달이 없으면 지구는? 지구가 특별한 5가지 이유

우주에서본지구_NASA

 

앞선 글들에서 우리는 수성부터 해왕성까지 태양계를 한 바퀴 돌았습니다. 결론은 하나였습니다. 지구 같은 곳은 어디에도 없었다는 것.

그렇다면 이제 물어야 할 질문이 남습니다. 지구는 대체 무엇이 달랐을까요.

답은 하나가 아닙니다. 최소한 다섯 가지 조건이 동시에 충족되어야 했고, 그중 하나는 45억 년 전의 끔찍한 사고 덕분에 얻은 것입니다.

 

 

 

지구 기본 정보

항목	지구	달
지름	약 12,742 km	약 3,474 km
태양/지구와의 거리	약 1억 5,000만 km	약 38만 4,400 km
자전 주기	23시간 56분	27.3일
공전 주기	365.25일	27.3일
표면 중력	1	지구의 1/6
평균 기온	약 15℃	낮 127℃ / 밤 -173℃
대기	질소 78%, 산소 21%	사실상 없음
자전축 기울기	23.5도	—

 

지구가 생명을 품을 수 있었던 다섯 가지 조건

조건 1. 거리 — 골디락스 존

물이 액체 상태로 존재하려면 온도가 0~100℃ 사이여야 합니다. 별에서 이 조건이 성립하는 좁은 범위를 거주 가능 영역 또는 골디락스 존이라고 부릅니다. 너무 뜨겁지도 차갑지도 않은, 딱 알맞은 자리라는 뜻입니다.

지구는 이 영역 안에 있습니다. 그런데 이것만으로는 부족합니다. 금성도, 화성도 이 영역의 경계에 걸쳐 있었지만 둘 다 실패했습니다. 거리는 필요조건일 뿐 충분조건이 아닙니다.

자기장이 작동하는 증거인 오로라_NASA

조건 2. 자기장 — 보이지 않는 방패

지구 중심에는 철과 니켈로 된 핵이 있습니다. 바깥쪽 핵은 액체 상태로 끊임없이 흐르고, 지구의 자전과 결합해 거대한 발전기처럼 작동합니다. 그 결과 만들어지는 것이 지구 자기장입니다.

이 자기장이 하는 일은 결정적입니다. 태양은 지금 이 순간에도 고속의 하전입자를 우주로 쏟아내고 있습니다. 자기장은 이 태양풍을 휘어 흘려보내며, 대기와 지표면을 보호합니다.

극지방에서 볼 수 있는 오로라가 그 증거입니다. 일부 입자가 자기력선을 따라 극지방으로 유입되어 대기와 충돌하며 빛을 냅니다. 방패가 작동하고 있다는 시각적 신호인 셈입니다.

자기장이 없었다면 지구도 화성처럼 되었을 것입니다. 화성은 자기장을 잃은 뒤 수천만 년에 걸쳐 대기를 태양풍에 빼앗겼고, 물은 우주로 흩어졌습니다.

 

조건 3. 판 구조 운동 — 지구의 온도 조절기

지구의 지각은 여러 조각의 판으로 나뉘어 있고, 이 판들이 서서히 움직입니다. 지진과 화산은 그 부작용처럼 보이지만, 사실 이 운동이 없으면 지구는 살 수 없는 곳이 됩니다.

판 구조 운동은 탄소 순환을 작동시킵니다. 대기 중 이산화탄소는 빗물에 녹아 암석과 반응하고, 탄산염이 되어 바다 밑에 쌓입니다. 판이 침강하면서 이 탄소는 지구 내부로 들어가고, 다시 화산을 통해 대기로 돌아옵니다.

이 순환이 수억 년 단위의 자동 온도 조절기 역할을 합니다. 지구가 너무 더워지면 풍화가 활발해져 이산화탄소가 줄고, 너무 추워지면 반대가 됩니다.

금성에는 이 순환이 없습니다. 물이 사라져 판이 움직이지 못했고, 이산화탄소는 대기에 그대로 쌓여 465℃의 지옥을 만들었습니다.

충돌 분화구로 덮인 달 표면_NASA

조건 4. 액체 상태의 물

지구 표면의 71%가 바다입니다. 물은 단순히 마실 것이 아니라 화학 반응이 일어나는 용매이고, 열을 저장했다가 천천히 내놓는 온도 완충 장치입니다.

바다가 없었다면 지구의 낮과 밤, 계절 간 온도 차는 지금보다 훨씬 극단적이었을 것입니다.

행성별 몸무게 계산기

슬라이더를 움직이면 각 천체에서의 몸무게가 바뀝니다.

지구에서의 몸무게 70 kg

 

표면 중력을 기준으로 환산했습니다. 목성·토성·해왕성은 고체 표면이 없어 구름 상층부를 기준으로 계산한 값입니다.

 

조건 5. 커다란 위성

그리고 지구에는 다른 암석 행성들이 갖지 못한 것이 하나 더 있습니다. 모행성에 비해 비정상적으로 큰 위성입니다.

이것이 왜 중요한지는 잠시 뒤에 살펴보겠습니다.

 

earth-moon-guide 달의 표면(출처: NASA·ESA 공개 이미지 )

 

달은 어떻게 생겨났나 — 거대 충돌 가설

달의 크기는 지구의 약 4분의 1입니다. 이 비율은 태양계에서 대단히 이례적입니다. 화성의 위성 두 개는 감자만 한 크기이고, 금성과 수성에는 위성이 아예 없습니다.

어떻게 지구만 이런 위성을 갖게 되었을까요.

현재 가장 널리 받아들여지는 설명은 거대 충돌 가설입니다.

1. 약 45억 년 전, 갓 만들어진 지구에 화성 크기의 원시 행성이 충돌합니다. 이 천체는 그리스 신화 속 달의 여신 셀레네의 어머니 이름을 따 테이아로 불립니다.
2. 충돌의 위력은 상상을 초월했습니다. 지구의 지각과 맨틀 상당 부분이 증발했고, 테이아는 완전히 파괴되었습니다.
3. 튀어나간 파편들이 지구 궤도에 원반 형태로 흩어졌고, 수천만 년에 걸쳐 뭉쳐 하나의 천체가 되었습니다. 그것이 달입니다.

 

테이아 충돌 상상도 _Pixabay

 

이 가설을 뒷받침하는 증거

첫째, 달에는 철 핵이 거의 없습니다. 지구 질량의 약 3분의 1이 철 핵인데 달은 그렇지 않습니다. 충돌 당시 무거운 철은 이미 지구 중심에 가라앉아 있었고, 튀어나간 것은 주로 바깥쪽의 가벼운 맨틀 물질이었기 때문입니다.

둘째, 아폴로가 가져온 월석의 성분이 지구 맨틀과 대단히 유사합니다. 특히 산소 동위원소 비율이 거의 일치합니다. 다른 곳에서 만들어져 붙잡힌 천체라면 나올 수 없는 결과입니다.

셋째, 달에는 물과 휘발성 물질이 거의 없습니다. 충돌의 열로 모두 증발해 날아갔기 때문입니다.

달이 지구에 하는 일

달은 밤하늘의 장식이 아닙니다. 지구 환경을 근본적으로 규정하고 있습니다.

1. 자전축을 붙잡아준다

이것이 가장 중요합니다.

지구의 자전축은 23.5도 기울어 있고, 이 기울기가 사계절을 만듭니다. 그런데 이 각도는 저절로 유지되는 것이 아닙니다. 태양과 다른 행성들의 중력이 끊임없이 자전축을 흔들려 하기 때문입니다.

달의 중력이 이 흔들림을 억제합니다. 덕분에 지구의 자전축은 수십억 년 동안 22~24.5도 사이에서만 미세하게 변해왔습니다.

달이 없었다면 어떻게 됐을까요. 시뮬레이션 결과는 극적입니다. 지구의 자전축은 0도에서 85도 사이를 불규칙하게 오갔을 것으로 추정됩니다. 어느 시기에는 계절이 아예 사라지고, 어느 시기에는 극지방이 적도가 되어 기후가 통째로 뒤집힙니다.

이런 환경에서는 복잡한 생태계가 자리 잡기 어렵습니다. 생명은 탄생했을지 몰라도, 안정적으로 진화해 문명에 이르기는 훨씬 어려웠을 것입니다.

참고로 화성은 커다란 위성이 없습니다. 화성의 자전축은 실제로 크게 흔들려왔고, 약 500만 년 주기로 극지방이 태양을 향하는 시기가 찾아옵니다.

달이 만드는 밀물과 썰물 _Pixabay

 

2. 밀물과 썰물을 만든다

달의 중력이 바닷물을 끌어당겨 하루 두 번의 밀물과 썰물을 만듭니다. 이 조석은 해안 생태계의 리듬을 결정합니다.

일부 학자들은 조석이 생명의 육상 진출에 결정적 역할을 했다고 봅니다. 주기적으로 물에 잠겼다 드러나는 조간대가, 물에서 뭍으로 올라오는 중간 단계의 서식지를 제공했다는 것입니다.

 

3. 지구의 자전을 늦춘다

조석에는 대가가 따릅니다. 바닷물이 해저와 마찰하면서 지구의 자전 에너지를 조금씩 갉아먹습니다.

그 결과 지구의 하루는 계속 길어지고 있습니다. 공룡이 살던 시절 지구의 하루는 약 23시간이었고, 그보다 훨씬 이전인 약 14억 년 전에는 18시간 남짓이었던 것으로 추정됩니다.

그리고 잃어버린 회전 에너지는 달에게 넘어갑니다. 달은 매년 약 3.8cm씩 지구에서 멀어지고 있습니다.

 

 

우리는 왜 달의 뒷면을 볼 수 없나

달은 늘 같은 면만 지구를 향합니다. 달이 자전하지 않아서가 아닙니다. 자전 주기와 공전 주기가 정확히 27.3일로 일치하기 때문입니다.

이를 동주기 자전 또는 조석 고정이라고 부릅니다. 오랜 세월 지구의 조석력이 달의 자전을 서서히 늦춰, 결국 한쪽 면이 고정되는 상태에 도달한 것입니다.

인류가 달의 뒷면을 처음 본 것은 1959년 소련의 탐사선이 촬영에 성공했을 때였습니다. 앞면과는 상당히 달랐습니다. 어두운 바다(현무암 평원)가 거의 없고, 충돌 분화구로 훨씬 빽빽하게 덮여 있었습니다.

 

달 표면의 두 가지 지형

바다(마리아). 맨눈으로 보이는 어두운 부분입니다. 물이 있는 것이 아니라, 과거 대규모 충돌로 지각이 뚫린 뒤 흘러나온 용암이 굳은 현무암 평원입니다. 옛사람들이 바다로 오해해 이름이 굳었습니다.

고지대. 밝게 보이는 부분입니다. 훨씬 오래되었고 분화구가 빽빽합니다.

달에는 대기도 물도 없어 침식이 일어나지 않습니다. 그래서 아폴로 우주비행사들이 남긴 발자국은 지금도 그대로 남아 있습니다. 미세운석에 서서히 지워지긴 하겠지만, 수백만 년 단위의 이야기입니다.

 

정월대보름과 추석 보름달

우리 명절 중 둘은 보름달을 기준으로 정해집니다. 음력 1월 15일 정월대보름과 음력 8월 15일 추석입니다.

음력은 달의 삭망 주기를 기준으로 하는 달력입니다. 달이 완전히 사라지는 삭이 초하루, 가장 둥근 망이 보름입니다. 삭망월이 약 29.5일이므로 음력 한 달은 29일 또는 30일이 됩니다.

여기서 흔한 오해가 하나 있습니다. 보름날 뜨는 달이 항상 가장 큰 것은 아닙니다. 달의 궤도가 타원이라, 지구와 가까운 지점에서 보름이 되면 유난히 크게 보이고 먼 지점에서 보름이 되면 작게 보입니다. 크기 차이는 최대 14% 정도입니다.

추석 보름달이 유난히 커 보였다면 착시일 수도 있습니다. 지평선 가까이 있는 달이 더 크게 느껴지는 현상이 있는데, 실제로 사진을 찍어 비교하면 크기는 같습니다. 원인은 아직도 완전히 설명되지 않았습니다.

 

달 탐사 — 아폴로 이후 반세기

1969년 7월, 아폴로 11호가 인류를 달에 내려놓았습니다. 1972년까지 여섯 차례의 착륙이 이루어졌고 총 12명이 달 표면을 걸었습니다.

그리고 인류는 50년 넘게 달에 돌아가지 않았습니다.

 

왜 다시 가려 하는가

최근 여러 나라가 달 탐사에 다시 나서고 있습니다. 목적은 1960년대와 다릅니다. 깃발을 꽂는 것이 아니라 머무는 것입니다.

핵심은 얼음입니다. 달의 극지방에는 태양빛이 영원히 닿지 않는 분화구 바닥, 이른바 영구 음영 지역이 있습니다. 그곳에서 얼음이 확인되었습니다.

얼음이 있다는 것은 다음을 의미합니다.

• 식수를 지구에서 실어 나를 필요가 없습니다.
• 전기분해하면 산소를 얻습니다.
• 수소와 산소를 분리하면 로켓 연료가 됩니다.

마지막 항목이 결정적입니다. 지구에서 로켓을 쏘아 올리는 데는 막대한 에너지가 듭니다. 달은 중력이 지구의 6분의 1이라 훨씬 적은 연료로 이륙할 수 있습니다. 달을 화성행 중간 기지로 삼자는 구상이 여기서 나옵니다.

 

자주 묻는 질문

달이 지구에서 계속 멀어지면 어떻게 되나요?

매년 3.8cm씩이므로 인류의 시간 척도에서는 체감할 수 없습니다. 다만 수억 년 단위로 보면 조석의 힘이 약해지고, 자전축을 붙잡아주는 효과도 줄어듭니다. 개기일식을 볼 수 있는 시기도 언젠가 끝납니다.

개기일식이 가능한 것이 우연인가요?

우연입니다. 태양은 달보다 지름이 약 400배 크지만, 거리도 약 400배 멀리 있습니다. 그래서 하늘에서 보이는 크기가 거의 같습니다. 인류가 존재하는 이 시기에 마침 이 비율이 성립한다는 것은 상당한 우연입니다.

슈퍼문은 왜 생기나요?

달의 공전 궤도가 완전한 원이 아니라 타원이기 때문입니다. 지구와 가장 가까운 지점에서 보름달이 뜨면 평소보다 크고 밝게 보입니다.

달에 사람이 다시 착륙하는 것은 언제인가요?

여러 국가와 기관이 2020년대 후반을 목표로 유인 착륙 계획을 추진하고 있습니다. 다만 일정은 여러 차례 조정되어 왔습니다.

달의 뒷면이 항상 어둡다는 말은 맞나요?

틀린 표현입니다. 달의 뒷면에도 똑같이 낮과 밤이 찾아옵니다. 다만 지구에서 보이지 않을 뿐입니다. '어두운 면'이 아니라 '보이지 않는 면'이 정확합니다.

마무리

태양계를 한 바퀴 돌아본 뒤 지구로 돌아오면, 이곳이 얼마나 예외적인 장소인지 실감하게 됩니다.

알맞은 거리, 대기를 지켜준 자기장, 온도를 조절해온 판 구조 운동, 액체 상태의 물. 그리고 45억 년 전 지구를 거의 파괴할 뻔했던 충돌이, 결과적으로 자전축을 붙잡아주는 위성을 남겼습니다.

이 조건들 중 하나만 어긋났어도 지구는 금성이나 화성 쪽에 가까워졌을 것입니다. 제2의 지구를 찾는 일이 그토록 어려운 이유는, 지구 자체가 여러 우연이 겹쳐 만들어진 결과이기 때문입니다.

 

자료 출처

• NASA 아폴로 계획 월석 분석 자료
• 달 레이저 거리 측정 국제 관측망 자료
• NASA Earth Science
• 오류를 발견하시면 댓글이나 메일로 알려주세요.

 

👉 이어서 읽기

• 태양계에서 사람이 살 수 있는 행성은? 8개 전부 비교
• 아폴로 11호 달 착륙, 조작설이 틀린 이유까지
• 일식과 월식이 생기는 원리와 한국에서 보는 법