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▲ 달이 바다의 밀물과 썰물 현상에 가장 큰 영향을 미친다.(출처; wikimedia.org)
◆달이 없어지면 지구상의 생물들도 사라진다
달이 우리 인간에게 미치는 영향은 얼마나 될까? 전기 조명이 발명되기 전에는 달빛은 인류에게 나름 중요한 역할을 했다. 달이 없는 그믐밤에는 일단 바깥 나들이가 어려웠다. 그러나 요즘처럼 24시간 불야성을 이루는 도시에서는 달이란 존재는 있어도 그만, 없어도 그만이다. 안타깝게도 한국이 빛공해 세계 1위니까, 이 방면에선 더 말할 것도 없다.
그럼에도 불구하고 달은 지구와 우리 인류에게 지대한 영향을 미치고 있다. 밀물과 썰물을 만드는 가장 중요한 역할을 하는 것이 바로 달이고, 지구의 하루가 24시간인 것도 바로 달의 영향 때문이다.
더욱이 한국처럼 온대지역이 사계절을 누리는 것도 달이 지구의 자전축을 확고하게 붙잡아주고 있기 때문이다. 천문학자들은 만약 달이 없어진다면 지구상의 생물들도 함께 사라질 것이라고 생각하고 있다. 그만큼 달은 아직도 우리에게 태양 다음으로 절대적인 영향을 미치는 천체임이 틀림없다.
◆지구에 미치는 중력은 달보다 태양이 세다
바닷물은 하루에 어김없이 두 번 들고난다. 이를 조석(潮汐), 즉 밀물-썰물이라 하는데, 이 같은 형상을 일으키는 힘을 기조력(起潮力)이라 한다. 그렇다면 이 기조력은 어디서 오는 걸까? 바로 달의 중력이 그 원천이다.
중력과 기조력은 다른 개념이다. 기조력은 중력의 2차적인 효과 중 하나이다. 한 물체가 다른 물체에 의해 중력을 받을 때, 가까운 쪽이 더 큰 힘을 받고 반대쪽은 더 약한 힘을 받는다. 이 중력의 차이를 기조력이라 한다. 지구의 밀물과 썰물은 바로 이 달의 기조력에 의해 생기는 현상이다.
태양의 질량은 지구의 약 33만 배이다. 달의 질량은 지구의 약 1/80밖에 되지 않는다. 지구에서 달까지의 거리는 약 38만km이고, 지구에서 태양까지 거리는 그보다 400배 정도인 약 1억 5천만km이다.
중력은 질량에 비례하고 거리의 제곱에 반비례하는 힘이다. 따라서 지구에 미치는 태양의 중력은 지구에 미치는 달의 중력보다 훨씬 세다. 그렇다면 한 가지 의문이 떠오른다. 어째서 달보다 엄청 큰 태양보다 달의 기조력이 더 큰 힘을 미치는 걸까?
지구에서 태양까지 거리가 달까지의 거리보다 400배나 멀지만, 태양의 질량은 달의 질량에 비해 약 2640만 배(33만 배 x 80배)나 크다. 따라서 달보다 400배나 멀리 있는 태양이 지구에 미치는 중력은 질량의 비인 2640만 배를 거리 제곱인 400^2으로 나누면 약 165배나 더 크다.
이처럼 지구에 미치는 달의 중력이 태양에 비해 165배나 작지만, 기조력은 달이 태양보다 거의 두 배나 크다. 대체 왜 그럴까?
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▲ 달의 위치에 따른 밀물-썰물의 관계.(출처;wiki)
구체적으로 지구에 대한 달의 기조력은 지구와 달이 마주보고 있을 때 달을 향한 쪽과 그 반대쪽에 미치는 달의 중력의 차이다. 지구 전체에 미치는 태양의 인력은 달에 비해 훨씬 크지만 태양을 향한 쪽, 즉 낮인 지역과 그 반대쪽인 밤인 지역에 미치는 태양의 인력 차이는 크지 않다. 지구-태양 간 거리에서 지구 지름이 차지하는 비율이 0.0087%밖에 되지 않을 만큼 지구 지름에 비해 태양까지의 거리가 너무 멀기 때문이다.
하지만 달이 지구에 미치는 힘은 다르다. 지구의 지름은 약 13,000km로 지구에서 달까지의 평균 거리인 38만km에 대해 3.4%나 된다. 중력은 거리의 제곱에 비례하지만 기조력은 거리의 세제곱에 비례한다.
결국 달을 마주 보고 있는 쪽과 그 반대쪽에서 미치는 달의 중력 차이, 곧 기조력은 태양을 마주 보고 있는 쪽과 그 반대쪽에서 느끼는 태양의 기조력보다 두 배나 크게 나타난다. 다른 말로 하면 달이 만드는 기조력이 태양의 기조력에 비해 두 배나 크다는 뜻이다.
해와 달이 일직선상에 있을 때(삭이나 망의 위치)는 달의 기조력과 태양의 기조력이 합해져서 평소보다 훨씬 큰 기조력이 생긴다. 해와 달이 반대 방향에 있을 때도 달의 기조력과 태양의 기조력이 합해진다. 기조력은 달을 향한 쪽과 그 반대쪽에 동시에 작용하는 힘이기 때문이다.
따라서 해와 달이 같은 방향에 놓이는 음력 1일경이나 서로 반대 방향에 놓이게 되는 음력 15일경이 기조력이 가장 커지는 시기로, 이때를 사리라 한다. 반대로, 해와 달이 서로 직각이 되면 서로의 기조력이 상쇄되어 약해지기 때문에 밀물과 썰물의 조차가 작아지는 조금 기간이 된다.
이 같은 밀물-썰물 현상에는 흥미로운 사실 하나가 숨어 있다. 바닷물이 움직일 때 물과 해저 바닥의 마찰이 지구의 자전에 브레이크 역할을 하여 지구 자전 에너지를 조금씩 약화시킨다는 사실이다. 지구의 자전력이 약해지면 그것이 달의 공전에 영향을 미쳐 달 궤도를 점점 멀어지게 하고, 그 결과 지구와 달 사이의 거리가 1년에 약 3.8cm씩 멀어져간다.
티끌 모아 태산이란 속담은 우주에서도 통한다. 이 3.8cm가 10억 년 모이면 지구-달 사이의 거리가 약 10% 멀어지게 되고, 약 15억 년 후면 결국 달이 지구 인력에서 벗어나 어디론가 떨어져나갈 것이라고 한다. 밤하늘에 떠 있는 저 달도 결국 언젠가 지구와 이별할 거란 얘기다. 이를 회자정리(會者定離)라 한다.
이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com
