지구 자전 속도가 달(Moon)때문에 느려진다?

달

요즘 달(Moon)의 영향으로 지구 자전 속도가 느려지고 있다고 재미난 과학 썰 동화책에 나오는걸 봤습니다. 지구 자전 속도가 대체 달의 영향을 어떻게 받으면 늦춰지는지 등을 달에 대한 자세한 정보를 알아보며 이해해봅시다.

 

과거에는 지구상의 떨어진 두 지점에서

동시에 달의 위치를 관측, 시차를 측정해

거리를 계산하는 삼각 측량법으로 달과 지구의 거리를 계산해냈습니다.

​

계산 결과 약 38만 5천 km 떨어져있음을 도출해냈죠.

​

허나

오늘날은 달과 지구의 거리를 오차없이 완벽하게 측정해낼 수 있습니다.

 

아폴로 11호 우주비행사

 

 

 

 

 

 

나사가 언젠가 레이저를 이용해서 달과의 거리를 측정할 수 있을거라 예측하여

특별한 장치를 달에 두고 왔기 때문이죠.

장치 이름은 LR3

 

 

아폴로 11호 우주비행사들이 설치중인 LR3 반사판

아폴로 11호가 설치한 레이저 반사판 (Apollo 11 Laser Ranging Retro reflector)

 

이렇게 생겼습니다.

간단한 일종의 거울이며(반사판)

 

 

천체망원경이 레이저를 우주로 쏘는 모습

 

 

지구에서 쏜 레이저를 그대로 반사시켜주는 특별한 거울이죠.

(미드 '빅뱅이론'에서 달에 설치된 반사판으로 장난치는 모습도 나오죠)

 

달 여러곳에 설치된 반사판들

이 반사체가

지구의 레이저 망원경으로 쏜 레이저를 곧게 반사시킨걸

탐지기가 잡아서

오차 없이 거리를 측정할 수 있는 것이죠.

​

이를 통해 우리는 달이 매년 지구로부터 3.8cm씩 멀어져 가는 사실을 알게 되었습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

달의 표면

달표면 산악지대(Highlands)와 바다(Mare)

 

 

달은 지구와 달리 이상한 지형들이 상당히 많은데,

기본적으로 대기가 없기 때문에 한번 자국을 내면 자국이 계속 남습니다.

​

그래서 달 전체가 부딪힌 흔적 크레이터(Crater)로 가득 메워져있죠.

​

달의 앞면에 보이는 까만 부분은 마리아(Mare),

그리고 밝은 부분은 테라(Terrain) 라고 부르는데

마리아는 라틴어로 '바다'라는 뜻이며,

테라는 '땅'이라는 뜻을 가지고 있습니다.

​

테라는 마리아보다 고도가 2~5km 정도로 상당히 높아서 산악지대(Highland)라고도 불립니다.

​

이 지형 말고도 달에는 지구에서 볼 수 없는 특이한 지형이 하나 더 있는데,

이 지형은 목성의 위성인 유로파에서 흔히 볼 수 있는 멜론 줄무늬와 비슷합니다.

 

 

달 표면 Scarps(절벽)

 

달 곳곳에서 발견되는 줄무늬

 

우리는 이를 Scarps(절벽)라고 부르고 있습니다.

절벽이 생기는 이유는 잠시후 달의 기원에서 같이 설명하겠습니다.

 

 

아폴로 11호

 

달의 낮과 밤의 기온차는 엄청나게 큽니다.

태양빛이 드리우는 곳은 섭씨 160도가 넘어가고,

그늘진 곳은 영하 100도를 밑돌죠.

​

이렇게 극심한 일교차 때문에 과거 달을 탐사하려는 경쟁이 한창 진행됐을 때

우주인들은 해가 진 직후나 뜨기 직전에 착륙하여 얼른 볼 일을 보고 떠났다고 합니다.

 

 

 

 

 

 

달

 

달 탐사는 바로 유인 탐사로 이루어지지 않았고

달에 몇 번 무인 우주선을 보낸 후 사람을 태우고 보냅니다.

​

행성 간 탐사를 할 때는 당연한 얘기겠지만,

당시 천문학자들은 달의 표면이 마치 진흙 구덩이와 같다고 생각했습니다.

​

우리가 진흙 구덩이에 빠졌을 때 발버둥 칠수록 더 깊게 빠지는 것처럼

달의 표면도 이러한 형태로 되어있을 것이라 생각하여

유인 탐사 계획을 신중하게 고려했다고 합니다.

​

물론 달에 진짜 물과 흙이 섞인 진흙이 있는 건 아니고 달의 표면은 표토로 덮여있었죠.

 

 

달에 남은 지워지지 않는 발자국

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

달의 표토

 

보통 표토는 지표면의 흙을 뜻하는데,

여기서 흙은 커다란 바위가

침식 과정을 거쳐 서서히 깎여나갈 때 생기는 일종의 먼지 같은거죠.

​

달에는 침식 현상이 일어날 만한 건덕지가 없는데 어떻게 표토가 존재할까?

물도 대기도 없으니 침식도 안일어나는데...?

​

달 표토

'소행성 충돌' 과 '태양풍'​ 에 의해 생기는 것입니다.

​

여기서 말하는 소행성 충돌은 지름 수 km 짜리 거대한 소행성과의 충돌을 말하는 게 아니라

아주 작은 유성(micrometeorite) 과의 충돌을 뜻합니다.

​

이 미소 유성들이 달과 계속 충돌하여

달의 지각을 야금야금 갉아먹으면서 생긴 먼지가 점차 쌓인 것이죠.

​​

태양풍 역시 표토를 만드는 원인이 될 수 있는데,

(태양풍은 태양으로부터 방출되는 초속 400km 이상의 고속 하전입자를 말합니다.)

 

 

태양풍 맞는 달

 

아무리 작아도 그 양이 상당하고

또한 속도도 매우 빠르기 때문에 운동에너지가 무시 못 할 정도로 큰데,

​

달에는 이러한 하전입자를 막아줄 대기와 자기장이 없기 때문에

하전입자가 그대로 표면에 도달하게 되고,

이들은 달의 돌들을 쪼아서 조금씩 침식을 시킨거죠.

​

이렇게 수십억 년이 흘러 현재 달의 표토는

그 깊이가 평균 20m에 달하고 깊은 곳은 50m까지 됩니다.

 

달 착륙 유인 차량(개발중)

 

때문에 유인 탐사를 하기 위해선

표토가 매우 얕은 곳을 선정해야 하는 어려움이 있었습니다.

​

아폴로 11호가 최초로 사람을 싣고 달에 착륙했을 때

원래 계획된 표토의 깊이가 얕은 곳에 착륙하려고 했지만

계산 착오로 목표 지점에서 한참 벗어난 곳까지 멀어졌고,

​

목표지점에 착륙하기 위해 되돌아가려니

지구로 돌아갈 연료가 빠듯해지자

그냥 착륙했습니다.

​

다행히 그곳 표토 깊이가 상당히 얕은 축에 속했기 때문에

무사히 탐사를 마칠 수 있었다고 해요.​

 

 

 

 

 

 

 

​

 

​달의 동주기현상

동주기현상(Tidal Locking)(Synchronous Rotation)

 

달은 한 달에 한 번씩 지구를 돌고 있습니다.

​

달의 자전주기와 공전주기가 동일해서

우린 달의 앞면밖에 볼 수 없죠.

 

달의 칭동현상(=장동현상)

 

달을 주기적으로 찍어서 한곳에 모아보면

달 자체가 팽이처럼 회전하고 있는 모습이 보이는데,

이러한 현상을 칭동, 장동이라고 부릅니다.

​

이 현상은 달이 타원궤도를 돈다는 점과,

황도면을 기준으로 공전궤도면이 약 6도 정도 기울어져 있다는 특성 때문에 발생하는데,

이 덕분에 우리는 달의 약 60% 정도의 면적을 볼 수 있게 되는 셈이죠.

 

 

달의 장동현상(칭동 현상)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

달의 기원

 

달이 어떻게 생겨났는지에 대한 토론은 이전부터 끊이질 않았습니다.​

​

이전까지 소개된 이론으로는 포획설, 동시 생성설 등 많았는데

현재 가장 신빙성있는 이론은 미행성 충돌 (Collisional Ejection Theory) 이론입니다.

 

 

45억 년 전 태양계의 안쪽은 수십여 개의 미행성체가

아직도 태양 주변을 마구잡이로 돌고 있었고

아주 불안정한 시기였죠.

​​

이중 화성 크기의 미행성체 하나가 어느 날 지구와 충돌하게 됩니다.

 

미행성 충돌 이론(Collisional Ejection Theory) 모식도 ​

정확히 질량중심 쪽으로 충돌했다면

둘 다 부서졌을 테지만

이상적인 각도로 충돌했고

​

바위투성이 물질들은 우주로 튀어나가고

철처럼 무거운 금속은 지구로 가라앉았습니다.

​

이때 튕겨 나온 물질들 일부가 한데 모여 붙어서 달이 생성되었단 이론이죠.

​

미행성 충돌 이론( Collisional Ejection Theory) 모식도

이 이론을 적용하면

그전의 이론으로는 설명할 수 없었던 현상들

달의 밀도가 지구의 지각 밀도와 유사한 점,

방사성 동위원소로 측정한 나이가 같지 않다는 점,

​

무엇보다 이전에 소개된 이론으로는 설명할 수 없었던

달의 공전궤도면이 황도면과 불과 5도밖에 차이 나지 않는 이유를 설명할 수 있어서

오늘날 대세의 이론으로 자리 잡았습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

미행성 충돌 이론(Collisional Ejection Theory)

 

이때가 충돌 후 대략 2억 년 후였으며,

달의 내부가 채 식기도 전인 41억 년 전부터 38억 년 전까지

달에는 후기 운석 대폭격기(Late Heavy Bombardment) 라 불리는 대 격변의 시기가 존재했었다.

​

이 기간 동안 100년에 한 번꼴로 수 km 소행성이 달과 충돌했으며,

충돌의 여파로 크기 수십~수백 km, 깊이 수 km의 거대한 분지를 만들어냈다.

 

달의 후기 운석 대폭격기(Late Heavy Bombardment)

 

하지만 당시 달의 내부는 아직 식지 않은 상태였기 때문에

충돌의 여파로 마그마가 뿜어져 나왔고,

이 마그마는 거대한 분지를 그대로 덮어버렸습니다.

​

시간이 지나 이들은 굳어지면서 까맣게 변하여(화산암)

오늘날의 마리아(Mare)라고 불리는 지형을 만들어낸거죠.

​

마그마가 굳어졌기 때문에 주변에 비해 밀도가 상대적으로 컸고,

때문에 마그마가 표면에 노출된 지역이 그렇지 못한 지역보다 질량이 더 나가게 됩니다.

​

달표면의 마그마 바다

​이렇게 발생한 질량 불균형은 지구의 중력에 의해 마리아(Mare)가 지구 쪽을 향하도록 하였고,

최초 생성된 달은 지금보다 상당히 가까웠기 때문에

지구의 조석력에 의해 자체적인 회전 성분이 멈춰버렸습니다.

​

후기 운석 대폭격기 이후에도 꾸준한 소행성 충돌에 의해

달에는 점차 크레이터가 생겨났으며,

달이 점차 식어가면서 액체 상태로 존재했던 맨틀과 핵은 대부분 고체 상태로 변하게 됐죠.

​

이렇게 식어가면서 달의 크기가 조금씩 줄어들게 됩니다.

 

 

 

 

 

달 표면 절벽(Scarps)

동일한 질량 내에서 그 물체를 압축시키면 찌그러지는 것과 같이,

달은 표면 곳곳에 균열이 생겨

위에 언급한 Scarps(절벽) 지형이 생기게 됩니다.​

 

이 과정을 거쳐 오늘날의 달이 탄생하게 되었습니다.

 

 

 

 

 

 

달의 미래

지구와 달

 

달은 매년 지구로부터 3.8cm 씩 멀어져 가고 있습니다.

달을 포함한 다른 행성들의 위성 대부분도 이러한 현상을 보이고 있죠.​

멀어지는 이유는 인력 때문입니다.

 

 

달은 지구 주위에 있는 가장 크고 가까운 행성이기에

둘 사이의 인력은 대단히 강력합니다.

​예를 들면 조수간만 차이, 밀물과 썰물 등이 있죠.

 

달, 지구 태양 간의 인력

 

바다 수위가 높아지고 낮아지는 것은 전부 달의 공전주기에 영향을 받아서 입니다.

​

태양도 영향을 주지만 태양은 달보다 지구에서 389배나 더 멀리 떨어져 있기에

달에 비해서 미미하다 볼 수 있죠.

 

 

 

 

 

지구의 자전축을 유지해주는 달의 인력

 

유체인 바다만 영향을 주는 것 같아도

이 강력한 인력은

고체인 땅도 늘어났다 줄어들었다 시키며 영향을 줍니다.

​

이 힘으로 지구가 자전축을 23.5도로 유지시켜

생명체가 딱 살기 좋은 기후 체계가 만들어진거죠.

​

달은 자신보다 더 강력한 지구의 조석력 때문에

옛날부터 자전 속도가 점점 느려져

지구 중력에 붙들려서 회전 능력을 잃어버렸고,

이 때문에 우리가 지구에서 달의 한쪽 면만 볼 수 있는 이유가 된거죠.

​

조석력이 얼마나 강력한지 예를 들어보자면,

 

목성 위성 '이오'

목성의 4대 위성 중 이오

​

'이오'는 목성에 너무 가까이 붙어있어서

공전주기가 1.8 일로 달의 공전 속도보다 17배나 빠르게 돌며

목성의 조석력 영향을 크게 받고 있는 좋은 예입니다.

 

목성 위성 이오의 트바쉬타 파테라(Tvashtar Paterae)

 

(목성의 조석력의 영향으로 우산 모양의 화산을 분출하는 형태)

​

이렇게 너무 가까이 붙어있다 보니 목성의 인력, 주변 위성의 인력 때문에

이오는 공전을 하면서 직경이 수백 미터씩 늘어났다 줄어들었다를 반복하며 이로 인한

내부 마찰열 때문에 표면이 뜨거워 화산 활동이 전 표면에서 활발하게 된 것이죠.

​

 

만약 더 가까이서 공전하면 ???

 

 

달이 로슈한계 안으로 들어가면?

펑!

 

 

 

 

 

로슈한계

일정한 기조력을 넘어설 정도로 가까이에 있으면

너무 늘어났다 줄어들었다 반복하다가 못 버티고 터져버립니다.

​

그 임계점을 로슈의 한계라고 부르는데,

터져버리면 저렇게 가루가 되어서 아름다운 고리를 만들게 되죠.

 

토성의 아름다운 고리

 

토성의 고리도 원래 위성이었다가 너무 가까이에서 돌다 터져버린 위성의 잔해인 것이죠.

​

목성형 행성(거대 행성) 들은 전부 고리를 가지고 있으며 토성은 망원경에 보일 정도로 큰 고리를 가지고 있습니다.

​

​

본론으로 돌아와서 달과 지구는 이렇게 강한 인력을 행사하며

조석력, 조수간만의 현상을 나타냅니다.

 

 

조석력에 의한 느려지는 지구의 자전속도

 

 

지구가 반시계 방향으로 자전하기 때문에

조석력에 의해 쏠린 물 역시

두 천체의 질점을 기준으로 약 10도 정도 벗어나게 되는데,

​

물 자체도 중력을 가지고 있기 때문에 달을 끌어당기게 됩니다.

달 역시 반시계 방향으로 공전하므로, 이 중력은 달의 공전 속도를 높이는데에 영향을 줍니다.

​

같은 중력에서 달의 원심력이 세지면서

바깥으로 튕겨져 나가 달이 지구로부터 멀어지게 되는 것이죠.

 

 

 

 

 

 

자전속도를 늦추는 인력의 영향을 받은 바닷물

 

 

한편 이렇게 어긋난 물들은 다시 원래 모양으로 되돌아가려는 성질을 가집니다.

​

근데 이 힘은 지구의 자전 방향과는 반대 방향이기 때문에 물과의 마찰이 발생하여 지구의 자전 속도를 늦추게 되는것이죠.

이 현상으로 지구의 자전은 100년에 0.002초씩 느려진다고 합니다.

​

​

요약하자면 달이 갓 태어났을 때에는 지금보다 지구와 훨씬 가까웠고,

지구의 자전 역시 지금보다 빨랐다는 것을 알 수 있습니다.

​

오랜 시간이 지나면 달은 결국 지구를 탈출하게 되고,

지구의 자전도 상당히 느려지게 되는 결론에 도달하게 되는 것이죠.

 

자전속도가 멈춰버린다면?

달이 지금 위치의 10%인 44만 킬로미터만 멀어져도

자전축을 잃고

그때문에 극점이 태양을 바라보게 되면

양극의 빙하들이 녹고 6개월에 한 번씩 형태가 변하게 됩니다.

​

지구의 반은 빙하기고 반은 사막이 되고

낮 밤은 6개월 주기로 변하게 되죠.

지구의 거의 모든 생명체를 잃게 될 것 입니다.

​

하지만 미래에 이런 일은 발생하지 않을겁니다.

 

 

 

 

슈퍼문

달이 지구에서 벗어나기 하ㅏㅏㅏㅏㅏㅏㅏㅏ안참 전에

지구는 태양으로 운명 거두게 되니까 말이죠.

​

그러니 달이 지구에서 멀어져서 자전이 멈춘다거나 그럴 일은 없을 것 입니다.

 

 

 

 

 

투잇

대통령도 복용하고 있다는 아스피린에 대한 INFO

미국과 이란의 입장과 프레임, 이슬람 종교 내 시아파-수니파가 왜 싸우는지 & 최근 슐레이만 이란 사령관 살해와 연결되고 있는 시아파 영웅 후세인에 대한 INFO

아이폰SE2 출시일!!! & 깜빡할 수 있는 애플케어플러스 꿀팁

구글의 미래에 대한 투자 INFO

[국어](문법)(단어편) 단어의 형성

[국어](문법) 음운변동 2 - 대치 - 유음화, 된소리되기, 구개음화