달은 왜 같은 면만 보일까

달은 지구를 한 바퀴 도는 27.3일 동안 자기 축으로도 꼭 한 바퀴 돕니다.

달도 자전합니다

밤마다 똑같은 어두운 평원 무늬가 우리 쪽을 향하고 있다 보니, 달은 자전하지 않는다고 말하는 사람이 많습니다. 그러나 사실 달도 자전을 합니다. 다만 아주 느리게 돌 뿐입니다. NASA 자료집에 따르면 달의 항성 자전 주기는 655.72시간, 즉 27.32일입니다. 이것은 별을 기준으로 달이 지구를 한 바퀴 도는 시간과 같습니다. 자전과 공전이 서로 보조를 맞추기 때문에, 지구를 향한 면이 언제나 지구를 향하게 됩니다. NASA는 이것을 짝을 늘 바라본 채로 그 둘레를 도는 무용수에 비유합니다.

이것은 의자 하나로 직접 확인할 수 있습니다. 의자를 계속 바라본 채로 의자 둘레를 한 바퀴 걸어 보세요. 다 돌고 나면 방의 네 벽을 한 번씩 다 바라보게 되므로, 여러분의 몸도 한 바퀴 돈 셈입니다. 이번에는 한쪽 벽만 계속 바라본 채 의자 둘레를 다시 돌아 보세요. 그러면 의자는 여러분의 앞, 한쪽 옆, 등, 반대쪽 옆을 차례로 보게 됩니다. 이 두 번째 걷기가 자전하지 않는 달이 하는 움직임입니다. 모형에서 「달의 자전」을 끄면 빨간 점이 시야 밖으로 밀려나 사라집니다. 아래 창의 작은 달에서도 어두운 평원 무늬가 뒤쪽으로 돌아가는 것을 볼 수 있습니다.

달이 이렇게 묶인 과정

이렇게 맞물린 움직임을 동주기 자전 또는 조석 고정이라고 부릅니다. NASA에 따르면 이것은 흔한 일입니다. 태양계의 큰 위성들은 모두 자기 행성에 조석 고정되어 있습니다. 우리 달의 경우에는 이 일이 아주 일찍 시작되었습니다. 어린 달은 뜨겁고 일부가 녹아 있었으며, 지금보다 지구에 훨씬 가까웠고 빠르게 자전하고 있었습니다. 지구의 중력은 달을 럭비공처럼 살짝 늘여 놓았고, 그래서 대략 지구 쪽을 향한 불룩한 부분이 생겼습니다. 달이 돌면 이 불룩한 부분도 암석 속을 지나 옮겨 가야 했는데, 언제나 조금씩 뒤처졌습니다. 중력은 그 불룩한 부분을 계속 지구 쪽으로 되돌리려 했고, 이렇게 끊임없이 휘어지는 동안 자전 에너지가 열로 바뀌어 빠져나갔습니다.

자전은 한 바퀴 자전하는 시간이 공전 한 바퀴와 똑같아질 때까지 계속 느려졌습니다. 그 순간부터 불룩한 부분은 더 이상 암석 속을 옮겨 다닐 필요가 없어졌습니다. 그래서 열이 더 생기지 않았고, 자전 속도도 더는 바뀌지 않았습니다. 같은 줄다리기가 이번에는 달과 지구의 바다 사이에서 지금도 이어지고 있습니다. 그 결과 지구의 자전은 아주 조금씩 느려지고, 달은 1년에 약 3.8 cm씩 바깥으로 밀려납니다. NASA는 지구와 달이 태양의 죽음을 어떻게든 견뎌 낸다면, 약 500억 년 뒤에는 지구도 달에 고정될 것이라고 추정합니다. 그때가 되면 세계의 절반에서만 달을 볼 수 있습니다. 명왕성과 그 위성 카론은 이미 서로 그런 상태에 도달해 있습니다.

절반보다 조금 더

NASA 시각화 스튜디오에 따르면 우리는 한 달 동안 실제로 달 표면의 약 59%를 봅니다. 절반보다 더 보이는 부분은 칭동이라는 느린 흔들림에서 옵니다. 칭동의 원인은 크게 셋입니다. 첫째, 궤도가 타원이라서 달은 근지점 근처에서는 빠르게, 원지점 근처에서는 느리게 움직이지만 자전 속도는 일정합니다. 그래서 자전이 공전보다 조금 뒤처지거나 조금 앞서게 되고, 우리는 동쪽이나 서쪽 가장자리 너머를 엿보게 됩니다. 둘째, 달의 자전축이 공전 궤도에 대해 약 6.7° 기울어 있어서 어떤 때는 북극 너머를, 어떤 때는 남극 아래를 조금 더 보게 됩니다. 셋째, 지구 자체의 기울기 때문에 달이 메트로놈처럼 한쪽으로 기울었다가 다시 반대쪽으로 기우는 것처럼 보입니다.