달은 왜 항상 같은 면만 보일까? 자전과 공전이 맞물리는 이유

달이 항상 같은 면을 보이는 이유

달은 자전하지 않는 것이 아닙니다. 달이 자신의 축을 한 번 도는 시간과 지구를 한 바퀴 공전하는 시간이 같아서 같은 반구가 대체로 지구를 향합니다. 이런 상태를 동주기 자전 또는 동기 자전이라고 합니다.

그리고 이 동기화는 우연히 생긴 것이 아닙니다. 지구의 중력이 달에 일으킨 조석 변형과 그 과정의 에너지 소산이 달의 초기 자전을 느리게 만들어 지금의 조석 고정 상태에 이르게 했습니다.

그렇습니다. 달이 매번 비슷한 모습으로 보이기 때문에 “달은 자전하지 않는다”고 생각하기 쉽지만, NASA의 공식 달 설명에 따르면 달은 지구를 한 번 공전하는 동안 자신의 축을 중심으로도 한 번 자전합니다.

만약 달이 아예 자전하지 않는다면 상황은 지금과 달라집니다. 지구 주위를 한 바퀴 도는 동안 달의 서로 다른 부분이 차례로 지구 쪽을 향하게 됩니다. 반대로 지금처럼 거의 같은 반구가 계속 보인다는 것은 자전과 공전이 같은 주기로 맞춰져 있다는 뜻입니다.

달은 항성을 기준으로 약 27.3일에 한 번 지구를 공전합니다. 자전 주기도 이와 같습니다. 즉 약 27.3일 동안 지구를 한 바퀴 도는 동시에 자신의 축도 한 바퀴 도는 것입니다. 이 값은 NASA Top Moon Questions에서 확인할 수 있습니다.

여기서 약 27.3일은 항성을 기준으로 한 공전·자전 주기입니다. 초승달에서 다음 초승달까지의 약 29.5일과는 구분해야 합니다.

이유는 조석 고정에 있습니다. NASA Science의 Tidal Locking 자료에 따르면 지구의 중력은 달에 조석 변형을 일으켰고, 그 변형이 정렬되는 과정에서 에너지가 열로 소산됐습니다. 이 과정이 달의 초기 자전을 점차 느리게 했습니다.

결국 달의 자전 주기는 공전 주기와 같아졌고, 같은 반구가 대체로 지구 쪽을 향하는 상태가 형성됐습니다. 그래서 “달이 같은 면만 보여주는 것은 자전하지 않기 때문”이라는 설명은 틀리고, 자전과 공전이 동기화됐기 때문이라고 이해하는 것이 정확합니다.

달에는 천칭운동이라는 겉보기 흔들림이 있습니다. 이 때문에 달의 가장자리 부근이 시점에 따라 조금 더 보이거나 덜 보입니다. 여러 시점의 관측을 합치면 지구에서 달 전체 표면의 약 59%를 볼 수 있습니다.

NASA Moon Viewing Tips와 ESA의 달 관측 자료가 이 천칭운동과 약 59%의 관측 범위를 설명합니다. 다만 59%가 한순간에 한꺼번에 보인다는 뜻은 아닙니다. 여러 시점에서 보이는 영역을 모두 합친 값입니다.

아닙니다. 지구에서 직접 보이지 않는 쪽은 영구히 어두운 면이 아니라 달의 뒷면입니다. NASA의 공식 설명에 따르면 달의 앞면과 뒷면 모두 낮과 밤을 겪습니다.

따라서 달의 지구 반대쪽 전체를 “어두운 면”이라고 부르는 것은 정확하지 않습니다. 다만 이것이 달 극지의 영구음영지역까지 존재하지 않는다는 의미는 아닙니다.