하늘에 뜨는 붉은 달, 개기월식

▲지난 8일 개기월식 진행 모습

〈사진 제공: 김이곤(대학원 천문대기과학)〉

‘월식’은 태양-지구-달이 일렬로 존재하며, 지구의 그림자에 의해 달이 가려지는 현상이다. 월식은 달의 위상이 보름일 때 일어나지만, 태양이 지나가는 길인 황도와 달의 공전 궤도면인 백도가 약 5˚기울어져 있기 때문에 보름일 때마다 항상 일어나는 것은 아니다. 월식은 달이 지구의 가장 짙은 본그림자로 완전히 들어가는 개기월식, 본그림자에 일부만 들어간 부분월식, 달이 지구 반그림자를 지나가는 현상인 반영식이 있다.

달이 붉은 이유?

개기월식이 일어나면 달은 붉은 색으로 물들기 때문에 ‘블러드문’이라고도 불린다. 그림자 뒤로 들어감에도 어두워져 보이지 않는 것이 아닌 붉게 보이는 이유는 ‘레일리 산란(Rayleigh scattering)’ 때문이다. 지구 대기에는 산소, 질소나 먼지와 같은 작은 입자들이 존재하는데, 지구 대기로 들어오는 햇빛은 여러 입자에 부딪히며 흩어지게 된다. 이때 파장이 짧은 푸른색의 빛은 산란하는 반면, 붉은색의 긴 파장의 빛은 달의 표면까지 도달해 붉은빛을 띠게 되는 것이다.

두 그림의 차이는?

위쪽 사진은 초승달이며, 아래쪽은 월식 진행 과정에서 달이 지구의 그림자에 의해 80% 정도 가려졌을 때 모습이다. 두 사진의 차이는 무엇일까?

첫 번째는 조명의 방향이다. 초승달은 지구에서 보는 시선방향의 빛이 옆에서 비추지만, 보름달은 정면에서 비춘다. 그러므로 초승달의 크레이터에는 그림자가 생겨 더욱 입체적으로 관측되는 것이다.

두 번째는 곡선의 굽은 정도를 나타내는 곡률반경의 차이이다. 초승달의 경우 달의 낮과 밤의 경계를 나타내는 터미네이터가 곡률반경과 많이 다르지 않다. 그러나 지구 그림자에 가려진 달의 경우, 초승달과 비교해서 곡률반경이 큰 것을 알 수 있다. 이는 지구 그림자가 달보다 크기 때문이다. 

해를 잡아먹는 달, 개기일식

▲왼쪽부터 부분일식과 금환일식 모습

〈출처: NASA / 한국천문연구원〉

개기일식은 태양-달-지구 순서로 배열될 때 달이 태양을 완전히 가리는 현상이다. 일식은 달의 본그림자가 놓이는 지역에서 관측하며 달이 태양을 완전히 가리는 개기일식, 달의 본그림자 바깥쪽에 있는 반그림자 부분에 있으면서 달이 태양의 일부분만 가리는 부분일식, 태양과 달이 완전히 겹쳤으나 달의 시직경*이 태양의 시직경보다 작아 태양면 전부를 가리지 못하고 반지 모양으로 가려지는 금환식 또는 금환일식,지구상에서 볼 때 태양이 달에 의해 가려지는 일반적인 일식과 금환일식이 동시에 일어나는 하이브리드 일식이 있다. 하이브리드 일식은 다른 일식에 비해 관측이 더 어려우며, 지난 5000년 동안 26번밖에 나타나지 않았다. 

개기일식은 광구*에서 나오는 강한 빛이 가려지기 때문에 평소 맨눈으로 볼 수 없던 홍염*이나 채층*, 코로나*를 관측할 수 있다. 우리나라의 경우 2020년 6월 21일 부분일식이 관측됐으며, 13년 후인 2035년 9월 2일 강원도 일부 지역과 2095년 11월 27일에 호남과 제주도를 제외한 전국에서 각각 개기일식과 금환일식이 관측될 것으로 추정된다.

*시직경 : 천체의 겉보기 크기를 각도의 단위로 나타낸 것

*광구 : 태양의 표면으로, 태양 대기의 최하부층으로서 맨눈으로 볼 수 있는 가시광선이 나오는 곳

*홍염 : 태양의 채층 전면에서 코로나 속으로 높이 소용돌이쳐 일어나는 붉은 불꽃 모양 가스체

*채층 : 광구와 코로나 사이에 있고 높이에 따라 온도가 완만하게 증가하는 태양 대기층

*코로나 : 매우 뜨겁고 희박한 플라스마(전류가 잘 흐르는 기체)로 이루어진 가장 바깥쪽 태양대기

월식에 비해 자주 보기 힘든 이유?

일식은 월식에 비해 횟수로는 자주 일어나지만, 쉽게 ‘관측’되지 않는다. 개기일식은 본그림자 안에 있는 지역만 관측 가능하다. 달의 그림자 밖에 있는 사람들은 일식을 전혀 볼 수 없는 것이다. 특히 우리나라의 경우 위도가 높기 때문에 개기일식을 보기는 더욱 힘들며, 부분일식은 일부 관측이 가능하다.

지구의 자전과 달의 공전으로 인해 달의 그림자는 경로를 따라 지구 표면을 가로질러 이동하게 되는데, 이를 ‘일식 경로’라고 부른다. 궤도에서 달의 빠른 움직임으로 인해 달의 그림자는 4~5시간 만에 지구 표면을 지나간다. 개기일식의 경로에 따라 어느 위치에서는 일식의 전체 단계는 몇 분 또는 더 짧게 지속된다.

우주에서 벌어지는 숨바꼭질, 엄폐

▲달 뒤로 들어가는 천왕성 모습

엄폐(Occultation)는 천구 상에서 어떤 한 천체가 다른 천체 뒤에 숨어 보이지 않게 되는 현상이다. 엄폐가 발생하기 위해서는 앞에서 가리는 천체의 각크기*가 숨는 천체의 각크기보다 커야 한다. 달은 시직경이 크기 때문에 다른 행성을 가리는 경우가 종종 발생한다. 기본적으로 한 개 행성 당 2년에 한 번꼴로 엄폐가 발생한다. 

지난 8일에 개기월식과 동시에 발생한 천왕성 엄폐는 8시 23분부터 9시 26분까지 약 1시간에 걸쳐 진행됐다. 천왕성의 밝기는 5.6등급으로 관측을 위해서는 쌍안경이나 망원경을 이용해야 한다. 이번 천문현상은 1938년에 관측됐으며, 이후 2098년과 2182년에 동시 발생 예정이나 우리나라에서는 관측이 불가능하다.

*각크기 : 각으로 표시된, 천구 상에서 보이는 천체의 크기

엄폐와 통과의 차이?

엄폐는 대개 태양계 천체가 별이나 다른 태양계 천체를 완전히 가리는 현상을 일컫는 것으로, 각크기가 큰 천체가 작은 천체 앞을 지날 때 발생한다. 반대로 각크기가 작은 천체가 큰 천체 앞을 지날 때 일부만을 가리는 것을 통과(transit)라고 부른다. 태양계 내행성(수성과 금성)이 태양 앞을 지나는 경우가 통과의 예이다. 

하늘에 수놓은 유성우

▲하늘에서 떨어지는 유성우의 모습〈출처: 한국천문연구원〉

먼저 유성이란 흔히 말하는 별똥별이다.  유성은 혜성과 소행성에서 떨어져 나온 티끌 또는 태양계를 떠돌던 먼지 등이 지구 중력에 이끌려 대기 안으로 들어오면서 마찰로 불타는 현상을 말한다. 유성이 빛을 발하는 시간은 1/수십 초에서 수 초로 매우 짧다.

유성우는 ‘유성’에 ‘비 우(雨)’를 더한 것으로, 다수의 유성이 비처럼 보이는 현상을 말한다. 혜성이나 소행성과 같은 천체들이 타원 궤도를 그리며 지구의 안쪽 궤도로 진입할 때 지나간 자리에는 천체들에서 유출된 많은 물질이 남는다. 따라서 매년 주기적으로 지구가 태양을 공전하다가 혜성이나 소행성들이 지나간 자리를 통과하게 되면 그곳의 찌꺼기들이 지구의 중력에 이끌려 대기권으로 떨어지게 되고, 이것들은 유성우가 돼 관측되는 것이다. 지구에서 볼 수 있는 유성우는 1년에 총 8개가량이다. 이 중에서 사분의자리 유성우(1월), 페르세우스자리 유성우(8월), 쌍둥이자리 유성우(12월)가 3대 유성우로 꼽힌다.

유성체들이 대기와 충돌할 때 같은 방향의 유성들은 한 지점에서 방사돼 나오는 것처럼 보이는데, 이 점을 복사점이라고 한다. 유성우의 이름은 복사점이 위치하는 영역의 별자리 이름을 따서 명명된다.

유성은 새벽형 별?

▲유성이 새벽에 잘 보이는 이유

유성이 저녁보다 새벽에 잘 보이는 이유는 무엇일까? 유성과 유성우는 종류와 관측자의 위치와 관계없이 새벽 1시(또는 2시)부터 박명 전까지 가장 잘 보인다. 이는 지구 공전 때문에 일어나는 현상이다. 저녁 하늘의 유성체들은 지구 공전 속도(초속 30km)보다 빨리 지구를 쫓아와야 유성으로 떨어지지만, 새벽녘에는 지구가 지나가는 공간에 머물러있기만 해도 지구와 충돌해 유성이 되기 때문이다.

자문: 박명구 교수(자연대 지구시스템과학)