지구와 달, 밤하늘 이야기

1. 천동설과 지동설

 

해는 동쪽에서 떠서 서쪽으로 집니다. 다음 날 다시 동쪽 지평선 위로 떠오릅니다. 밤새 서쪽 지평선 아래로 넘어갔다 동쪽 지평선으로 움직이는 것입니다. 해는 이처럼 지구를 한 바퀴씩 돌고 있습니다. 별도 마찬가지입니다. 하루에 한 바퀴씩 동쪽에서 서쪽으로 지구 주위를 돌고 있습니다. 그런데 사실은 해와 별이 지구를 도는 게 아니라는 거 알고 계셨나요? 지구가 하루에 한 바퀴씩 스스로 돌기 때문에 나타나는 현상이랍니다. 이 현상을 자전이라고 부릅니다. 낮과 밤은 자전 현상에 의해 생기는 겁니다. 하지만 해와 별이 지구를 돈다는 이야기가 완전히 틀린 말 같진 않아 보이네요.

 

지구를 중심으로 모든 천체가 돈다는 설이 천동설, 지구가 해를 중심으로 돈다는 설이 태양 중심설입니다. 옛날 사람들은 하늘이 돈다는 천동설을 믿었습니다. 천동설은 아리스토텔레스의 주장을 고대 그리스 천문학자가 '알마게스트'라는 책에 체계적으로 잘 정리해서 사람들은 '성서'의 이야기와 잘 맞는다고 생각해 2000년간 진리로 받아들여졌다고 합니다. 그러다 1500년대 폴란드의 천문학자가 태양 중심설을 주장했답니다. 두 주장 모두 지구를 중심으로 하늘이 돌든, 태양을 중심으로 지구가 돌든 해와 달과 별의 움직임을 설명하는 데 어려움은 없습니다.

 

지금이야 인공위성이 지구 사진을 찍어서 지구가 둥글다는 것을 알 수 있지만 옛날 사람들은 지구가 평평하다고 생각했습니다. 하늘은 땅을 둥글게 덮고 있고, 땅을 지나면 바다가 나오고 바다 끝을 지나면 아래로 떨어질 거라고 생각했습니다. 그러다 먼바다에서 항구로 들어오는 배가 돛대부터 보이는 것을 알게 된 사람들은 지구가 둥글다고 생각하기 시작했습니다. 그 외에도 달이 지구의 그림자에 가려지는 월식을 보며 지구가 둥글다고 주장하기도 했답니다. 월식이 일어날 때 둥근 지구의 그림자가 나타났기 때문입니다.

 

2. 매일 변하는 달의 모양

 

아주 먼 옛날에는 등불이 없었으니 낮에는 해가 밤에는 달이 유일한 빛이었을 겁니다. 1962년 아프리카에서 약 1만 년 전의 것으로 보이는 뼛조각에 보름달, 초승달, 상현달 같은 모습의 달 모양이 눈금 같은 것과 함께 새겨져 있는 것이 발견되었습니다. 과학자들은 1년 12달을 나타내는 달력이라고 말했습니다. 달을 유심히 살펴보니 초승달, 상현달, 보름달, 하현달, 그믐달 순으로 모양이 변하는 것과 29.5일마다 같은 모양으로 돌아온다는 것을 알게 되었습니다. 그래서 음력에서 한 달은 29일이나 30일로 계산합니다. 

 

달의 모양이 매일 달라지는 이유는 뭘까요? 그 이유는 달이 지구 주위를 돌 때 태양과 상대적으로 위치가 달라져서랍니다. 태양 - 달 - 지구 순으로 위치하면 지구에서는 달이 보이지 않은데, 태양 - 지구 - 달 순으로 위치하면 지구에서 달은 보름달 모양으로 보입니다. 지구의 자전 때문에 다르게 보이는 것이죠. 달은 또 시간에 따라 보이는 모양도 다른데요. 초승달은 해가 지고 서쪽 하늘에서 잠시 보이다가 지고, 그믐달은 해가 뜨기 전 새벽에 떠서 해가 지기 전에 집니다. 보름달은 해가 질 무렵 떴다가 자정 무렵에는 가장 높이 뜨고, 해가 뜰 무렵에는 서쪽 하늘로 집니다.

 

3. 일식과 월식이 일어나는 원리

 

일식은 달이 태양을 가릴 때 일어납니다. 태양과 달과 지구가 완벽히 일직선이 되었을 때 일어나는 현상입니다. 이 빛은 태양에 의해 지구에 달의 그림자가 생기는데 달 내부의 어두운 부분을 외부의 덜 어두운 그림자가 둘러싸고 있습니다. 지구에서 관측할 때 달의 어두운 부분에 있으면 해가 달에 모두 가려지는 개기 일식이 보이고, 외부의 덜 어두운 곳에 있으면 해의 일부가 가려지는 부분 일식이 보입니다. 일식은 달이 태양보다 지구에 더 가까이 있다는 것을 증명하는 것이라고 합니다. 달이 해를 가리는 거니까요. 달과 해는 겉으로 볼 때 크기가 비슷해 보이지만 태양이 달보다 더 멀리 있으므로 태양이 달보다 더 크다는 것을 알 수 있습니다. 일식 현상으로 인해 달보다 태양이 더 크다는 사실도 알 수 있겠습니다. 하지만 해와 지구, 달은 모두 움직이기 때문에 이런 현상은 100년에 몇 번 보일 정도로 드물답니다. 

 

월식은 달이 보름달일 때 생깁니다. 태양 - 지구 - 달 순으로 놓일 때 볼 수 있는데요. 하늘에 높이 뜬 보름달이 가장자리부터 지구의 그림자 안으로 들어갔다가 통째로 가려졌다가 다시 달의 모습이 조금씩 보이고 둥근 모양을 되찾는 모습입니다. 달이 지구의 그림자에 통째로 가려지는 것을 개기 월식이라고 하고, 일부만 들어갔다가 나올 때 생기는 월식은 부분 월식입니다. 개기 월식 때 달이 완전히 안 보이는 것이 아니라 어둡고 붉게 변하는 것을 볼 수 있을 겁니다. 월식도 일식과 마찬가지로 지구와 달이 움직이기 때문에 흔히 볼 수 있는 현상은 아닙니다.

 

4. 별 이야기

 

고대 그리스 천문학자는 맨 눈으로도 확인 가능한 가장 밝은 별은 1등급, 가장 어두운 별은 6등급으로 표현했습니다. 등급 앞의 숫자가 작을수록 더 밝은 별입니다. 각 별 등급 사이의 밝기는 2.5배씩 차이가 나고, 1등급 별은 6등급 별보다 무려 100배나 밝다고 합니다. 현재는 과학기술이 발달해서 별을 관측할 수 있는 게 더 편해졌는데요. 마이너스 등급으로 표시되는 별들도 생겼다고 합니다. 우리 눈에 보이는 별의 밝기는 '겉보기 등급'이라고 하는데 겉보기 등급이 가장 밝은 별이 무엇인지 아시나요? 바로 태양입니다. 태양은 -26.7등급이라고 합니다. 별자리 공부 편에도 나온 시리우스라는 가장 밝은 별의 등급은 -1.47등급입니다.

 

하지만 겉보기 등급이 별의 실제 밝기는 아닙니다. 지구에서 멀수록 아무리 밝은 별이라도 어둡고 희미할 테니까요. 그래서 천문학자들은 '절대 등급'을 만들었다고 하더군요. 절대 등급은 같은 거리에 두고 별의 밝기를 나타내는 것입니다. 태양의 절대 등급은 4.8등급, 북극성은 -3.6등급으로 태양보다 2000배 정도 밝다고 합니다. 그밖에도 별은 온도에 따라 색이 다른데 온도가 높은 것부터 낮은 것 순으로 파란색, 흰색, 노란색, 주황색, 빨간색을 띱니다.

 

우리가 별똥별이라고 부르는 별은 유성이라고 하는데 유성은 우주 먼지나 암석이 지구의 대기권에서 마찰을 일으켜 불탈 때 보이는 현상입니다. 별똥별은 어디서든 새벽 1시부터 해뜨기 전까지 가장 많이 보인다고 하네요.