달과 지구의 조석력

 

미묘하고 그 영향력은 꽤 복잡한 조석력

 

달은 지구보다 작고 질량도 작기 때문에 달의 표면에 있으면 지구에 비해 중력을 1/6만큼만 느낀다. 하지만 여전히 강한 끌어당김이다. 물론 달은 꽤 멀리 떨어져 있으므로 지구에서는 그 중력 효과가 훨씬 적어진다. 달의 궤도는 평균적으로 384,000킬로미터 떨어져 있다. 이 거리에서 중력은 거의 1/50,000로 감소된다. 그래서 우리는 달의 중력을 느끼지 못한다. 그렇더라도 달의 존재를 무시하지 못한다. 중력은 절대로 완전히 사라지지 않는다. 비록 지구상에서는 달의 중력이 대단히 미약하지만 여전히 그 보이지 않는 손을 뻗쳐 지구를 잡고 또 끌어당기고 있다. 대부분의 사람들은 단지 바닷물만이 이 조석력에 반응하고 있다고 생각한다. 그러나 이것은 사실이 아니다. 땅도 마찬가지로 반응한다. 지구의 땅은 실제로 완전히 단단하지 않다. 땅도 굽거나 휘어질 수 있다. 달의 힘은 실제로 지구를 움직이고 있으며 지구의 표면을 하루에 30센티미터만큼이나 위아래로 움직이게 한다. 단지 천천히 일어나기 때문에 느끼지 못하는 것뿐이다. 그러나 분명히 일어나고 있다. 대기층에도 조석이 작용한다. 공기는 물보다 더 잘 흐르기 때문에 더 많은 움직임을 보인다.

복잡하게 들릴지 모르지만 아직 끝나지 않았다. 달의 힘은 실제로 지구를 움직이고 있으나 달에 의해 발생하는 조석은 절반에 불과하다. 정확하게는 2/3이다. 나머지 1/3은 태양으로부터 온다. 태양은 달보다 더욱 무겁다. 그러므로 그 중력이 더욱 강하다 그러나 태양은 훨씬 멀리 떨어져 있다. 달이 지구를 도는 것처럼 지구는 태양 주위를 돈다. 그래서 동일한 발상이 가능해진다. 지구는 태양 쪽으로 중력을 느낀다. 또 태양으로부터 멀어지는 원심력을 느낀다. 계산을 해보면, 태양으로부터 발생하는 조석력은 달에 의한 조석력의 절반가량이 된다. 조석에서는 질량이 매우 중요하지만 거리는 훨씬 더 중요하다. 가까이 있는 가벼운 달이, 훨씬 더 무겁지만 멀리 있는 태양보다 지구에 더 큰 조석력을 지닌다. 지구에 작용하는 전체 조석력 중에 2/3는 달에 의한 것이고 1/3은 태양에 의한 것이다.

조석력에는 또 다른 효과가 있다. 조석력은 미묘하고 그 영향력은 꽤 복잡하다. 이미 말했듯이 달이 지구주의를 도는 동안 지구는 스스로 자전을 한다. 물은 재빨리 조석력에 반응하여 달 아래와 그 반대편에 모인다. 그러나 지구는 달이 지구를 도는 속도(한 달에 한 바퀴)에 비해 더 빨리 자전한다.(하루에 한 바퀴). 물은 달 아래에 쌓이려고 하지만 지구 자전과의 마찰력은 실제로 약간 더 앞으로, 즉 달보다 선행하여 물을 몰아버린다. 그래서 만조의 위치는 달을 직접 가리키지 못하고 약간 그보다 앞쪽에 위치하게 된다. 그래서 달에 가까운 쪽의 만조 위치는 실제로 달과 지구를 잇는 일직선에서 약간 앞쪽에 있다. 이 부푼 곳은 많지 않지만 약간의 질량을 가진다. 그러면 중력이 생기고 달을 끌어당긴다. 이것이 달을 그 궤도보다 약간 앞쪽으로 끌어당긴다. 즉 작은 로켓처럼 달을 약간 앞으로 민다. 원을 그리며 돌고 있는 물체를 앞으로 밀면 그 물체는 더 높은 궤도, 더 큰 원으로 이동한다. 그래서 지구의 만조부분이 달을 앞으로 끌고 있으므로 달은 점점 지구로부터 멀어진다.

이 효과는 꽤 정확하게 측정되어 왔다. 달은 실제로 조금씩 멀어지고 있어서 1년 전에 비해 약 4센티미터만큼 멀어진다. 내년에도 달은 4센티미터만큼 더 멀어질 것이다. 물론 달도 동일하게 만조의 부푼 부분을 끌어당긴다. 만약 만조부분이 달의 앞쪽에 있으면 그리고 나서 달은 지구자전에 비교하면 만조의 뒷부분에 있는 셈이 된다. 이것은 달이 만조 부분을 뒤로 당겨서 천천히 가도록 함을 의미한다. 지구 나머지 부분과의 마찰력 때문에 만조부분의 느려짐은 실제로 지구의 자전을 느리게 한다. 이것이 하루를 더 길어지게 만든다. 마찬가지로 그 효과는 매우 작지만 측정 가능하다.

달의 중력이 지구에 조석을 일으키는 동안 지구 또한 달에 동일한 일을 한다. 그러나 달에서의 조석은 지구에 비해 80배나 더 크다. 지구가 달보다 80배나 더 무겁기 때문이다. 지구에서 일어나는 모든 조석 효과는 달에서도 동일하게 일어나고, 그것도 더 빠르고 더 강하게 일어난다. 지구는 달에 큰 조석을 일으킨다. 달을 양쪽으로 당겨서 편다. 딱딱한 바위 덩어리지만 달에도 두 개의 큰 만조 부분이 존재한다. 달이 생성되었을 때 달은 지구에 보다 가까웠고 훨씬 더 빨리 돌았다. 지금 지구의 만조가 하는 것처럼 지구에 의해 일어난 달의 만조 부분이 달의 자전을 늦추기 시작했다. 달이 지구로부터 점점 더 멀어지자 공전주기가 자전주기와 동일해질 때까지 공전도 느려졌다. 달리 말하면 하루가 한 달과 같아질 때까지이다. 이렇게 되자 만조 부분이 지구와 일직선상에 놓여지게 되고 공전주기는 일정하게 되었다. 즉 느려짐이 멈춘 것이다. 이것이 바로 달이 항상 한쪽 면만을 향하는 이유이다. 달은 돌고 있지만, 조석력이 이렇게 만든 것이다. 이것은 우연이 아니다. 이것은 과학이다.

지구의 자전 역시 느려지고 있음을 기억하라. 아주 오래 전에 달이 그랬듯이 마침내 지구의 자전도 느려져서 지구상 만조의 부푼 부분이 지구와 달의 중심을 잇는 선과 정확히 일치하게 될 것이다. 이 현상이 일어나면 달은 더 이상 만조 부분을 당기지 않으므로 지구의 자전도 느려짐을 멈출 것이다. 지구의 하루는 한 달과 같아질 것이다. 그때쯤이면 달의 멀어짐은 한 달 또한 길어지게 하므로 약 40일이 될 것이다. 먼 미래에 이때가 되면 만일 우리가 달에서 지구를 바라보게 되면 지금 현재 우리가 달의 한쪽 면만 바라보고 있는 것처럼 지구의 동일한 면을 항상 보게 될 것이다.

(참고자료) 지구인들은 모르는 우주이야기