지구의 친구 달이 없다면?

SCIENCE WAVE

 

 

지구는 우주의 패러다이스 – 6

인간이 살기에 지구보다 좋은 행성이 없는데도 사람들은 지구의 고마움을 생각하지 않는다. 생명의 파라다이스인 지구의 은총을 소개하는 시리즈–6이다.

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달을 노래하는 아름다운 시와 노래가 수없이 많다. 전등이 없던 시대의 사람들은 밤마다 달을 바라보며 사랑했다. 그러나 조명등이 밝은 문명 세계에 살게 되면서 사람들은 천상에 지상을 비추는 달이 있다는 사실을 거의 잊어버리고 지낸다. 곧 정월 대보름날이다. 달이 지구인에게 얼마나 고마운 존재인지 잠시 생각해보자.

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지구가 우주 공간 어디를 가든지 달은 변함없이 놓지 않고 따라다니며 빙빙 돌고 있다. 지구로부터 평균 384,400km 거리를 유지하면서 회전하는 1개의 달이 없다면, 지구는 인류가 사는 패러다이스가 절대 되지 못할 것이다. 달은 언제 어떻게 생겨났고, 인류의 삶에 어떤 은혜를 베풀고 있을까?

 

 

 

지구와 달 사이의 거리는 지구 직경의 약 30배이다. 달은 태양과 지구 사이의 중력과 운동역학의 신비스런 균형에 의해 항상 같은 거리에서 지구를 돈다. 달의 직경은 지구 직경의 약 4분의 1인 3,474km이고, 질량은 지구 질량의 81분의 1(약 1.2%)이다. 지구가 가진 중력의 6분의 1에 불과하지만, 지구와 가까운 달의 중력은 유동하는 바닷물을 끌어당겨 하루에 2차례씩 조석(潮汐) 현상이 일어나게 한다.

 

 

달의 탄생은 퍼즐

달이 어떤 과정으로 탄생하게 되었는지에 대해서는 이론으로만 설명되고 있다. 과학자들은 45억 4,000만 년 전 지구가 탄생하고 얼마 지나지 않아 아직 불덩어리 상태일 때, 화성 크기의 행성 하나가 지구와 충돌했고, 그때 두 천체에서 튀어나온 잔해들이 지구 주변에서 뭉쳐져 달이 되었다고 생각한다. 그때가 45억 1,000만 년 전이라고 한다.

 

 

 

달의 탄생을 상상한 영상이다. 지구와 충돌했던 가상의 천체에 대해 과학자들은 데이어( Theia )라는 이름이 붙이고 있다. 데이어는 그리스 신화에 나오는 달의 여신 셀렌( Selene )의 어머니이다. 당시 두 천체가 충돌했을 때 흩어져 나온 물질들은 마치 토성의 테처럼 지구 주변에 흩어져 있다가, 중력의 작용으로 하나로 뭉쳐져 달이 되었다는 것이 과학자들의 생각이다.

 

 

 

달의 표면에는 소행성과 같은 천체들이 수십억 년 동안 충돌하여 크고 작은 크레이터를 수없이 만들었다. 달의 크레이터를 보면, 과거에 지구에 얼마나 많은 천체가 떨어졌을지 짐작이 간다.

 

 

천문학자들은 지구에 떨어진 작은 운석 하나도 귀중하게 생각한다. 달에는 운석이 무수하게 떨어진 흔적이 마치 빗방울 자국처럼 흩어져 있다. 천문학자들은 크레이터 하나하나가 언제 형성되었으며, 충돌한 천체의 크기와 성분은 무엇이었는지 조사하고 싶어 한다. 우주와 지구의 신비와 역사를 알기 위해서이다.

 

 

 

인도가 2008년에 달에 보낸 ‘찬드라’ 탐사선이 달의 표면에서 물의 존재를 확인한(푸른색) 영상이다. 달의 물은 암석 속에 포함되어 있다. 지구의 모든 물이 소행성과 같은 다른 천체로부터 왔듯이 달에도 물이 존재한다. 달에는 지구에서 귀하게 여기는 광물자원이 다량 존재할 것이라고 한다. 진공상태인 달의 표면에는 물이 없지만, 지하에는 고체상태의 물이 상당량 존재한다. 최근에 달에 보내는 각국의 탐사선은 남북극 근처에 얼마나 많은 물이 존재하는지 계속 조사하고 있다.

 

 

 

달 표면에 내린 아폴로 우주선의 비행사가 13.6kg 무게의 우주복과 등짐을 지고 점프해 보인다. 달의 중력은 화성 표면의 약 2분의 1이고, 지구 중력의 6분의 1이다. 달의 표면적은 약 3,800만km2이다.

 

 

 

아폴로 17호(1972년 12월)의 우주비행사 슈밋(Harrison Schmitt)이 거대한 바위 옆에서 작업하고 있다.

 

 

 

 

하루에 2번 일어나는 밀물과 썰물의 조석 현상은 달의 중력(gravitational force)에 의해 나타난다. 태양의 중력은 달보다 178배나 강하지만, 태양은 멀고 달은 아주 가깝기 때문에 조석 현상은 주로 달의 중력에 의해 일어난다. 그림에서 보듯이 밀물 현상은 달과 가까운 쪽에서, 그리고 썰물 현상은 달과 90°도 각도를 이루는 곳에서 가장 많이 일어난다. 그런데 밀물과 썰물 현상은 그 반대쪽에서도 동시에 일어난다. 그것은 지구가 자전할 때 생기는 물리적 현상인 원심력(rotational force) 때문이다.

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조석 현상의 은혜

달이 지구에 사는 인간을 포함한 모든 생명체에게 주는 가장 큰 혜택은 조석 현상이 일어나게 하는 것이다. 하루에 2번씩 규칙적으로 일어나는 조석 현상은 전체 바닷물을 잘 휘저어준다. 그 결과 해수 속의 영양분, 염분, 수온, 산소가 상하좌우로 골고루 섞일 수 있다. 이런 조석 현상이 없다면 마치 고인물 같아 해양생물들은 지금처럼 왕성하게 살지 못하는 죽음의 환경이 된다. 또한 조석 현상은 겨울에 바다가 대규모로 어는 것도 막아준다. 이처럼 조석 현상을 일으켜 지구의 생명을 살려주는 달에 이변이 생긴다면 어떤 일이 벌어질까?

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* 달이 지금보다 크거나, 지구와 더 가까이 있다면?

중력이 강하게 작용하여 조수의 간만 차이가 너무 커져 광대한 해변이 심하게 침식될 것이다. 우리나라 서해안에 조수가 들고날 때는 바닷물이 거대한 강물처럼 흐른다. 만일 조수가 더 심하게 일어난다면 유속이 너무 빨라 선박들은 안전하게 운행하기 어려울 것이며, 어민들은 바다에 나가 어로작업을 하기 힘들 것이다.

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* 달이 지금보다 작거나 지구와의 거리가 멀다면?

달의 중력이 약하면 조수 간만의 차이가 적어 바닷물이 전체적으로 휘저어지지 않을 것이다. 영양분과 수온과 산소가 고르게 섞이지 않는 바다는 해양생물의 생존에 치명적이 될 것이다.

 

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*달이 없거나, 2개이거나 또는 다수라면?

달이 없는 밤하늘은 지하동굴과 같을 것이다. 달이 2개이거나 다수라면 지금처럼 일정한 주기로 안정되게 조석 현상이 일어나지 못하게 된다. 천문대에서는 조석예보도 하기 어려울 것이다.

 

 

달이 더 크거나 가까이 있다면, 또는 반대로 더 작거나 멀리 있다면 밤하늘의 모습이 지금처럼 아름다워 보일까? 지구의 다정한 친구 달 하나가 지금의 크기로, 지금의 거리에서 지구를 돌고 있다는 것은 행운 중의 행운이라 생각된다. 다른 외계행성에 생명체가 존재하려면 지구에서와 같은 달의 조건이 필요할 것이다. 만일 그렇지 못하다면 고등생물이 태어나거나 살 수 없을 것이며, 고도의 지능을 가진 생명의 탄생은 불가능할 것이다.

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아침 태양이 떠오르면 많은 사람들이 감사한다. 마찬가지로 인류는 달에 대해서도 고마운 마음을 잊지 않아야 할 것이다. - YS

 

 

소리의 속도 '마하'란?