보름달은 매달 뜨는데 월식은 왜 매달 일어나지 않을까?

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세부 주제: 월식이 매달 일어나지 않는 이유

제목: 보름달은 매달 뜨는데 월식은 왜 매달 일어나지 않을까?

본문:

보름달은 거의 매달 볼 수 있다. 그렇다면 한 가지 자연스러운 의문이 생긴다. 월식은 태양과 지구, 달이 일직선에 가까워질 때 일어나는 현상인데, 보름달 때마다 지구가 태양과 달 사이에 놓인다면 왜 월식도 매달 반복되지 않는 것일까.

겉으로 보면 충분히 그럴 것처럼 보인다. 보름달은 지구에서 보았을 때 태양과 달이 서로 반대 방향에 놓이는 시기다. 이때 지구가 가운데 있으니 지구의 그림자가 달을 가려야 할 것 같지만 실제로는 대부분의 보름달이 평범하게 지나간다.

그 이유는 달의 공전 궤도가 지구가 태양을 도는 궤도면과 정확히 일치하지 않기 때문이다.

달의 궤도는 약간 기울어져 있다. 이 작은 기울기 때문에 대부분의 보름달 때 달은 지구의 그림자 위쪽이나 아래쪽을 지나간다. 월식이 일어나려면 보름달이라는 조건뿐 아니라 달이 특정한 위치를 통과해야 한다.

월식은 지구의 그림자가 달을 가리는 현상이다

월식을 이해하려면 먼저 달의 위상 변화와 월식을 구분해야 한다.

초승달, 반달, 보름달처럼 달의 모양이 달라지는 일반적인 위상 변화는 지구의 그림자 때문에 생기는 것이 아니다. 달이 지구를 공전하면서 태양빛을 받는 면을 우리가 서로 다른 각도에서 보기 때문에 나타나는 현상이다.

월식은 이와 다르다.

월식이 일어날 때는 태양, 지구, 달의 순서로 세 천체가 놓인다. 태양빛이 지구에 가려지면서 지구 뒤쪽에 그림자가 만들어지고, 달이 그 그림자 안으로 들어가면 평소와 다른 어두운 모습이 나타난다.

지구의 그림자는 크게 본그림자와 반그림자로 구분할 수 있다.

본그림자는 태양빛이 지구에 완전히 가려지는 영역이다. 달이 이 영역 깊숙이 들어가면 달 표면이 뚜렷하게 어두워진다.

반그림자는 태양빛의 일부만 가려지는 영역이다. 달이 반그림자만 지나가면 밝기가 미묘하게 감소하기 때문에 맨눈으로는 변화가 잘 느껴지지 않을 때도 있다.

달이 지구의 본그림자에 전부 들어가면 개기월식, 일부만 들어가면 부분월식이라고 부른다.

달의 궤도가 약 5도 기울어져 있다

월식이 매달 일어나지 않는 가장 중요한 이유는 달의 공전 궤도에 있다.

지구는 태양 주변을 공전한다. 이때 지구가 움직이는 가상의 평면을 황도면이라고 한다.

달 역시 지구 주변을 공전하지만 그 궤도면은 황도면과 정확하게 겹치지 않는다. 약 5도 정도 기울어진 상태로 지구 주변을 돈다.

5도라는 숫자는 작게 느껴질 수 있다. 하지만 우주 공간에서는 이 작은 각도 차이가 상당한 위치 차이를 만든다.

보름달이 되었을 때 달이 황도면보다 위쪽에 있으면 지구의 그림자 위를 지나가게 된다. 반대로 황도면 아래쪽에 있으면 지구 그림자의 아래를 통과한다.

그래서 태양과 지구, 달이 겉보기에는 거의 일렬로 놓여 있는 보름달이라도 실제 입체적인 공간에서는 완벽하게 일직선이 아닌 경우가 대부분이다.

이를 종이 위의 그림으로만 보면 이해하기 어려울 수 있다. 평면 그림에서는 태양, 지구, 달이 한 줄로 그려지기 때문이다.

하지만 실제 우주는 평면이 아니라 3차원 공간이다. 달의 궤도가 조금 기울어져 있다는 사실을 함께 생각해야 월식이 매달 발생하지 않는 이유가 보인다.

월식이 일어나는 특별한 지점, 교점

달의 궤도는 황도면과 기울어져 있지만 두 궤도면이 만나는 지점이 있다.

이 지점을 교점이라고 부른다.

달이 황도면 아래쪽에서 위쪽으로 올라가며 통과하는 지점을 승교점, 위쪽에서 아래쪽으로 내려가며 통과하는 지점을 강교점이라고 한다.

월식이 일어나려면 보름달이 되는 시점과 달이 이 교점 부근을 지나가는 시점이 서로 가까워야 한다.

즉 월식에는 두 가지 조건이 필요하다.

첫째, 달이 보름달이어야 한다.

둘째, 달이 자신의 궤도에서 황도면과 만나는 교점 근처에 있어야 한다.

보름달이라고 해서 항상 교점 부근에 있는 것은 아니다. 그래서 어떤 달에는 보름달만 나타나고 월식은 발생하지 않는다.

반대로 조건이 정확하게 맞으면 달이 지구 그림자의 중심에 가까운 곳을 지나면서 개기월식이 나타날 수 있다.

조금 어긋나면 달의 일부만 지구의 본그림자에 들어가는 부분월식이 발생할 수 있다.

이 원리를 이해하면 일식이 매달 나타나지 않는 이유도 자연스럽게 연결된다. 일식은 신월일 때 달이 태양과 지구 사이에 놓이고 동시에 교점 부근을 지나야 발생한다.

개기월식 때 달은 왜 붉게 보일까

개기월식이 진행될 때 달은 완전히 사라지지 않고 붉거나 구리빛에 가까운 색으로 보이는 경우가 많다.

지구의 본그림자 안에 들어가면 태양빛이 완전히 차단될 것 같은데 왜 달이 붉게 보이는 것일까.

그 이유는 지구의 대기에 있다.

태양빛이 지구 대기를 통과할 때 짧은 파장의 푸른빛은 대기에서 여러 방향으로 많이 산란된다. 반면 상대적으로 긴 파장의 붉은빛은 대기를 더 잘 통과한다.

지구 가장자리를 스쳐 지나간 붉은빛 일부는 대기에 의해 굴절되어 지구 그림자 내부까지 들어갈 수 있다.

이 빛이 달 표면에 도달해 다시 지구로 반사되면서 개기월식 중인 달이 붉게 보인다.

우리가 일몰이나 일출 때 태양 주변이 붉게 보이는 현상과 어느 정도 비슷한 원리가 작용한다고 생각하면 이해하기 쉽다.

다만 월식 때마다 달의 색과 밝기가 완전히 같은 것은 아니다. 지구 대기의 상태나 먼지, 구름, 화산재 등 여러 조건에 따라 달의 색과 어두운 정도가 조금씩 달라질 수 있다.

그래서 월식은 단순히 달이 가려지는 현상뿐 아니라 지구 대기를 간접적으로 보여주는 천문 현상이기도 하다.

월식은 맨눈으로도 관찰하기 좋은 천문 현상이다

천문 현상이라고 하면 망원경이 꼭 필요하다고 생각하기 쉽지만 월식은 비교적 관찰이 쉬운 편에 속한다.

월식은 달 전체 또는 상당 부분에서 일어나는 변화이기 때문에 맨눈으로도 충분히 볼 수 있다.

특히 개기월식은 달의 밝기와 색이 시간에 따라 눈에 띄게 변하기 때문에 천문 관측을 처음 해보는 사람도 변화 과정을 따라가기 쉽다.

관찰할 때는 월식의 시작 순간만 보는 것보다 일정한 간격으로 달의 모습을 기록해 보는 것이 좋다.

예를 들어 10분이나 20분 간격으로 달이 얼마나 가려졌는지 메모하거나 사진을 남기면 지구 그림자가 달 표면을 이동하는 모습을 확인할 수 있다.

사진을 찍을 때도 반드시 고성능 카메라가 필요한 것은 아니다. 스마트폰으로 촬영하더라도 달의 세밀한 지형보다는 밝기와 색이 어떻게 변하는지 비교하는 데 초점을 맞추면 좋은 기록이 될 수 있다.

또 월식은 일식과 달리 특별한 눈 보호 장비 없이 맨눈으로 관찰할 수 있다.

일식은 태양을 직접 바라보는 현상이기 때문에 적절한 태양 관측용 필터가 반드시 필요하지만, 월식은 달을 보는 것이므로 평소 보름달을 바라보는 것과 같은 방식으로 관찰할 수 있다.

월식이 반복되는 데에도 일정한 규칙이 있다

월식은 아무 때나 무작위로 발생하는 것처럼 보이지만 실제로는 달의 공전과 교점의 움직임에 따라 일정한 패턴을 보인다.

달이 교점 부근에 있는 시기에 태양도 적절한 방향에 위치하면 일식이나 월식이 발생할 수 있다. 이런 시기를 식 계절이라고 부르기도 한다.

달의 궤도 자체도 완전히 고정되어 있지는 않다. 교점의 위치가 오랜 시간에 걸쳐 조금씩 이동하기 때문에 일식과 월식의 반복 패턴도 이러한 움직임의 영향을 받는다.

고대부터 사람들은 천문 현상을 꾸준히 기록하면서 이러한 반복성을 발견했다.

대표적으로 알려진 것이 사로스 주기다. 약 18년 정도가 지나면 태양과 지구, 달의 상대적 위치가 비슷해져 유사한 형태의 일식이나 월식이 다시 나타날 수 있다.

물론 같은 장소에서 정확히 동일한 모습으로 관측되는 것은 아니다. 지구의 자전과 위치 차이 때문에 실제 관측 지역이나 시간에는 차이가 생긴다.

이처럼 월식의 반복성을 살펴보면 과거 사람들이 천체의 움직임을 얼마나 오랫동안 관찰하고 기록했는지도 짐작할 수 있다.

마무리

보름달은 거의 매달 나타나지만 월식은 매달 발생하지 않는다.

가장 중요한 이유는 달의 공전 궤도가 지구의 공전 궤도면과 약 5도 기울어져 있기 때문이다. 대부분의 보름달 때 달은 지구 그림자의 위쪽이나 아래쪽을 지나간다.

월식이 일어나려면 보름달이 되는 동시에 달이 황도면과 자신의 궤도가 만나는 교점 부근에 위치해야 한다.

조건이 맞을 때만 달이 지구의 그림자 속으로 들어가 월식이 나타난다.

이 사실을 알고 밤하늘을 바라보면 보름달 역시 단순히 둥근 달 하나로 보이지 않는다. 달이 지금 자신의 궤도에서 어디쯤 지나고 있는지, 지구 그림자와 얼마나 떨어져 있는지를 생각해 볼 수 있기 때문이다.

달을 꾸준히 관찰하다 보면 평범한 보름달과 특별한 월식 모두 같은 천체 운동의 연장선에 있다는 점이 흥미롭게 느껴진다.

FAQ:

Q1. 보름달이 뜰 때마다 월식이 일어나지 않는 이유는 무엇인가요?

달의 공전 궤도가 지구의 공전 궤도면과 약 5도 기울어져 있기 때문이다. 대부분의 보름달 때 달은 지구 그림자의 위나 아래를 지나간다. 보름달이면서 동시에 달이 궤도의 교점 부근에 있어야 월식이 발생한다.

Q2. 개기월식 때 달은 왜 붉게 보이나요?

지구 대기를 통과한 태양빛 가운데 붉은 계열의 빛이 대기에서 굴절되어 지구 그림자 안쪽까지 도달하기 때문이다. 이 붉은빛이 달 표면에서 반사되면서 개기월식 중인 달이 붉거나 구리빛으로 보일 수 있다.

Q3. 월식은 맨눈으로 봐도 괜찮나요?

그렇다. 월식은 달을 관찰하는 현상이므로 특별한 눈 보호 장비 없이 맨눈으로 볼 수 있다. 태양을 직접 바라봐야 하는 일식과는 다르다. 다만 쌍안경이나 망원경을 사용하면 달 표면에서 지구 그림자의 경계가 이동하는 모습을 더 자세히 관찰할 수 있다.