우리가 항상 달의 앞면만 보게 되는 이유는 무엇일까?

밤하늘을 올려다볼 때마다 달의 앞면만 보게 되는 이유 때문에 어릴 때부터 궁금했다. 뒷면은 도대체 어떤 모습일까, 왜 한 번도 안 보이는 걸까 싶었는데, 알고 보니 달이 스스로 도는 속도와 지구를 도는 속도가 딱 맞춰져 있기 때문이었다.

달의 앞면만 보게 되는 이유의 핵심은 동주기 자전

달은 지구 주위를 한 바퀴 도는 데 약 27.3일이 걸린다. 동시에 스스로 한 바퀴 도는 데도 똑같이 27.3일이 걸린다. 그래서 지구에서 보면 항상 같은 면만 보인다. 달의 앞면만 보게 되는 이유가 바로 이 동주기 자전이다. 달이 공전하면서 동시에 자전도 같은 속도로 하기 때문에, 마치 우리를 향해 얼굴을 고정한 채 원을 그리며 도는 사람과 같다. 예전에 보름달을 보면서 “저 뒷면은 영원히 안 보이는 건가” 하고 아쉬웠던 기억이 난다. 지금은 그 이유가 물리적으로 명확하다는 걸 알게 됐다.

조석력이 달의 자전을 천천히 늦춘 과정

달이 처음 생겼을 때는 지금보다 훨씬 빠르게 자전했다. 지구의 중력이 달의 앞면과 뒷면에 서로 다른 세기로 작용하면서 달을 살짝 타원형으로 늘렸다. 불룩한 부분이 지구를 향해 있지 않으면 지구의 중력이 그 부분을 다시 끌어당겨 자전을 방해했다. 오랜 시간 동안 이 마찰이 반복되면서 달의 자전 속도가 점점 느려졌다. 결국 불룩한 부분이 항상 지구를 향하게 고정됐고, 그때부터 달의 앞면만 보게 되는 이유가 완성된 것이다. 수십억 년에 걸친 느린 브레이크 작용이었다.

조석 고정이 일어나면 생기는 변화

조석 고정이 되면 위성은 모행성을 향해 한쪽 면만 계속 보여준다. 달도 예외가 아니다. 지구 쪽을 향한 면은 앞면, 반대쪽은 뒷면이 된다. 달의 앞면만 보게 되는 이유 때문에 우리는 오랫동안 뒷면의 실제 모습을 몰랐다. 1959년에야 탐사선이 처음으로 뒷면을 촬영했다. 뒷면은 앞면보다 충돌 구덩이가 훨씬 많고 평원 지형이 적다. 지구 중력의 영향이 앞면에 더 강하게 작용했기 때문으로 보인다. 밤에 달을 볼 때마다 그 보이지 않는 반쪽이 떠오른다.

정확히 절반만 보이는 건 아니다

달의 앞면만 보게 되는 이유라고 해서 정확히 50퍼센트만 보이는 건 아니다. 달의 공전 궤도가 완전한 원이 아니라 타원에 가깝고, 자전축도 살짝 기울어 있어서 달이 조금씩 흔들리는 것처럼 보인다. 이 현상을 칭동이라고 한다. 덕분에 시간이 지나면 앞면 가장자리 너머로 조금 더 많은 부분이 드러난다. 실제로 지구에서 볼 수 있는 달 표면은 약 59퍼센트 정도다. 보름달이 뜰 때마다 가장자리를 자세히 보면 평소에 안 보이던 부분이 살짝 드러나는 걸 느낄 수 있다.

태양계에서 흔히 볼 수 있는 자연 현상

달의 앞면만 보게 되는 이유는 특별한 우연이 아니라 중력이 가까운 천체에 가하는 일반적인 결과다. 목성의 큰 위성들, 토성의 많은 위성들도 같은 방식으로 조석 고정되어 있다. 행성에 가까이 있는 위성일수록 이 현상이 잘 일어난다. 다음번에 밤하늘을 올려다볼 때 달이 항상 같은 얼굴을 하고 있는 이유를 떠올려 보면, 그 조용한 고정이 수십억 년의 중력 춤에서 나온 결과라는 게 새삼 신기하게 느껴질 것이다.