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태양이 달에 가려지는 일식이나 지구의 그늘 속에 달이 들어오는 월식은 왜 일어나는 것일까. 그 구조에 대해 알아보자.

일식

지구가 태양 주위를 도는 궤도면(황도)과 달이 지구 주위를 도는 궤도면(백도)은 거의 일치한다. 그래서 달이 지구 주위를 돌면서 태양의 앞면에 와서 태양을 가릴 때를 일식이라고 한다. 또 달이 태양의 반대쪽에 와서 지구가 이끄는 그늘 속으로 들어가면 월식이 된다.

개기일식과 금환식

皆旣日蝕－金環蝕

지구에서 보았을 때 태양과 달이 거의 같은 크기로 보이는 것은 우연이다. 달의 궤도는 태양 주위를 도는 지구궤도보다 약 5°기울어져 있다. 이 때문에 일식과 월식은 자주 일어나지는 않는다. 일식이나 월식은 지구와 태양과 달이 거의 일직선을 이루었을 때만 나타나기 때문이다. 달이 지구에 가까울 때 일식 현상이 일어나면 달이 태양을 완전히 숨기게 되어 이른바 개기일식이 된다. 그러나 달이 지구보다 멀리 떨어져 있을 때 일식 현상이 일어나면 달은 태양을 다 가리지 못하여 주변이 반지처럼 남는 금환식이 된다.

개기일식에서는 달그림자가 원뿔 모양으로 늘어나 그 꼭지점이 지구 표면에 도달한다. 이 그림자를 본영(本影)이라 한다. 이 지점에서 보면 개기일식이 된다. 본영의 바깥쪽에 있는 넓은 반영(半影) 부분에서 보면 달의 중심이 태양의 중심에서 빗나가 있어 이른바 부분일식을 볼 수 있다. 달의 궤도 운동에 의해 개기일식을 볼 수 있는 지점은 지구 표면 위를 서쪽에서 동쪽으로 옮겨간다. 또 한 지점에 대해 생각해 보면 달이 서쪽에서 태양을 뒤쫓아와 태양의 모양이 이지러지기 시작하여 부분일식이 되며, 이 부분일식이 점차 깊어져 개기일식이 되고, 그것이 끝나면 다시 태양이 서쪽에서 모습을 드러내기 시작하여 다시 부분일식이 된다. 개기일식이 이어지는 시간은 길어도 7분 30초 정도이다. 개기일식이 되면 눈부신 태양 반구가 달에 가려지기 때문에 태양의 상층 대기인 채층(彩層)이나 그 위쪽으로 확산되는 코로나를 관측할 수 있다.

금환식 때는 달에서 오른쪽으로 뻗어 있는 본영의 꼭지점이 지구 표면에 도달하지 않는다. 따라서 그 연장선상의 지점에서 보면 달이 태양보다 작기 때문에 금환식이 된다. 또한 반영이 넓은 지역에서 부분 일식을 볼 수 있는 것은 개기일식의 경우와 같다. 금환식의 경과를 보면 동쪽에서 서쪽으로 감에 따라 달이 오른쪽(서쪽)에서 태양을 쫓아 추월해 가는 모습을 볼 수 있다.

금환 개기식

金環皆旣蝕

달의 거리가 너무 가까워져서 본영의 꼭지점이 가까스로 지표에 도달할 경우에 일어나는 것으로 금환 개기식이 있다.

달그림자는 지표 표면을 서에서 동으로 이동해 간다. 본영이 지구 전체로 보면 최초로 상륙하는 것은 일출 지점이며, 이 지점에서는 달과 지표와의 거리가 멀기 때문에 본영의 꼭지점이 지표에 도달하지 않고 금환식이 된다. 그러나 본영이 동쪽으로 옮겨가서 낮에 일식이 일어나는 지점에 접어들 무렵에는 지구의 반지름 정도 되는 달과 지표 사이의 거리가 좁아지게 되므로 본영의 꼭지점이 지표에 도달하여 개기일식 현상을 볼 수 있다. 그리고 본영이 동쪽으로 옮겨가서 지구 전체적으로 일식을 볼 수 있는 마지막 지점에 이르면 일식은 그 지방의 일몰 전에 일어나 다시 금환식이 된다. 이와 같이 하나의 일식이 지역에 따라 개기일식이 되거나 금환식이 되는 경우를 금환 개기식이라 한다.

또 달이 태양을 추월하여 일식이 일어날 때 달이 태양의 북쪽 또는 남쪽을 통과하면 개기일식이나 금환식은 일어나지 않고 부분 일식으로 끝나 버리는 경우도 있다.

20세기 마지막 개기일식

二十世紀－皆旣日蝕

20세기 마지막 개기일식은 1999년 8월 11일 나타났는데, 태양이 잠시 사라지며 대낮이 한밤중으로 변하는 장관을 지켜보느라 유럽·중동 및 서남아시아가 온통 흥분의 도가니에 빠졌다. 이날 일식이 진행된 17개국에서 수억 명의 사람들이 길거리로 쏟아져 나와 태양과 달이 펼치는 '우주쇼'를 지켜 봤다.

개기일식은 8월 11일 오전 9시 31분(그리니치 표준시, 한국시간 오후 6시 31분) 캐나다 동쪽 끝 노바스코샤 부근의 대서양에서 시작해 영국·프랑스·독일·터키·이란·파키스탄을 거쳐 인도 벵골만에서 12시 36분 13,000km에 걸친 대장정의 막을 내렸다.

유럽 대부분의 지역은 구름에 덮이거나 비가 내려 현지 주민과 관광객들을 안타깝게 한 반면 중동의 이란과 이라크·터키는 날씨가 좋아 일식을 제대로 관찰할 수 있었다. 일식이 지나는 많은 국가의 방송들이 일식의 진행 상황을 생중계했으며 미항공우주국 등은 인터넷을 통해 일식을 전세계에 전했다.

월식

지구는 달의 4배나 되는 크기를 가진 행성이므로 지구의 그림자는 달의 궤도보다 훨씬 멀리까지 뻗어 있다. 달이 이 그림자 속을 통과할 때 월식이 일어난다. 지구 그림자에도 본영과 반영이 있다. 달이 반영에 접촉했을 때 달의 광채가 떨어질 것 같지만 실제로는 거의 변화가 없다. 그것은 첫째 지구가 대기로 둘러싸여 있어 대기에 의한 산란광(散亂光)이 강하기 때문이다. 달이 본영에 깊이 들어간 개기일식이 한창인 중에도 달은 완전히 암흑이 되는 것이 아니라 불그스레하게 보이는 것도 이 산란광 때문이다. 특히 식(蝕)이 일어나는 시각에 저녁 또는 새벽녘에 해당하는 지역이 구름 하나 없이 맑게 개어 있는 경우에는 개기일식중인 달은 붉고 밝게 보인다. 이렇듯 색이 붉은 것은 석양이 붉은 것과 같은 이유이다.

일반적으로 월식의 시작은 달이 본영에 접했을 때가 되며, 개기월식을 거쳐 부분 월식으로 끝난다.

월식 계속 시간

月蝕繼續時間

달의 어떤 거리에서 지구 그림자의 단면은 태양·달·지구의 크기와 그 상대 위치로 간단하게 계산할 수 있다. 본영의 지름은 9,200km로서 이것은 달의 지름 3,476km보다 훨씬 크며, 반영의 지름은 1만 6,000km나 된다. 단 이들 수치는 달의 거리가 변동이 크기 때문에 어림잡아 계산한 것이다. 달의 그림자에 대한 속도는 시속 3,380km이므로 달이 본영의 중심을 지나갈 경우에는 월식의 시작에서 끝날 때까지 약 3시간 반, 개기월식의 시작부터 끝까지는 약 2시간이 걸린다. 개기일식과 달리 월식은 지구상에서 밤에 해당하는 지역에서 널리 관찰할 수 있다.

달이 본영 중심을 통과하지 않고 북쪽 또는 남쪽으로 빗나갈 때는 개기월식이 되어도 계속되는 시간이 짧아지거나 부분월식이 되거나 한다.

월식이 일어날 때 달이 붉게 보이는 이유

月蝕－理由개기월식이 일어날 때 달이 붉게 보이는 것은 지구 대기에 의한 산란 때문인데, 산란 방법은 태양빛이 지구 대기를 통과할 때 파장이 짧은 푸른빛일수록 산란이 잘 되어 붉은 빛만이 남는다. 이것이 달을 붉게 물드는 이유이다. 월식이 일어날 때 이지러지는 쪽이 뿌옇게 보이는 것도 지구 대기 때문이라고 볼 수 있다. 그와 동시에 월식이 일어날 때 달의 이지러지는 방법은 보통 초승달이나 상현달과는 다른 모양이다. 고대 그리스 시대에 아리스토텔레스는 월식이 일어날 때의 그림자가 지구의 그림자이며, 이것은 지구가 둥글다는 증거라고 하였다.

살로스의 주기

－週期

지구의 궤도면(황도)과 달의 궤도면(백도)이 일치하는, 즉 달과 지구가 같은 평면 내에서 운행하고 있으면 신월일 때는 반드시 일식, 만월일 때는 매번 일식이 일어날 것이다. 그러나 현실적으로는 매번 일어나지는 않는다. 그것은 황도에 대해 백도가 5°9′기울어져 있기 때문이다. 그 때문에 일식이나 월식이 일어나는 것은 황도와 백도가 교차하는 지점 부근에서 태양과 달이 만날 때 또는 정반대 방향에 왔을 때로 한정된다. 그 이외에는 달이 태양을 추월할 때 태양의 북쪽을 지나거나 남쪽을 지나거나 하여 일식이 일어나지 않는다.

옛날 사람들은 일식이나 월식을 신이 계시하는 흉조라 하여 몹시 두려워하였다. 일식이나 월식에 얽힌 에피소드는 역사에도 많이 남아 있다. 이런 가운데서도 고대 칼데아인들은 이미 경험으로 미루어 일식과 월식이 223삭망월, 즉 18년 11일 만에 되풀이된다는 것을 알고 있었다. 18년이라는 길이는 태양으로부터 우력을 받아 달의 궤도면(백도)이 방향을 바꾸는 주기이다.

살로스의 주기는 일식과 월식을 나타낸 표에서도 알 수 있다. 예를 들어 1972년에 일어난 두 차례의 일식은 1살로스 후인 1990년에 다시 나타났다. 또한 1970년 3월 7일 미국을 지나간 일식은 1살로스 후 지역이 약간 빗나가 1988년 3월 18일 우리나라 남쪽을 지나가는 일식이 되어 나타났다. 월식도 1971년과 1989년, 1972년과 1990년이 1살로스 사이를 두고 대응하고 있다.