달이 지구에서 항상 같은 면만 보이는 이유

달에서 토끼가 산다는 전설은 우리나라, 중국, 일본 같은 동아시아는 물론 인도에서까지 확인할 수 있다. 달 표면에 어두운 부분이 절구를 찧고 있는 토끼모양이 연상되고 이런 이야기가 중국에서 시작해서 인근 나라로 퍼지게 됐다. 각각 다른 나라에서 달의 표면을 보고 이러한 설화가 생기게 되는데 항상 달이 같은 면만 보이는 이유를 알아보겠다.

 

달의 기원 : 충돌설

달의 기원에는 여러 가지 학설이 있지만 그 중 가장 유력하고 각광받는 설은 충돌설이다. 약 45억 년 전 지구형성 초기에 화성만한 크기의 ‘테이아’라는 행성이 지구와 충돌하게 되는데 지구와 ‘테이아’ 행성이 합쳐지고 지구의 물질과 섞인 일부는 우주공간으로 날아가 지구 주변을 돌다가 중력 작용으로 기체와 먼지구름이 모여 달이 됐다는 설이다. 또한 1960년 아폴로계획을 통해 우주선이 달에 가져온 월석을 분석해 보니 지구의 암석권 성분과 같은 물질로 구성되어 있어 충돌설을 더 신빙성 있게 만들었다.

 

자전주기와 공전주기가 같아지는 현상 ‘조석 고정’

달이 항상 같은 면만 보이는 이유는 공전주기와 자전주기 같아지는 현상인 조석 고정 때문이다. 이러한 운동 때문에 지구에서는 달의 앞면만 볼 수 있다. 초기의 달이 뜨거운 액체 상태로 형성 됐을 때 지구 주위를 돌면서 달의 모양이 타원모양으로 변형 되었다. 지금의 달의 모양은 타원체이며 이런 모양 때문에 조석기조 현상이 발생한다.

 

달이 지구를 중심으로 공전할 때 달의 장축(타원의 긴 부분)과 지구와 연결된 연장선이 지구를 벗어나게 되면 지구의 중력 때문에 회전력이 생긴다. 만약 달의 자전속도가 공전속도 보다 빠르면 자전 방향이 공전 방향보다 더 돌아가 달의 장축의 연장선이 지구를 벗어나게 될 것이다. 이때 달의 앞부분이 뒷부분 보다 중력을 더 받아 중력차이로 자전방향과 반대 방향으로 회전력이 만들어져 자전속도가 느려진다. 이런 현상이 계속되어 결국 지구를 도는 달의 조석은 모체 쪽으로 고정되고 자전속도와 공전속도가 같아지게 된다.

 

달의 조석력에 의한 지구의 영향

지구와 달 사이의 중력에 의해 발생되는 힘을 조석력이라고 하고 달의 공전주기와 자전주기가 같게 영향을 주듯이 달도 지구에 영향을 준다. 지구는 달의 조석력으로 밀물과 썰물이 만들어지는데 이때 생긴 바닷물과 지면의 마찰로 자전속도는 점점 느려진다. 달이 지구의 질량보다 훨씬 작아 달이 받는 조석력 보다는 지구가 받는 조석력은 작겠지만 아주 천천히 조석 고정 현상으로 하루 시간이 길어진다. 45억년 전 지구의 탄생 직후 하루는 6시간이었는데 조석 고정 현상으로 느려져 오늘날의 24시간이 되었다. 지금도 지구의 하루는 매일 100만 분의 15초씩 늘어지고 있다. 만약 우리의 후손들이 20억년 뒤에 지구에 있으며 하루가 90일까지 길어지게 될 것이다.