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달은 왜 항상 같은 면만 보일까? 달의 뒷면은 정말 어두울까?

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  달은 왜 항상 같은 면만 보일까? 달의 뒷면은 정말 어두울까? 밤하늘의 달을 오랫동안 바라본 적이 있나요? 보름달이 되기도 하고, 반달이 되기도 하며, 가느다란 초승달이 되기도 합니다. 달의 모양은 계속 변하는 것처럼 보입니다. 그런데 이상한 점이 하나 있습니다. 자세히 살펴보면 달 표면의 무늬는 거의 항상 같습니다. 달이 지구 주위를 한 바퀴 돌아도 우리는 계속 비슷한 표면을 바라봅니다. 그렇다면 이런 생각이 들 수 있습니다. “달은 자전하지 않는 것 아닐까?” 그런데 정답은 반대입니다. 달은 자전합니다. 오히려 달이 정확한 속도로 자전하기 때문에 우리는 항상 거의 같은 면을 바라보게 됩니다. 더 흥미로운 사실도 있습니다. 우리가 볼 수 없는 달의 반대편을 흔히 **‘달의 어두운 면(Dark Side of the Moon)’**이라고 부르지만 실제로 그곳이 항상 어두운 것도 아닙니다. 달의 뒷면에도 낮이 찾아오고 태양빛이 비칩니다. 그렇다면 달은 어떻게 자전하면서도 같은 면만 지구에 보여주는 것일까요? 그리고 달의 뒷면은 우리가 보는 앞면과 무엇이 다를까요? 이번에는 달의 움직임 속에 숨어 있는 비밀을 하나씩 알아보겠습니다. 먼저 가장 흔한 오해부터 풀어보자 “달은 자전하지 않기 때문에 항상 같은 면이 보인다.” 틀린 설명입니다. 달은 분명히 자신의 축을 중심으로 회전합니다. 즉 자전합니다. NASA 역시 달이 지구처럼 자전하며, 달이 같은 면을 지구로 향하는 이유는 자전하지 않기 때문이 아니라 자전하는 속도와 지구를 공전하는 속도가 맞아 있기 때문 이라고 설명합니다. 달이 자신의 축을 한 바퀴 도는 동안 지구 주위도 거의 한 바퀴 돕니다. 이것을 이해하면 달의 가장 유명한 수수께끼 가운데 하나가 풀립니다. 달의 자전과 공전을 직접 상상해보자 의자 하나를 지구라고 생각해 보겠습니다. 그리고 우리가 달이라고 생각해 봅시다. 의자를 바라보면서 의자 주위를 한 바퀴 걸어봅니다. 그런데 중요한 ...

달은 어떻게 만들어졌을까? 지구와 거대 천체가 충돌했다는 증거.

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  달은 어떻게 만들어졌을까? 지구와 거대 천체가 충돌했다는 증거 밤하늘에서 가장 익숙한 천체는 무엇일까요? 아마 많은 사람이 달을 떠올릴 것입니다. 달은 지구에서 약 38만 km 떨어진 곳에서 지구 주위를 돌고 있습니다. 우리는 너무나 당연하게 달을 바라보지만 한 가지 이상한 질문을 던질 수 있습니다. 달은 도대체 어디에서 왔을까요? 지구와 함께 처음부터 만들어졌을까요? 지구가 지나가던 천체를 붙잡은 것일까요? 아니면 지구의 일부가 떨어져 나가 달이 되었을까요? 인류는 오랫동안 여러 가설을 제시했습니다. 그러나 아폴로 우주비행사들이 달의 암석을 지구로 가져오면서 상황이 크게 달라졌습니다. 달의 돌 속에는 달의 탄생을 추적할 수 있는 흔적이 남아 있었습니다. 오늘날 가장 널리 받아들여지는 설명은 놀랍습니다. 약 45억 년 전 초기 지구에 거대한 천체가 충돌했고, 그 충돌로 우주에 튀어나간 물질이 모여 달이 만들어졌다는 것입니다. 이를 **거대충돌 가설(Giant Impact Hypothesis)**이라고 합니다. 그렇다면 과학자들은 왜 이런 엄청난 사건이 실제로 일어났다고 생각하는 것일까요? 달은 지구의 유일한 자연위성이다 먼저 달이라는 천체를 살펴보겠습니다. 달의 지름은 약 3,475km입니다. 지구 지름의 약 4분의 1 정도입니다. 태양계에는 목성과 토성처럼 수많은 위성을 거느린 행성이 있습니다. 하지만 지구에는 커다란 자연위성이 하나뿐입니다. 바로 달입니다. 지구에 비해 달이 상당히 크다는 것도 흥미로운 특징입니다. 그래서 달이 어떻게 만들어졌는지를 이해하는 것은 단순히 달 하나의 역사를 밝히는 문제가 아닙니다. 지구가 어떻게 지금의 지구가 되었는지를 이해하는 문제 이기도 합니다. 과거에는 여러 가지 달 탄생설이 있었다 거대충돌 가설이 등장하기 전에는 대표적으로 몇 가지 설명이 있었습니다. 첫 번째는 포획설 입니다. 달이 원래 다른 곳에서 만들어진 천체였는데 지구 가까이를 지나가다가 지구 중력...

행성은 어떻게 만들어질까? 먼지 한 알에서 지구와 목섯이 탄생하기까지

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  행성은 어떻게 만들어질까? 먼지 한 알에서 지구와 목성이 탄생하기까지 지구는 어디에서 왔을까요? 목성과 토성은 어떻게 그 거대한 몸집을 가지게 됐을까요? 그리고 태양계 밖에는 왜 슈퍼지구, 미니 해왕성, 뜨거운 목성처럼 우리에게 낯선 행성들이 존재할까요? 행성은 처음부터 지금과 같은 커다란 구체로 태어나는 것이 아닙니다. 놀랍게도 그 시작은 아주 작은 먼지 알갱이 입니다. NASA와 ESA는 행성이 어린 별 주변을 둘러싼 가스와 먼지 원반에서 만들어지며, 작은 먼지 입자들이 서로 붙고 성장하면서 자갈과 미행성, 원시행성을 거쳐 행성으로 발전한다고 설명합니다. 그렇다면 머리카락보다 작은 먼지가 어떻게 지구처럼 거대한 행성이 될 수 있을까요? 그 과정을 처음부터 따라가 보겠습니다. 행성의 탄생은 별의 탄생과 함께 시작된다 행성을 이해하려면 먼저 별의 탄생을 살펴봐야 합니다. 우주에는 수소와 헬륨을 중심으로 한 가스와 먼지가 모여 있는 거대한 분자구름이 있습니다. 이 구름의 일부가 중력에 의해 수축하기 시작하면 물질이 점점 중심으로 모입니다. 중심에는 **원시별(protostar)**이 만들어집니다. 그런데 모든 물질이 곧바로 별 속으로 떨어지는 것은 아닙니다. 구름은 원래 조금씩 회전하고 있기 때문에 수축하면서 회전 속도가 빨라지고, 남은 물질은 중심의 어린 별 주변에 납작한 원반을 만듭니다. 이것이 **원시행성계 원반(protoplanetary disk)**입니다. ESA는 이 원반을 말 그대로 ‘행성을 만드는 원반’이라고 설명합니다. 우리가 오늘날 보는 행성들은 바로 이런 원반의 흔적에서 태어났습니다. 태양계도 약 46억 년 전 이런 모습이었다 현재 태양계에는 행성과 소행성, 혜성 등이 안정된 궤도를 돌고 있습니다. 하지만 약 46억 년 전의 태양계는 전혀 다른 모습이었을 것입니다. 중앙에는 막 태어난 젊은 태양이 있었고, 그 주변에는 가스와 먼지가 뒤섞인 거대한 원반이 있었습니다. NASA는 태양계 역...

외계행성에는 어떤 종류가 있을까? 뜨거운 목성부터 슈퍼지구ㆍ미니 해왕성까지

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  외계행성에는 어떤 종류가 있을까? 뜨거운 목성부터 슈퍼지구·미니 해왕성까지 우리가 어린 시절부터 배운 행성은 익숙합니다. 수성, 금성, 지구, 화성은 비교적 작고 단단한 암석행성입니다. 목성과 토성은 거대한 가스행성이고, 천왕성과 해왕성은 태양계 바깥쪽을 도는 거대한 세계입니다. 그래서 과거에는 다른 별 주변에서도 이와 비슷한 행성계가 발견될 것이라고 생각하기 쉬웠습니다. 그런데 실제 외계행성 탐사가 시작되자 예상하지 못했던 세계들이 나타났습니다. 목성처럼 거대한 행성이 별 바로 옆을 돌고 있었습니다. 지구보다 크지만 해왕성보다 작은 행성도 매우 많이 발견됐습니다. 표면이 녹아 용암으로 뒤덮였을 것으로 생각되는 행성도 있습니다. 밀도가 너무 낮아 믿기 어려울 정도로 부풀어 있는 행성도 있습니다. 태양계에는 없는 종류의 행성들이 하나씩 발견된 것입니다. 그렇다면 외계행성은 어떻게 분류할까요? 그리고 ‘슈퍼지구’, ‘뜨거운 목성’, ‘미니 해왕성’이라는 이름은 정확히 무엇을 뜻할까요? 이번 글에서는 우리가 지금까지 발견한 외계행성의 다양한 모습을 살펴보겠습니다. 외계행성은 왜 종류를 나눌까? 외계행성은 대부분 너무 멀리 떨어져 있어 표면을 직접 자세히 볼 수 없습니다. 따라서 천문학자들은 관측으로 알아낼 수 있는 여러 물리적 특징을 이용합니다. 대표적으로 행성의 크기, 질량, 밀도, 공전주기, 모항성과의 거리, 대기의 특성 등을 조사합니다. 이 정보를 서로 비교하면 어떤 행성이 지구와 비슷한 암석세계인지, 목성과 비슷한 거대한 가스행성인지 추정할 수 있습니다. NASA는 외계행성을 설명할 때 크게 지구형 행성 슈퍼지구 해왕성형 행성 가스행성 등의 범주를 사용합니다. 하지만 실제 외계행성은 몇 개의 상자에 완벽하게 나누어지는 단순한 세계가 아닙니다. 각 범주 사이에는 다양한 중간 형태가 존재할 수 있습니다. 1. 지구형 행성 — 단단한 표면을 가진 세계 먼저 우리에게 가장 익숙한 **지구...

외계행성의 대기는 어떻게 알아낼까? 수백 광년 밖 행성의 공기를 분석하는 방법

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  외계행성의 대기는 어떻게 알아낼까? 수백 광년 밖 행성의 공기를 분석하는 방법 지구에서 수백 광년 떨어진 외계행성이 하나 있다고 생각해 보겠습니다. 우리는 그곳에 탐사선을 보내지 못했습니다. 행성 표면에 착륙한 적도 없습니다. 공기를 직접 채취한 것은 당연히 아닙니다. 심지어 대부분의 외계행성은 표면 모습을 사진으로 자세히 볼 수도 없습니다. 그런데 천문학자들은 종종 이런 발표를 합니다. “외계행성 대기에서 수증기를 발견했다.” “이산화탄소가 검출됐다.” “메탄의 존재 가능성을 조사하고 있다.” 도대체 어떻게 가능한 것일까요? 수백 광년 떨어진 행성의 공기를 직접 가져오지도 않고 무엇으로 이루어져 있는지 알아내는 것입니다. 그 비밀은 바로 빛 에 있습니다. 행성의 대기는 자신을 통과하는 빛에 아주 작은 흔적을 남깁니다. 천문학자들은 그 흔적을 찾아냅니다. 이번 글에서는 외계행성 대기를 어떻게 관측하고, 그 결과를 어디까지 믿을 수 있는지 하나씩 알아보겠습니다. 먼저 외계행성의 대기를 직접 보는 것일까? 대부분 그렇지 않습니다. 우리가 지구에서 구름을 바라보듯 외계행성의 대기를 사진으로 자세히 보고 성분을 알아내는 것이 아닙니다. 외계행성은 너무 멀고 모항성은 너무 밝습니다. 그래서 천문학자들은 주로 행성이나 별에서 오는 빛을 파장별로 분해해서 분석 합니다. 이것을 **분광학(spectroscopy)**이라고 합니다. 분광학은 현대 천문학에서 가장 중요한 도구 가운데 하나입니다. 별의 성분을 알아낼 때도 사용하고, 은하의 움직임을 연구할 때도 사용하며, 외계행성 대기를 조사할 때도 사용합니다. 빛은 단순히 밝고 어두운 것이 아니다 우리 눈에는 햇빛이 거의 흰색으로 보입니다. 하지만 프리즘에 통과시키면 여러 색으로 나뉩니다. 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 보라 등으로 펼쳐집니다. 가시광선 밖에도 적외선과 자외선 같은 다양한 전자기파가 있습니다. 천문학자들은 빛을 파장별로 나눠 어...

지구와 닮은 외계행성은 정말 있을까? '제2의 지구'라는 말의 진짜 의미

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  지구와 닮은 외계행성은 정말 있을까? ‘제2의 지구’라는 말의 진짜 의미 우주 관련 뉴스를 보다 보면 가끔 이런 제목을 만나게 됩니다. “제2의 지구 발견” “지구와 닮은 행성 발견” “생명체가 살 수 있는 외계행성 발견” 이런 소식을 접하면 자연스럽게 푸른 바다와 대륙이 있고, 구름이 떠 있으며, 어쩌면 생명체까지 살아가는 또 하나의 지구를 떠올리게 됩니다. 하지만 실제 천문학에서 발견한 외계행성의 정보와 우리가 상상하는 ‘제2의 지구’ 사이에는 상당한 차이가 있습니다. 행성의 크기가 지구와 비슷하다고 해서 지구 같은 환경이라는 뜻은 아닙니다. 별에서 적당한 거리에 있다고 해서 바다가 존재한다는 뜻도 아닙니다. 생명가능지대에 있다고 해서 생명체가 발견됐다는 의미는 더더욱 아닙니다. 그렇다면 과학자들이 찾고 있는 진짜 ‘지구와 닮은 행성’은 어떤 세계일까요? 그리고 지금까지 우리는 실제 지구와 같은 행성을 발견했을까요? 하나씩 살펴보겠습니다. 먼저 알아야 할 것, 외계행성이란 무엇일까? **외계행성(exoplanet)**은 태양계 밖에 있는 행성을 말합니다. 많은 외계행성은 태양이 아닌 다른 별 주변을 돌고 있습니다. 1990년대 이후 외계행성 탐사는 급속도로 발전했고, 이제 수천 개의 외계행성이 확인됐습니다. 발견된 행성들은 놀라울 정도로 다양합니다. 목성보다 훨씬 뜨거운 거대 가스행성도 있고, 지구보다 큰 암석형 후보도 있으며, 태양계에는 뚜렷한 대응 천체가 없는 크기의 행성들도 있습니다. 외계행성을 연구하면서 우리는 중요한 사실을 알게 됐습니다. 태양계의 모습이 모든 행성계의 표준은 아니라는 것입니다. ‘지구 크기 행성’은 무엇을 뜻할까? 외계행성 뉴스에서 가장 먼저 주의해서 봐야 할 표현이 있습니다. **“지구 크기(Earth-size)”**입니다. 이 표현은 대체로 행성의 반지름이 지구와 비슷하다는 의미입니다. 하지만 크기가 비슷하다는 것과 환경이 비슷하다는 것은 완전히 다른 문제입니다. ...