달

1.1 개요

지구의 유일한 자연위성이자 밤하늘에서 가장 밝게 빛나는 천체이다. 인류가 직접 발을 밟아본 지구 외의 유일한 천체라는 타이틀을 가지고 있다. 겉보기 등급은 만월 기준으로 약 -12.74에 달하여 태양 다음으로 밝게 보인다. 스스로 빛을 내는 광성이 아니며 태양광을 반사하여 빛나는데, 실제 알베도(반사율)는 약 12% 수준으로 아스팔트나 어두운 바위 정도로 꽤 어두운 편이다.^{[1]실제 달 표면에 떨어진 햇빛의 반사율은 12% 정도로, 검은색에 가까운 아스팔트 콘크리트 도로나 어두운 암석 표면과 거의 유사하다. 단지 깜깜한 우주 공간을 배경으로 태양광을 직접 받기 때문에 지구에서 유독 밝게 보일 뿐이다.} 그럼에도 밤하늘에서 밝게 보이는 이유는 지구와 매우 가깝고 주변 밤하늘이 워낙 어둡기 때문이다.

태양계의 다른 위성들과 비교했을 때 모행성 대비 크기 비율이 기형적일 정도로 크다는 독특한 특징이 있다. 목성이나 토성의 거대 위성들에 비하면 절대적인 크기는 작지만, 지구 크기의 약 4분의 1에 달하며 질량은 지구의 약 81분의 1이다. 이로 인해 지구-달 계를 단순한 행성-위성 관계가 아닌 이중 행성계로 보아야 한다는 주장이 꾸준히 제기될 정도이다.

1.2 형성 및 진화

달의 탄생 과정에 대해서는 다양한 학설이 존재했으나, 현재 학계에서 가장 유력하게 인정받는 것은 테이아 충돌설, 즉 대충돌 설이다. 지구 형성 초기인 약 45억 년 전, 화성 크기의 천체인 테이아(Theia)가 원시 지구와 비스듬히 충돌하였고, 이때 튕겨 나간 지구의 지각과 테이아의 파편들이 지구 주변 궤도에 모여 부착 과정을 거치면서 형성되었다는 이론이다. 이 학설은 달의 핵이 크기에 비해 매우 작다는 점과 달과 지구 지각의 산소 동위원소 비가 거의 일치한다는 점을 명쾌하게 설명해 준다.

형성 직후의 달은 마그마의 바다로 덮여 있었으나 시간이 지나며 식어갔다. 약 38억 년 전에서 41억 년 전 사이에 일어난 운석 대폭격기를 거치며 수많은 거대 운석 구덩이가 형성되었고, 이때 갈라진 지각 틈새로 용암이 뿜어져 나와 움푹 파인 대지를 채웠다. 이것이 오늘날 우리가 보는 어두운 바다 지형의 기원이다. 이후 내부 열원이 식으면서 화산 활동은 정지되었고 현재는 지질학적으로 거의 죽은 천체에 가까운 상태를 유지하고 있다.

1.3 물리적 및 궤도 특성

지구와의 평균 거리는 약 38만 4,400km로, 이는 지구 지름의 약 30배에 해당하는 거리이다. 공전 궤도는 완벽한 원형이 아닌 약간 일그러진 타원 궤도를 그리며, 이로 인해 지구와 가장 가까워지는 근지점과 가장 멀어지는 원지점이 존재한다. 근지점에서 만월이 될 때를 흔히 미디어에서 슈퍼문이라 부른다.^{[2]슈퍼문(Supermoon)은 천문학의 공식 학술 용어가 아니며, 1979년 점성가 리처드 놀이 만든 용어가 미디어를 통해 퍼지면서 대중적으로 정착되었다. 천문학에서는 '근지점 삭망(perigee-syzygy)'이라고 부른다.}

달의 가장 중요한 궤도적 특성은 조석 고정이다. 지구의 중력으로 인한 조석력 때문에 달의 자기 회전 주기(자전 주기)와 지구를 돌 궤도 회전 주기(공전 주기)가 27.3일로 완전히 일치한다. 이로 인해 지구에서는 항상 달의 앞면만을 볼 수 있으며, 뒷면은 인공위성이나 탐사선을 보내지 않는 한 지구상에서 직접 관측하는 것이 불가능하다.^{[3]달의 자전 주기와 공전 주기가 같아 지구에서는 항상 앞면만 보이지만, 실제로는 달의 약간 흔들리는 운동(장동 및 수평 시차) 덕분에 지구에서 볼 수 있는 달 표면 영역은 전체의 약 59%에 달한다.}

대기가 거의 존재하지 않는 진공 상태에 가깝다. 질량이 작아 기체를 잡아둘 중력이 부족하기 때문이다. 이 때문에 기상 현상이 전혀 일어나지 않으며, 운석이 대기권에서 타지 않고 그대로 수직 하강하여 표면에 충돌하므로 운석구(크레이터)가 훼손되지 않고 원형 그대로 보존된다. 대기가 없기 때문에 열을 보존하지 못해 낮에는 영상 120도까지 올라가고 밤에는 영하 130도 이하로 떨어지는 극단적인 일교차를 보인다. 표면 중력은 지구의 약 6분의 1 수준이다.

1.4 지형 및 환경

지형은 크게 빛을 잘 반사하여 밝게 보이는 고지와 상대적으로 어둡고 평탄하게 보이는 바다로 나뉜다.

고지는 사장석 계열의 암석으로 이루어져 있어 흰색에 가깝게 보이며, 달의 형성과 함께 생겨난 오래된 지형이다. 이곳에는 수많은 운석 충돌구가 빽빽하게 밀집되어 있다. 반면 바다는 현무암질 용암이 굳어져 만들어진 평원 지대로, 철과 타이타늄 함량이 높아 어둡게 보인다. 실제로 물이 존재하는 바다가 아니며 과거 인류가 바다로 착각하여 붙인 이름이 정착된 것이다.^{[4]17세기 천문학자 갈릴레오 갈릴레이와 칠레오 등 초기 관측자들은 망원경으로 달 표면의 어둡고 평평한 지형을 보고 물이 차 있는 바다(Mare)라고 착각해 이름을 붙였다.} 달의 앞면은 바다 비율이 높은 편이나, 뒷면은 바다가 거의 없고 대부분 두꺼운 지각의 고지대와 크레이터로만 이루어져 있어 앞뒷면의 지형 차이가 극명하다.

극지방, 특히 남극과 북극의 깊은 크레이터 내부에는 영원히 햇빛이 들지 않는 영구 음영 지역이 존재한다. 이곳은 우주 탄생 초기 수준의 극저온이 유지되며, 대량의 수증기 비축물, 즉 수평선 아래 묻힌 얼음 형태로 물이 존재한다는 것이 확인되었다. 이는 향후 달 기지 건설 및 유인 탐사에 있어 매우 중요한 자원으로 평가받는다.

1.5 지구에 미치는 영향

지구의 환경과 생태계 유지에 절대적인 역할을 수행하고 있다. 대표적인 것이 조석 현상이다. 달의 중력은 지구의 바닷물을 끌어당겨 밀물과 썰물을 만들어내며, 이는 연안 생태계의 다양성을 유지하고 바닷물의 순환을 돕는 결정적인 원동력이 된다.

또한 달은 지구의 자전축을 안정시키는 훌륭한 추 역할을 한다. 달이 존재함으로써 지구의 자전축은 약 23.5도의 기울기를 안정적으로 유지할 수 있으며, 이 덕분에 지구에 급격한 기후 변화 없이 사계절이 정기적으로 순환할 수 있다. 만약 달이 없다면 지구의 자전축은 목성이나 다른 행성의 중력 간섭으로 인해 무작위로 흔들려 생명체가 살기 힘든 극단적인 기후가 되었을 가능성이 높다.

현재도 지구와의 조석 마찰로 인해 지구의 자전 에너지를 흡수하면서 일년에 약 3.8cm씩 지구로부터 조금씩 멀어지고 있다. 먼 미래에는 지구에서 보는 달의 크기가 작아져 개기일식을 볼 수 없게 되는 시대가 도래할 예정이다.

1.6 탐사 역사 및 전망

인류의 우주 탐사 역사에서 가장 핵심적인 이정표 역할을 해왔다. 냉전 시대 미국과 소련의 우주 경쟁의 중심에 서 있었으며, 1959년 소련의 루나 2호가 최초로 달 표면에 도달하였고 루나 3호가 최초로 달의 뒷면을 촬영하는 데 성공했다.^{[5]https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=1959-008A — 1959년 10월 7일 소련의 루나 3호가 촬영하여 지구로 전송한 달 뒷면 사진은 인류가 최초로 확인한 달의 뒷모습이었으며, 지구에서 보이는 바다 지형과 달리 크레이터로 가득 찬 황량한 모습이어서 당시 과학계에 큰 충격을 주었다.}

이후 미국의 아폴로 계획을 통해 인류는 달에 직접 발을 디디게 된다. 1969년 7월 21일 아폴로 11호의 닐 암스트롱과 버즈 올드린이 달의 바다 지형인 '정적의 바다'에 내림으로써 인류는 지구 외 천체에 발을 밟은 유일한 종이 되었다.^{[6]https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/apollo11.html — 닐 암스트롱이 달 표면에 발을 내디디며 남긴 "이것은 한 인간에게는 작은 한 걸음이지만, 인류에게는 위대한 도약이다"라는 말은 우주 탐사 역사상 가장 유명한 발언으로 남아 있다.} 아폴로 17호까지 총 12명의 우주비행사가 달 표면을 거닐었으며, 수백 킬로그램에 달하는 달의 월석과 토양 샘플을 지구로 가져와 달의 비밀을 파헤치는 데 결정적인 기여를 했다.

21세기에 들어서며 중국, 인도, 일본, 한국 등 신흥 우주 강국들이 달 탐사에 적극적으로 참여하고 있다. 특히 중국은 창어 4호를 통해 인류 최초로 달 뒷면 착륙에 성공하였고, 창어 5호와 6호를 통해 앞면과 뒷면의 토양 샘플을 연달아 지구로 가져오는 성과를 올렸다. 미국은 심우주 탐사를 위한 전진 기지 구축 및 상주 기지 건설을 목표로 하는 국제 협력 프로그램인 아르테미스 계획을 추진 중이며, 민간 우주 기업들의 달 상업적 탐사 참여도 활발히 이루어지고 있다.

2.1 개요

인류가 시간의 흐름을 인지하고 기록하기 시작한 이래 가장 직관적으로 사용해 온 시간 단위 중 하나이다. 1년보다 짧고 1일보다 긴 중간 단계의 시간 단위가 필요해지면서 등장했다. 한자어로는 '월(月)'이라고 부르며, 영어로는 'Month'라고 한다. 기본적으로 달의 위성인 달(Moon)의 주기적 변화인 삭망월에서 유래했기 때문에 언어적·개념적으로 위성 달과 불가분의 관계를 맺고 있다. 현대 인류가 공통으로 사용하는 그리구리력 기준 1년은 12개의 달로 나뉘며, 각 달은 28일에서 31일의 길이를 가진다.

2.2 유래와 천문학적 배경

달이라는 단위의 원형은 밤하늘에 떠 있는 달의 모양이 변하는 주기, 즉 삭망월이다. 달이 신월(삭)에서 출발하여 상현, 망(보름달), 하현을 거쳐 다시 신월로 돌아오는 데 걸리는 시간은 평균적으로 약 29.53059일이다.

고대 인류에게 밤하늘에서 가장 눈에 띄는 변화는 단연 달의 차고 기울음이었기에, 이를 기반으로 날짜를 세는 태음력이 자연스럽게 발달했다. 하지만 달의 주기인 29.5일을 기일 단위로 딱 맞추기 어려웠기 때문에, 29일인 달(소월)과 30일인 달(대월)을 번갈아 배치하는 방식으로 오차를 조정했다.

문제는 달의 변화를 기준으로 삼는 태음력의 12개월(약 354일)이 지구가 태양을 한 바퀴 도는 계절 주기인 태양시(약 365.2422일)와 약 11일 정도 차이가 난다는 점이었다. 이로 인해 계절과 달의 이름이 점점 어긋나는 현상이 발생했고, 이를 해결하기 위해 윤달을 넣는 태음태양력이나, 달의 위성 변화를 포기하고 태양의 움직임에 맞추어 달의 길이를 강제로 고정한 태양력이 등장하게 되었다.

2.3 현대 달력에서의 구분

현재 전 세계적으로 통용되는 그리구리력은 태양력에 해당하며, 달의 위성 변화와는 완전히 탈피한 상태이다. 과거 로마 달력의 복잡한 정치적, 종교적 역사와 율리우스 카이사르, 아우구스투스의 개정을 거치면서 각 달의 길이가 불규칙하게 확정되었다.

1월, 3월, 5월, 7월, 8월, 10월, 12월은 31일까지 존재하며 이를 큰달이라고 부른다. 4월, 6월, 9월, 11월은 30일까지 존재하여 작은달이라고 부른다. 2월은 매우 예외적인 달로, 평년에는 28일이지만 윤년에는 29일이 된다.^{[7]2월의 날짜 수가 다른 달보다 적은 이유는 고대 로마 달력이 3월을 한 해의 시작으로 삼아 마지막 달이었던 2월에서 남은 날짜를 조율하고 깎아냈던 역사적 잔재 때문이다.} 이러한 불규칙한 날짜 배치는 직관적이지 않아 달력을 외우는 별도의 셈법이나 손가락 마디를 이용한 확인법이 전해지기도 한다.

반면 동양의 전통 달력이나 이슬람력 같은 태음력 및 태음태양력에서는 여전히 달의 실제 위성 변화를 기준으로 달을 계산한다. 이슬람력의 경우 순수한 태음력이므로 매년 계절과 달의 시기가 조금씩 앞당겨지는 특징이 있다.

2.4 문화적·사회적 의미

인류 사회의 경제 활동과 행정 시스템은 기본적으로 달을 단위로 돌아간다. 노동에 대한 대가인 월급, 부동산 임대료인 월세, 각종 구독 서비스의 이용료 등 현대 사회의 금융 및 계약 체계 대부분이 1개월을 최소 기본 주기로 설정하고 있다.

기상학이나 통계학에서도 계절의 변화와 경제 지표를 분석할 때 달 단위의 데이터를 집계한다. 교육 기관의 학기 구분이나 기업의 분기 실적 발표 역시 몇 개의 달을 묶어 계산하는 방식을 취한다.

생물학적으로는 여성의 생리 주기나 인간의 임신 기간(약 10개월) 등 인체의 생체 주기와도 깊은 연관성을 지닌다. 이 때문에 고대 문화권에서는 달을 여성성, 풍요, 그리고 순환의 상징으로 여겨왔다.

3.1 지구와의 동주기 자전 및 '달의 뒷면'에 관한 오해

달은 지구와의 중력 작용으로 인해 자전 주기와 공전 주기가 약 27.3일로 완전히 일치하는 조석 고정(Tidal Locking) 상태에 있다. 이로 인해 지구에서는 항상 달의 한쪽 면만을 바라보게 된다. 흔히 매체에서 달의 반대편을 '달의 어두운 면(Dark Side of the Moon)'으로 부르며 영구적인 암흑지대로 묘사하곤 하지만, 이는 명백한 오류다.^{[8]록 밴드 핑크 플로이드의 명반 《The Dark Side of the Moon》 등으로 인해 '달의 어두운 면'이라는 표현이 유명해졌으나, 이는 지구에서 보이지 않는 미지의 면을 뜻할 뿐 실제로 빛이 들지 않는 음지는 아니다.} 지구에서 보이지 않을 뿐, 달의 뒷면 역시 공전 과정에서 지구와 마찬가지로 태양빛을 받으며 낮과 밤이 반복된다. 단지 지구에서는 영원히 그 모습을 직접 관측할 수 없을 뿐이다.

3.2 달의 이탈과 지구 환경의 거시적 변화

달은 현재도 미세한 조석 마찰로 인해 매년 약 3.8cm씩 지구로부터 멀어지고 있다. 먼 미래에 달이 지구와 충분히 멀어지게 되면 지구의 자전축倾(경사)을 안정적으로 잡아주던 중력적 앵커 역할이 약화될 것으로 예상된다. 이는 지구의 자전축을 불안정하게 만들어 극단적인 기후 변화를 초래할 수 있다. 또한, 달이 멀어짐에 따라 지구의 자전 속도가 느려져 미래 지구의 하루는 24시간보다 길어지게 되며, 개기일식 때 달이 태양을 완전히 가리는 현상도 더 이상 볼 수 없게 된다.

3.3 '달(Month)' 개념의 언어학적·역법적 유래

인류가 사용하는 시간의 단위인 '월(月, Month)'은 문자 그대로 달의 운행 주기에서 유래한 개념이다. 달이 차고 기울어지는 신망주기(약 29.53일)는 인류가 선사시대부터 인식할 수 있었던 가장 직관적인 천문 현상이었으며, 이를 기반으로 태음력이 제정되었다. 언어학적으로도 한국어의 '달'이 시간의 단위를 동시에 의미하듯, 영어의 'Month' 역시 'Moon'과 같은 원시 인도유럽어 뿌리(*mēns-)에서 파생되었다.^{[9]영어의 Month와 Moon, 게르만어파의 달 관련 어휘들은 모두 시간이나 길이를 '측정하다'라는 뜻을 가진 원시 인도유럽어 어근 *mēns-에서 유래했다.} 즉, 문명사적 관점에서 '달'은 인류가 시간을 체계화하는 데 가장 결정적인 기여를 한 천체라 할 수 있다.

3.4 레골리스(Moon Dust)의 폭발적 위험성과 물리적 특성

달 표면을 덮고 있는 미세한 먼지인 '레골리스(Regolith)'는 지구의 일반적인 흙과 완전히 다른 물리적 특성을 지닌다. 대기와 물에 의한 풍화 작용이 전혀 없었기 때문에, 레골리스 입자들은 유리의 파편처럼 매우 날카롭고 거친 형태를 유지하고 있다. 아폴로 계획 당시 우주비행사들은 이 먼지가 우주복에 부착되어 기봉을 손상시키거나, 실내로 유입되어 호흡기 질환(소위 '달가루 알레르기')을 유발하는 등 실질적인 생존 위협을 경험했다.^{[10]아폴로 17호의 비행사 해리슨 슈미트는 달 표면 탐사 후 선내로 들어와 우주복에 묻은 먼지를 마신 뒤 꽃가루 알레르기와 유사한 증상을 겪으며 이를 '달가루 열병(Lunar hay fever)'이라 불렀다.} 향후 달 기지 건설 및 탐사에서 가장 해결하기 어려운 공학적 난제 중 하나로 꼽힌다.

3.5 지구-달 시스템의 질량심과 '쌍둥이 행성' 논쟁

일반적으로 달은 지구의 위성으로 분류되나, 전체 천체 시스템의 관점에서는 다소 독특한 위상을 지닌다. 지구 대비 달의 질량 비(약 1:81)와 반지름 비(약 1:4)는 태양계 내 다른 행성과 그 위성들의 비율에 비해 비정상적으로 크다. 이로 인해 지구와 달의 공통 질량중심(Barycenter)은 지구 중심이 아닌, 지구 표면 근처(지표면 아래 약 1,700km 지점)에 형성되어 있다. 이러한 독특한 물리적 특성 때문에 일각에서는 지구와 달을 단순한 '행성과 위성' 관계가 아닌 '이중 행성계(Double Planet System)'로 보아야 한다는 주장이 꾸준히 제기되고 있다.