보내 이곳에 있는 작은 먼지와 운석들을 분석하는 계획이다. (단 STEREO 프로젝트 자체는 이 임무 외에도 태양을 실시간으로 관측하는 것을 중요한 임무로 삼고 있다)


 이 계획에 참가하는 과학자들은 이 라그랑주점에 있는 우주 먼지와 구름들이 테이아를 만들고 남은 잔해라고 생각하고 있다. 아니면 적어도 태양계 형성시부터 여러 행성들을 형성하고 남은 조각일 것으로 기대하고 있다. 이들을 관측해서 보다 자세한 자료를 전송하는 것이 이 계획의 목표이다. 이를 통해 이론상의 존재인 테이아에 대해서 보다 정확한 자료를 얻게 될 지도 모른다.

 (http://science.nasa.gov/headlines/y2009/09apr_theia.htm 의 나사 보도 자료 참조)




 참고로 테이아는 티탄족의 신들 중 하나이다. 하늘의 신 우라노스와 가이아 사이에서 태어났으며 오누이 사이인 히페리온과 결혼하여 태양신 헬리오스, 달의 여신 셀레네, 새벽의 여신 에오네등을 낳았다. 달의 여신의 어머니이기 때문에 이런 명칭이 붙은 것으로 보인다.



 (다음에 계속됩니다)

태양계 이야기 29 - 달 1




 1. 달의 일반적인 특징


 달은 지구에서 가장 가까운 천체로 지구와 가까이 존재하는 거대한 위성이기 때문에 태양과 더불어 인간과는 가장 밀접한 관계를 가지는 천체이다. 오랜 세월 많은 사람들에게 신화와 전설의 대상이었던 달은 근대이후 중요한 과학적 탐사 대상이었으며, 더 나아가 인류가 갈 수 있었던 우주의 유일한 지구 이외의 천체이기도 하다.


 달은 지구에서 평균 384,399 km  떨어진 지점을 돌고 있다. 가장 멀어질 때는 405,696 km, 가장 가까이 올때는 363,104 km 이며, 궤도 이심률은 0.054 으로 약간 타원 궤도를 돌고 있다.


 공전 주기는 27.322 일로 27 일 7 시간 43.1 분 마다 지구 주위를 한번씩 돌고 있다. 이는 1초에 1022m 를 움직이는 것과 비슷한 속도이다.


 크기는 지구의 1/4 사이즈이다. 평균 반지름은 1737 km 로 (지름 3474 km) 지구 반지름의 27.3% 정도에 해당 한다. (적도 반지름은 1738km 이다) 표면적은 3973 만 ㎢ 에 달해 남북 아메리카 대륙을 합친 것 보다 약간 작은 면적을 가지고 있다. 지구 전체 표면적과 비교했을 때 7.4 % 이다. 부피는 지구의 2% 이며, 질량은 지구의 1.2% 정도이다. 다른 말로 하면 부피는 지구의 49분의 1이며, 질량은 81.3 분의 1이다.


 달의 밀도는 3.34g/cm3  로 지구의  5.52g/cm3 에 비해서 다소 낮다. 달의 밀도는 지구의 지각을 구성하는 물질과 비슷하다고 생각된다. 대략 지구의 60% 정도 밀도이다. 표면의 중력은 지구의 1/6 정도로 적도 중력 가속도는 1.622 ㎨ 이다.





2. 달의 공전과 자전


 지구에서 보기에 달은 한쪽 면만 보인다. 이는 달이 자전 주기와 공전 주기가 같기 때문이다. (27.32일) 이것은 달이 지구에서 가깝기 때문에 지구 중력의 영향으로 등주기 자전 (Synchronous rotation) 을 하기 때문이다.


 이 등주기 자전을 설명하면 지구에서 볼때 달이 공전하므로써 30도 정도 옆으로 이동하면 달 자체도 30도 정도 자전해서 매번 같은 면만 보여준다는 것이다.  이와 같은 원리로 달의 표면 무늬는 지구에서 보면 항상 그 모습이 똑같고, 지구에서는 절대 달의 뒷면을 볼 수 없다.



(달의 정면, 지구에서 보이는 모습 : This file is in the public domain because it was created byNASA  )



(90도 동쪽에서 본 모습 : This file is in the public domain because it was created by NASA)



(달의 뒷면  : This file is in the public domain because it was created by NASA)



(서쪽 90도에서 본 달 :  This file is in the public domain because it was created by NASA )



 이러한 등주기 자전이 생기는 원리는 물론 지구의 중력의 간섭때문이다. 본래 과거에 달은 지금보다 훨씬 빨리 자전했을 것이다. 그러나 지구의 중력으로 인한 조석 작용으로 점차 속도가 느려지다가 자전과 공전이 같은 주기가 되는 정도까지 느려지게 된다. 이런 현상은 지구와 달 말고도 다른 행성과 위성의 자전에서도 볼 수 있다.


 그러나 명확히 말하면 지구에서 볼 때 달의 50% 만 보는 것은 아니다. 나중에 설명할 칭동현상 때문에 실제로는 달 표면의 59%를 지구에서 볼 수 있다. 아래의 사진을 참조하자.


(달의 위상변화를 연속 그림으로 본 것임. 나중에 설명할 달의 칭동 현상 때문에 이런 움직임이 나온다. 저자에 의해서 public domain 으로 공개됨. 저자 : Tomruen)


 달은 지구 주위를 27.3일에 한번씩 돌지만 지구와 달 자체가 태양의 주위를 공전 중이기 때문에 이에 의해서 달의 위상 변화는 29.5일에 한번씩 일어난다. 초승달 - 상현달 - 보름달 - 하현달 - 그믐달 그리고 다시 초승달의 위상 변화가 29.5일에 한번씩 일어난다는 이야기다. 이 주기를 삭망월이라 한다.



(달의 위상 변화 - 달이 지구 주위를 일주하는 동안 지구도 태양 주위를 27도 돌기 때문에 달이 이 위치를 따라 잡아 지구에서 볼 때 같은 정도로 태양빛에 반사되려면 2일을 더 돌아야 한다. 따라서 달의 공전 주기는 27.3일이지만 삭망주기는 29.5일 정도이다. CCL 에 따라 복사 허용, 저자 표시 : 저자 : Fresheneesz/Miljoshi)



 달은 엄밀히 말하면 지구의 적도위를 돌고 있는 것은 아니다. 지구 자체가 황도면에 대해서 기울어져 돌고 있는데, 달도 지구에 대해서 약간 기울어져 돌고 있다. 그러나 그 각도는 6.68도로 지구에 비하면 작은 편이다. (아래 그림 참조)



(달과 지구의 공전 및 자전 : This file is in the public domain because it was created by NASA )



 달의 공전 궤도와 이로 인해 일어나는 현상들은 나중에 다시 설명하고 여기서는 간단한 특징들만 설명하겠다.



 달은 지구에서 가까운 편이고 다른 행성들과 비교할 때 그 크기의 차이가 매우 적기 때문에 사실상 쌍성계에 가까운 천체라고 할 수 있다. 명왕성과 카론이 발견되기 전까지 과학자들은 지구 - 달이 태양계에서 가장 쌍성계에 가까운 천체라고 생각했다.


 본래 두개의 천체가 서로 중력에 이끌려 공전할 경우 두 천체의 무게 중심 주위를 공전하게 되어 있다. 지구 - 태양 이나 아니면 다른 행성들에서 볼수 있듯이 크기 차이가 많이 나는 천체들은 사실상 지구가 태양 주위를 돈다든가, 토성 주위를 타이탄이 돈다든가 하는 이야기가 성립된다. 두 천체의 질량 중심은 큰 천체 안에 있어 밖에서 본다면 사실상 작은 천체가 큰 천체 주위로 원운동을 하게 된다.


(이 그림은 다소 과장된 것이지만 지구 - 태양 같이 질량 차이가 많이 나는 경우 이렇게 + 로 표시된 질량 중심이 큰 천체의 중심에 가까이 있다. 다만 큰 천체도 조금은 움직인다. 따라서 이런 움직임을 포착해서 외계 행성을 탐사하는 것이다. 이 그림은 저작자 Zhatt에 의해 퍼블릭 도메인으로 공개된 그림입니다.  )


 반면 거의 비슷한 경우이긴 하지만 지구 달과 같이 질량 차이가 비교적 작은 경우 질량 중심이 지구 중심에서 다소 멀리 있기 때문에 지구와 달 모두가 질량 중심을 주위로 움직임을 보이게 된다. 다만 지구 - 달의 질량 중심은 지구 내부에 있다.



(달과 지구의 경우 :  +로 표시된 질량 중심으로 지구와 달 모두가 돌고 있다. 따라서 행성 위성계가 아니라 쌍성계로 보는 의견도 있었다. 그래도 여기까지는 달이 지구 주위를 돌고있다고 볼 수 있다. 이 그림은 저작자 Zhatt에 의해 퍼블릭 도메인으로 공개된 그림입니다. )


 이에 비해서 명왕성 카론계는 거의 쌍성계에 가까운 경우이다. 카론이 명왕성의 위성인지 동반성인지에 대해서는 아직도 의견이 완전히 정리되지 못했다.



(명왕성 - 카론계의 경우 아예 질량 중심이 천체들의 밖에 있다. 이 경우는 거의 쌍성계에 가깝다. 이 그림은 저작자 Zhatt에 의해 퍼블릭 도메인으로 공개된 그림입니다. )



 아무튼 지구 - 달 의 경우는 달이 지구의 위성이라고 말하기에 큰 무리가 없다고 생각한다. 다만 태양계에서 모행성과 위성의 크기 차이가 가장 작은 경우라고 할 수 있다. 사실 지구는 태양계 8개 행성 중 5번째로 크지만 위성인 달 역시 태양계에서 5번째로 큰 위성으로 지구의 덩치에 비해서 크고 아름다운 위성을 가진 셈이다. 나름대로 지구가 횡재했다는 느낌이랄까 ? 왜 이런 횡재를 했는지는 다음에 이야기할 예정이다.



 출처 : Wiki/NASA



 (다음에 계속됩니다)