달은 왜 지구를 중심으로 돌까? 달이 지구를 중심으로 도는 이유

지구는 태양 주변을 돌고 달은 지구 주변을 돕니다. 지구는 태양을 1년에 한번 돌고 지구는 스스로 하루에 한번 돌아갑니다. 이것을 우리는 자전이라고 합니다. 달은 지구를 한 번 도는데 27일 , 달 자체가 한번 돌아가는데 똑같이 27일 걸립니다. 즉 자전과 공전의 주기가 같습니다. 이러한 이유로 달의 자전 공전 움직임은 위의 사진과 같습니다. 그래서 지구는 아폴로가 날아가기전까지 달의 뒷면을 절대로 볼 수가 없었습니다. 일부 사람들은 이 내용을 주제로 한 음모론을 제기하지만 달의 뒷면은 이미 인공위성 덕분에 공개된지 오래입니다.

달이 지구의 위성이 된 원인에는 여러가지 설이 있으나 여기서는 다루지 않겠습니다. 여기서는 '달은 왜 지구를 중심으로 돌아갈까. 태양계 행성 역시 왜 태양을 중심으로 돌아갈까'에 대해서 다뤄보겠습니다. 먼저 여기에는 인력과 원심력이라는 물리적인힘이 적용 되기 때문입니다. 인력은 물체를 끌어 당기는 힘 , 원심력은 물체가 달아나는 힘을 뜻합니다. 인력은 알다시피 만유인력을 뜻하며 원운동에서는 구심력이라고도 합니다.

 

 

 

이 사진은 정월 대보름날 하는 쥐불놀이를 촬영한 것입니다. 이 쥐불놀이는 행성이나 위성이 모천체를 중심으로 돌아가는 공전의 원리와 정확히 동일합니다. 물체에 실을 매달고 힘껏 돌리면 물체는 쥐볼놀이처럼 원운동을 하게됩니다. 원운동이 되는 이유는 물체가 회전하면서 달아나려는 힘인 원심력과 실을 잡고 잇는 손의힘, 한마디로 인력의  크기가 평행 하기 때문입니다.

 

만약 원심력이 너무 강하면 물체는 날아가버리고, 인력이 너무 강하면 물체가 손<모천체>으로 다가와 회전이 안되게 됩니다.

이 그림은 천체의 공전 운동을 보여주는 그림입니다. 태양계라면 저 손이 태양이고 공이 행성 , 손이 지구라면 저 공이 달이되는 것입니다. 만약 저 손을 놓으면 공은 물체의 운동 방향으로 날아가게 됩니다.

이쯤되면 달은 왜 지구 주위를 도는건지 궁금해집니다. 간단하게 말하자면 달과 지구의 거리 때문입니다. 달이 지구의 인력에 영향을 받을 정도의 거리에 있기 때문이다. 거리가 너무 가까우면 달은 지구 인력으로 지구랑 충돌하거나 반대로 지금보다 거리가 멀면 우주 공간으로 날아가게 되는데 달과 지구의 거리는 딱 적당한 거리에 있어 지구 주위를 돌게 되는 것입니다. 

태양계 행성의 공전 궤도 역시 수만년 수십만년이 흐르면 바뀌게 됩니다. 심하면 천체끼리 충돌 하기도 합니다. 달은 지구에서 점점 멀어지는 중입니다. 멀어지는 거리는 지금으로서는 짧은 편인데 끌어당기는 인력보다 원심력이 더 강하게 작용되는 거리에 도달하게 된다면 달은 쥐불놀이에서 손을 놓으면 달아나는 깡통처럼 아주 빠른 속도로 저멀리 날아가버리게 되는 것입니다. 반대로 화성의 위성 포보스는 화성과 계속 가까워지고 있습니다. 이러한 이유로 5000만년후엔 없어지게 될 것입니다. 한마디로 화성과 충돌한다는 말입니다.

달이 지구에서 멀어져 지구에 달이 없으면 몇가지 심각한 현상이 일어나게 됩니다. 첫 번째로는 조석간만의 차가 사라지게 되며 일부 생명체는 보름달의 영향을 받는데 몇몇 생물들은 보름달이 뜰때 산란을 하거나 아니면 구애를 하기 때문입니다. 또한 달이 지구에 없으면 지구의 자전이 빨라지는데 이유는 달의 조석 브레이크 현상이 사라지기 때문입니다.

두 천체 사이의 물리력으로 인하여 두 천체의 자전이나 공전에 영향을 받는데 ,원래 달이 지금보다 지구와 가까웠던 1억년전에는 지구의 하루가 24시간이 아닌 23시간이었습니다. 이보다 훨씬전인 지구에 생명체가 탄생된 38억년전쯤엔 하루가 4시간이었습니다. 하지만 시간이 지날수록 달이 지구로부터 멀어졌으며 달이 더 멀어진 지금은 24시간이 된 것입니다.