[과학]지구에서 달의 한 쪽 면만 볼 수 있는 이유

지구에서 달의 한쪽 면만 볼 수 있는 이유

 

지구에서는 항상 달의 한쪽 면만 볼 수 있다.

교과서에서 답을 찾아보면 다음과 같이 설명한다.

 

달의 공전주기와 자전주기가 같기 때문이다.

 

그래, 뭐 같다고 하니까 어쩔 수 없지만 신기하지 않은가? 어떻게 공전주기와 자전주기가 찰떡같이 같을 수 있을까? 그 이유에 대한 설명이 교과서엔 실려 있지 않다. 필자가 생각하기엔 아직 과학적으로 증명되지 않았거나, 가설에 불가해서인 경우라서 그런 것 같다. 그렇지만 그 이유에 대해 생각해 볼 수 있지는 않을까?

일단 기본으로 돌아가서 달의 공전과 자전의 주기에 대해 알아보자.
달이 지구를 한 번 공전을 할 때 약 27.3일이 걸린다. 그리고 공전 하는 동안 달도 약 27.3일이 걸리며 자전을 한다. 앞서 말한바와 같이 달의 공전주기는 자전주기와 일치한다.

달은 지구를 공전하면서 자전하고 있다.

이제 중요한 것은 왜 그렇게 일치하게 된 것이냐이다.

최근 천체학술지 이카루스(Icarus)에 게재된 논문에서 그 이유가 밝혀졌다고 한다. 지구 중력에 이끌려 현재의 궤도에 붙잡히는 과정에서 달 내부에 수축과 팽창 현상이 반복되었고, 이것이 브레이크로 작용해 속도가 점점 느려졌다는 것이다.
달이 형성되던 초기에는 외부의 인력과 내부의 구성물질 등 여러 가지 변수가 있었다. 그러나 지구의 중력에 끌려 지금의 궤도에 붙들리고 인력이 작용해 회전 속도가 느려지는 과정에서 일정 수준의 힘이 지속적이고 안정적으로 가해졌기 때문에 달의 한 쪽 면만을 보게 되었다는 설명이다.

 

지구의 중력이 달에 작용하지만 달의 중력도 지구에 작용한다. 만유인력의 법칙.

중요한 포인트는 ‘지구의 중력’과 그에 따라 발생하는 ‘조석고정(潮汐固定, Tidal locking)’현상이다.

중력은 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례하므로, 달에서 지구에 가까운 토끼가 보이는 면이 그 반대쪽보다 지구의 중력을 더 많이 받게 된다. 달이 형성되던 40억년 전 달의 표면이 식어가면서 구형태이던 것이 오늘날 보이는 토끼가 보이는 면이 좀 더 지구쪽으로 늘어나서 타원형의 모습으로 형성되었다. 이 과정에서 초기 달의 공전과 자전주기는 달랐는데 점차 인력으로 느려져서 오늘날의 힘의 균형을 이루고 그 결과 공전과 자전주기가 같아진 것이다.

지구 중력 때문에 지구 중심 방향으로 약간 늘어난 타원형의 모양이 된 달은 표면과 지구의 거리에 따라 작용하는 중력도 달라진다. 이 힘의 차이는 달에 회전효과를 주게 된다. 이때 지구와 달이 서로 같은 면만을 보던 상황에서 벗어나려 하면, 그것을 다시 되돌리려는 힘이 작용하게 되고, 다시 같은 면을 마주하게 되는 ‘조석 고정’현상이 생기는 것이다. 그 결과 지구에서 달을 봤을 때 한 쪽 면만 보게 되는 것이다.