달과 조석

대부분의 해안에는 하루에 두 번, 약 12시간 25분 간격으로 밀물이 듭니다.

불룩한 곳은 하나가 아니라 둘

바닷가에 하루 종일 서 있어 보면 바닷물이 두 번 들어왔다가 두 번 빠져나갑니다. NASA는 그 이유를 이렇게 설명합니다. 달의 중력은 지구의 모든 부분을 끌어당기지만, 모든 부분을 똑같은 세기로 당기지는 않습니다. 달은 자기에게 가장 가까운 쪽을 가장 세게 당기고, 지구의 중심은 그보다 약하게 당기며, 반대쪽은 가장 약하게 당깁니다. 그래서 달에 가까운 쪽의 바닷물은 단단한 지구보다 달 쪽으로 더 많이 끌려갑니다. 또 단단한 지구는 반대쪽 바닷물보다 더 많이 끌려갑니다. 그 결과 지구는 지구와 달을 잇는 방향으로 늘어나고, 바닷물은 두 곳에 불룩하게 모입니다. 하나는 달을 향한 쪽이고, 다른 하나는 그 반대쪽입니다.

모형의 흰 화살표는 이렇게 당기는 힘의 차이를 보여 주는데, 이 힘을 조석력이라고 부릅니다. 달 바로 아래와 그 반대쪽에서는 화살표가 지구 중심에서 바깥쪽을 향합니다. 그 둘의 중간쯤에서는 화살표가 안쪽을 향합니다. NASA는 여기에 알기 쉬운 비유를 하나 덧붙입니다. 탁자 위에 쏟은 물처럼, 바닷물은 위로 들어 올리기보다 옆으로 밀기가 훨씬 쉽다는 것입니다. 그래서 조석력은 주로 바닷물을 표면을 따라 옆으로 밀어서, 물이 두 곳의 불룩한 부분에 모이게 합니다. 지구가 자전하면 해안마다 불룩한 두 곳과 낮은 두 곳을 차례로 지나가게 됩니다. 그래서 하루에 밀물이 두 번, 썰물이 두 번 생깁니다.

조석이 날마다 50분씩 늦어지는 이유

밀물과 밀물 사이의 간격은 정확히 12시간이 아닙니다. 지구가 한 바퀴 자전하는 동안 달도 같은 방향으로 궤도를 따라 앞으로 나아갑니다. 그래서 어느 해안이 다시 달 아래로 돌아오려면 약 50분이 더 걸립니다. 달 아래로 다시 돌아오는 한 주기는 약 24시간 50분이고, 그 안에 있는 두 번의 밀물은 약 12시간 25분 간격으로 찾아옵니다. NASA는 불룩한 부분이 달과 정확히 일직선으로 놓여 있지 않다는 것도 짚어 줍니다. 지구의 자전이 불룩한 부분을 조금 앞쪽으로 끌고 가기 때문입니다. 실제 해안에서는 만의 모양에서부터 바다의 깊이까지 여러 조건이 더해집니다. 그래서 실제로 바닷가에 갈 때에는 여전히 그 지역의 조석표를 봐야 합니다.

태양도 거듭니다: 사리와 조금

태양도 조석을 일으킵니다. NASA에 따르면 태양은 달보다 질량이 약 2,700만 배나 크지만, 달보다 약 390배 멀리 떨어져 있습니다. 그래서 태양이 조석을 일으키는 힘은 달의 절반이 조금 안 됩니다. 거리가 이렇게 크게 작용하는 데에는 이유가 있습니다. 조석은 지구의 양쪽에서 당기는 힘의 차이에서 생기는데, 그 차이는 거리의 세제곱에 반비례해서 줄어들기 때문입니다. 계산하면 27,000,000 ÷ 390³ ≈ 0.46입니다. 삭과 보름에는 태양과 달이 한 줄로 서기 때문에 두 불룩한 부분이 서로 더해집니다. 그러면 밀물은 더 높아지고 썰물은 더 낮아지는데, 이것을 사리라고 부릅니다. 영어 이름 spring tide는 봄이라는 계절과는 아무 관계가 없습니다. 상현과 하현에는 태양과 달이 서로 직각 방향으로 당기기 때문에 일부가 상쇄됩니다. 그러면 밀물과 썰물의 차이가 작은 조금이 됩니다.

모형의 숫자 창은 달 하나만 있을 때의 조석을 1로 놓고 조석의 크기를 보여 줍니다. 한 줄로 선 태양의 조석 0.46을 여기에 더하면 사리 때는 1.46이 됩니다. 직각으로 당길 때는 두 힘이 일부 상쇄되어 조금 때 0.54가 됩니다. 그래서 이 간단한 모형에서는 사리가 조금보다 약 2.7배 큽니다. 실제 비율은 해안마다 다릅니다. 조석은 단단한 암석에서도 일어납니다. NASA에 따르면 단단한 지구도 조금씩 늘어납니다. 또 지구가 당기는 힘 때문에 달 표면도 약 10~15 cm씩 오르내립니다. 그래서 아폴로 반사경까지 레이저로 거리를 잴 때에도 이 움직임을 계산에 넣어야 합니다.