달을 궤도 위에서 직접 끌어 보며 초승달·반달·보름달이 왜 생기는지 확인하고, 옆에서 본 궤도로 일식과 월식이 왜 드문지 알아보세요.
그림의 기울기(실제 5.1°)와 거리는 보기 쉽게 과장했습니다. 판정은 실제 수치로 계산합니다.
| 일식 | 월식 |
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출처: NASA 고다드 식 목록. 반영월식은 맨눈으로 거의 알아볼 수 없어 뺐습니다.
시뮬레이터에서 보이는 모든 것은 한 가지 사실에서 나옵니다. 달은 태양빛을 받아 빛나는 바위라는 것입니다. 지구와 마찬가지로 어느 순간이든 정확히 절반은 낮이고 절반은 밤입니다. 햇빛은 평행하게 들어오므로, 위에서 본 그림에서 달의 밝은 반쪽은 궤도 위 어디에 있든 항상 왼쪽, 태양 쪽을 향합니다.
바뀌는 것은 우리의 시점입니다. 지구에서는 밤마다 그 밝은 반쪽을 다른 각도에서 보기 때문에 다른 조각이 보이고, 그 조각이 위상입니다. 어두운 부분이 지구 그림자라는 흔한 생각은 틀렸습니다. 지구 그림자는 태양 반대쪽으로 뻗은 가는 원뿔이고, 달은 월식 때만 그 안에 들어갑니다.
태양에 가장 가까운 지점에서 달을 시계 반대 방향으로 끌어 보세요. 삭에서는 밤 쪽이 우리를 향해 아무것도 보이지 않습니다. 이후 일주일 동안 오른쪽에서 초승달이 자라 태양과 90°가 되면 반이 밝은 상현달이 됩니다. 그 뒤로 둥글게 부풀다가 태양 정반대에서 낮 쪽 전체를 마주하면 보름달입니다. 나머지 반 바퀴는 거꾸로 진행됩니다. 이지러지는 달, 왼쪽이 밝은 하현달, 그믐달, 그리고 다시 삭입니다.
지구에서 본 태양과 달 사이의 각도를 이각이라고 하며, 시뮬레이터의 큰 달 아래에 표시됩니다. 이각은 원반의 몇 %가 밝은지도 알려 줍니다. 밝은 비율은 (1 − cos θ) ÷ 2로, 삭에서 0, 상현·하현에서 50%, 보름에서 100%가 됩니다.
가는 초승달은 태양에서 동쪽으로 20~40°밖에 떨어져 있지 않습니다. 낮에는 햇빛에 묻혀 보이지 않다가 해가 지고 하늘이 어두워져야 드러나는데, 태양을 뒤따라 움직이므로 한두 시간 뒤에 집니다. 초승달이 늘 저녁 서쪽 하늘에 낮게 걸리는 이유입니다. 그믐달은 그 거울상입니다. 태양을 앞서가기 때문에 새벽 동쪽에서 해보다 한두 시간 먼저 뜹니다.
이 규칙은 일반화됩니다. 달은 날마다 약 50분씩 늦게 뜹니다. 시뮬레이터의 뜸·남중·짐 시각은 가장 단순한 형태, 즉 이각 15°마다 태양보다 1시간씩 늦어진다는 계산을 쓴 것이므로 시간표가 아니라 대략적인 안내로 보세요. 위도와 계절에 따라 한 시간 이상 달라집니다.
남반구 체크를 켜면 큰 달이 좌우로 뒤집힙니다. 우주에서 바뀐 것은 없고, 관측자가 지구 반대편에서 거꾸로 서 있어 달의 북쪽이 시야의 아래로 오기 때문입니다. 부에노스아이레스, 산티아고, 시드니에서는 초승달의 왼쪽이 밝고, 한국이나 유럽용 교과서 그림은 상현과 하현이 반대로 보입니다. 적도 근처에서는 명암 경계선이 거의 수평이 되어 초승달이 그릇처럼 보입니다.
별을 기준으로 재면 달은 27.32일에 한 바퀴를 돕니다. 이것이 항성월입니다. 하지만 그동안 지구도 공전 궤도를 약 27° 움직여 태양의 방향이 바뀌었기 때문에, 달이 같은 위상으로 돌아오려면 이틀 정도가 더 필요합니다. 삭에서 다음 삭까지는 평균 29.53일이며 이것이 삭망월입니다. 달력의 한 달이라는 말은 여기서 왔습니다.
삭망월은 평균값일 뿐입니다. 달 궤도가 타원이고 태양의 인력도 변하기 때문에 실제 한 달은 약 29.3일에서 29.8일 사이를 오갑니다. 이 페이지의 '오늘 밤 달'이 평균이 아니라 전체 계산식을 쓰는 이유이며, 그래서 삭과 보름 날짜를 분 단위로 보여 줄 수 있습니다.
삭 때 달은 우리와 태양 사이에 있습니다. 충분히 일직선이 되면 달 그림자가 지구에 닿습니다. 그림자의 짙은 중심부인 본영은 땅에 닿는 곳에서 폭이 최대 약 270 km에 불과해 개기일식은 좁은 띠에서만 보입니다. 그 둘레의 옅은 반영은 수천 km를 덮고, 그곳에서는 태양이 한 입 베어 먹힌 부분일식이 보입니다.
놀라운 우연으로 태양은 달보다 지름이 약 400배 크고 거리도 약 400배 멀어서 두 원반이 거의 같은 크기로 보입니다. 달이 궤도의 먼 쪽에 있을 때는 태양보다 조금 작게 보여 완전히 가리지 못하고 밝은 고리를 남기는데, 이것이 금환일식입니다. 시뮬레이터의 작은 창은 날짜를 옮길 때 그림자가 지구 어디에 떨어지는지 보여 줍니다.
보름에는 기하가 반대가 되어 지구가 태양과 달 사이에 놓입니다. 달 거리에서 지구 본영은 달보다 약 2.7배 넓어서 달이 통째로 삼켜진 채 최대 1시간 45분까지 머물 수 있습니다. 어두워지는 것은 달 자체이므로, 그 시각에 밤인 지구 절반의 모든 사람이 같은 순간 같은 월식을 봅니다. 어디로 갈 필요도 없고 맨눈으로 봐도 안전합니다.
달은 사라지지 않고 구릿빛 붉은색으로 변합니다. 지구 대기가 햇빛을 그림자 안쪽으로 굴절시키면서 파란빛을 흩어 버리기 때문에, 달에 닿는 빛은 지구의 모든 일출과 일몰이 한꺼번에 보내는 빛입니다. 달이 바깥쪽 옅은 그림자만 지나는 반영월식은 너무 미묘해서 대부분은 알아채지 못합니다.
달이 지구 공전면과 정확히 같은 평면에서 돈다면 삭마다 일식, 보름마다 월식이 일어날 것입니다. 하지만 달의 궤도는 5.1° 기울어져 있고, 달의 거리에서 이 기울기는 그림자 선에서 위아래로 최대 지구 반지름 5배까지 벗어나게 합니다. 대부분의 달에는 그림자가 그냥 빗나갑니다.
달 궤도는 황도면과 두 점에서 만나며 이를 교점이라고 합니다. 식이 일어나려면 태양이 교점선 방향에 있을 때 삭이나 보름이 되어야 하는데, 이런 시기는 1년에 두 번 약 34일씩 찾아옵니다. 이것이 식의 계절입니다. 옆에서 본 그림이 바로 이것을 보여 줍니다. 날짜를 옮기면 궤도가 기울었다 납작해졌다 하고, 태양에서 봤을 때 거의 옆면이 될 때만 판정이 초록색으로 바뀝니다. 교점선이 천천히 뒤로 밀리기 때문에 식의 계절은 해마다 약 19일씩 빨라지고, 전체 패턴은 18년 11일마다 되풀이됩니다. 바빌로니아 시대부터 알려진 사로스 주기입니다.