보름달 (사진=이미지비트 제공/자료사진)
한가위를 대표하는 상징은 둥근 보름달이다. 어느 한 곳 기울어진 데 없이 꽉 찬 보름달은 가을걷이로 풍성해진 농촌 가을의 곳간을 닮았다.
밤하늘을 밝혀주는 달은 광활한 우주에서 우리와 가장 가까운 이웃이고, 그만큼 친밀한 존재다.
우리 조상들이 달을 보고 토끼가 계수나무 밑에서 방아 찧는 모습을 연상한 것을 보면 달은 풍요의 상징이자, 친근한 존재로서 우리 민족의 정서에 자리 잡고 있음을 알 수 있다.
달에 토끼가 살지 않는다는 사실은 이미 수십 년 전 인류가 달을 방문해 눈으로 직접 확인했다.
오늘날 과학기술의 발달로 수백만 광년 떨어진 머나먼 천체의 관찰도 가능하다. 이에 비해 지척도 안되는 달은 안방 들여다 보듯 살펴볼 수 있고, 그만큼 인류가 달에 대해 모르는 것이 없을 것으로 생각하는 사람이 많다.
하지만 과학계에서 달은 어떻게 만들어졌는지조차 제대로 규명되지 않은, 여전히 신비한 존재로 남아 있다.
추석을 맞아, 아직 풀리지 않은 달에 대한 미스터리들을 알아봤다.
◈ 달은 하나가 아니다천문학자들은 지구에 두 개 이상의 달이 있다고 믿고 있다.
우리가 밤하늘에 늘 보고 있는 달 외에 눈에 보이지 않은 또 다른 달이 있다는 것이다. 아직은 관측 장비 성능의 한계로 확인할 수는 없지만, 이론적으로 존재할 수밖에 없다고 본다.
과학자들이 눈에 보이지 않는 또 다른 달로 추정하는 것은 승용차 크기의 아주 작은 소행성이다.
과학자들은 태양계에 존재하는 소행성의 숫자와 분포 를 감안하면 최소 3m 이상 크기의 바위들이 하나 이상 반드시 지구를 돌고 있을 것으로 추정한다. 이들 바위(소행성)는 지구 궤도를 매우 크게 공전하다가 순간 우주로 떨어져 나간다.
밤하늘에 보이는 우리 달과 같은 지구의 영원한 달은 아니지만 적어도 이 소행성이 지구 궤도를 돌 때는 일시적이긴 하지만 지구의 달임에는 틀림없다.
이론적으로 이들 소행성은 태양을 공전하는 과정에서 지구 주변을 지날 때 지구 중력에 붙잡혀, 통상 9개월간 불규칙한 모양의 공전 궤도로 세 차례 지구를 공전한다. 그런 뒤 원래 진행하던 태양 공전 궤도를 따라 움직이게 된다.
지구 중력에 붙잡힌 소행성들을 지구의 관측 장비로 포착하는 것은 현재 기술 수준으로는 불가능하다. 지구에서 멀리 떨어져 있을 때는 너무 작아 관측할 수 없다. 또 지구에 접근했을 때는 너무 빠를뿐더러, 잘 보이지도 않기 때문에 그곳에 있는지조차 알 수 없다.
◈ 수평으로 보는 달이 머리위에 뜬 달보다 크다?밤하늘에 보이는 달은 위치가 어디에 있든 크기가 같다. 물론, 수평으로 보는 달과 머리 위 직각으로 보는 달의 크기도 같다.
그런데 감각적으로 느끼는 달의 크기는 수평으로 볼 때가 수직으로 볼 때보다 훨씬 커 보인다. 이는 '달 착시(moon illusion)' 또는 '폰조 착시(Ponzo illusion)'로 불리는 현상 때문이다. 폰조 착시는 사다리꼴 모양에서 기울어진 두 변 사이에 같은 길이의 수평 선분 두 개를 위아래로 배치하면 위의 선분이 더 길어 보이는 착시 현상을 말한다.
오랜 옛날부터 착시현상은 알려져 왔지만 왜 이런 현상이 발생하는지에 대한 명확한 이유는 규명되지 않았다.
한 가지 이론으로, 사람들은 수 ㎞ 상공의 구름을 보는데 익숙해 있고, 수평으로 보이는 구름은 수십 ㎞ 떨어져 있다는 사실을 알고 있다. 만약 수평으로 보이는 구름이 먼 거리임에도 불구하고 머리 위로 보이는 구름과 크기가 같다면 수평으로 보이는 구름이 매우 크다고 인지한다. 이런 인식에 익숙한 우리 뇌는 수평선 근처의 달이 머리 위에 보이는 달과 크기가 같지만, 습관적으로 더 크다고 간주한다는 것.
다른 이론도 있다. 수평으로 보이는 달의 경우 근처의 나무나 다른 지상 물체와 비교해 보게 되면서 상대적으로 커 보이는 반면, 머리 위의 달은 배경이 되는 하늘의 공간 확장 효과 때문에 상대적으로 작아 보인다는 것.
(사진=이미지비트 제공/자료사진)
◈ 달은 푸른색달에는 우리가 생각하는 것보다 수분이 훨씬 더 많다.
2009년 NASA(미항공우주국)의 엘크로스( LCROSS)탐사선은 달 표면과의 충돌 실험을 통해 극지 근처 크레이터들의 수 m 지하에 얼음이 존재한다는 사실을 확인했다.
지금까지 여러 연구를 통해 달 내부에는 생각보다 훨씬 많은 수분이 존재할 가능성이 큰 것으로 나타났다. 최근 우주비행사가 달에서 가져온 암석 샘플을 분석한 결과, 물의 흔적들이 많이 발견됐다.
달의 수분 가운데 상당 부분은 얼음 혜성들이 충돌하면서 제공한 것으로 보이지만 과학자들은 이것만으로 달에 있는 전체 H2O의 양을 설명하기는 어렵다고 본다. 물의 일부는 태양풍 속의 양자가 달 암석에 있는 금속 산화물과 반응하면서 달에서 만들어졌을 가능성이 있다는 것이다.
물론 달에 상각보다 수분이 많다고 해도 지구와 비교하면 여전히 무척 메마르고 황량하기 그지없는 곳이다.
◈ 베일에 가린 달의 기원 많은 증거들을 종합할 때 달은 거대한 충돌에 의해 만들어졌을 가능성이 높다. 달의 핵이 작다는 사실, 특정 원소의 양, 지구와 달의 궤도운동에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 등이 이를 뒷받침하는 증거들이다.
이 충돌 이론에 의하면 약 45억년 전 화성 크기의 천체가 젊고, 용해된 상태의 지구와 충돌했고, 여기서 떨어져 나온 물질이 융합해 지금의 달이 만들어졌다는 것이다.
그러나 이 이론에도 논리적 모순이 존재한다. 테이아(Theia)로 명명된 이 이론적 충돌은 분명한 특징을 갖는 흔적들이 남아 있어야 하는데 아직 발견되지 않았다. 그리고 너무 많은 얼음 상태의 물을 비롯, 달에 있는 특정 물질의 전체 양 등은 이 뜨겁고, 격변하는 달의 탄생 시나리오와 맞아떨어지지 않는다.
◈ 두 개의 얼굴달은 지구와 동주기 자전(tidal locking)을 한다. 동주기 자전은 행성과 위성이 서로의 중력 영향을 받으며 공전하는 경우 위성의 자전 속도와 공전 속도가 서로 일치하는 현상을 말한다. 즉 달의 자전주기와 지구 공전주기가 일치하는 것이다.
달이 지구를 공전하지만, 우리 눈에는 항상 달의 한쪽 면만 보인다는 의미다. 우리는 식은 상태의 '마그마 바다' 또는 '마리아'로 불리는 어두운 표면을 비롯해 달의 보이는 부분에 대해서는 잘 알고 있다.
문제는 달 탐사선들이 보내온 자료에 의하면 이 마리아라는 지역이 우리 눈에 보이지 않는 달의 뒷면에는 거의 존재하지 않는다는 사실이다. 반면 크레이트 자국들은 뒷면에 훨씬 많았다.
달의 뒷면이 앞면과 완전히 다른 이유와 관련해 달 뒷면의 지각이 앞면보다 약 15km 정도 더 두껍기 때문일 것이라는 분석이 설득력을 얻었다. 달의 앞면은 지각이 얇기 때문에 운석들의 공격에 훨씬 쉽게 손상을 받았고, 그 결과 지금의 마리아의 원료가 된 마그마가 달의 깊숙한 내부로부터 쉽게 분출됐을 것이란 분석이다.
그럼에도 불구하고 달의 앞뒷면이 지각의 두께 차이 등 불균형을 이루게 된 이유는 여전히 수수께끼로 남아있다.
한편, 달의 뒷면에 크레이트가 많은 이유는 지구에 가려진 앞면보다는 우주에 더 많이 노출됐기 때문으로 추정된다.
달 내부와 외부의 충격으로 만들어진 달 표면의 손상에 대해 보다 많은 정보가 축적되면 달의 두 면이 서로 다른 이유도 보다 확실하게 밝혀질 수 있을 것이다.