[지구와 달]은 옛날 사람들이 생각한 지구의 모양과 달에 관한 정효진의 이야기입니다. 특히 달 탐사에 관한 연구 역사에 대해 생각해 보게 하는 글이지요. 미래의 달 탐사를 어떻게 할 수 있을지 생각해 보면 좋을 것 같습니다.
1. 지구 이야기
옛날 사람들이 생각한 지구 모양은 어떠했을까요?
거대한 지구 위에서 살고 있는 우리는 지구의 극히 일부만 볼 수 있어 지구의 모양이 둥글다는 사실을 안다는 것은 매우 어려운 일입니다. 아마도 서울에서 부산까지 이르는 거리의 두 배 이상은 떨어져야 지구의 전체 모양을 볼 수 있을 것 같습니다. 지금은 인공위성에서 찍은 사진으로 지구가 둥글다는 사실을 쉽게 알 수 있지만 인공위성이나 과학이 발달하지 않았단 오래전에는 사람들이 우리가 살고 있는 이 세상을 어떻게 생각했을까요? 사람들은 지구의 모습을 정확히 잘 알지 못했기 때문에 지금과는 전혀 다른 지구를 상상하여 그려냈지요. 고대 그리스 사람들은 대부분 지구가 편평한 모습이고, 그 주위에는 큰 바다가 흐르고 있다고 믿었던 거지요. 사람들이 움직일 수 있는 범위가 좁아서 땅에는 끝이 있다고 믿고 계속 가다 보면 바다 끝에 낭떠러지가 있어서 떨어져 죽게 될 거라고 생각했지요. 또한 당시에는 중력이라는 개념을 알지 못하고 있었죠. 그러니 지구가 둥글다면 자신의 반대편에 사는 사람들은 아래로 떨어질 것이라고 생각할 수밖에 없을 겁니다. 사실 지구가 둥글다는 것을 잘 알고 있는 우리도 생활 속에서는 지구가 둥글다는 사실을 실감하지 못합니다.
따라서 옛날 사람들의 지구가 편평하다고 생각했던 것은 당연한 일인지도 모릅니다. 그때는 ‘지구가 둥글지 않을까?’라고 생각하는 것이 더 이상하고 놀라운 일이었을 겁니다.
고대 인도에서는 코끼리가 지구를 떠받치고 있다고 생각했어요. 거대한 뱀 위에 거북이 올라앉아 있고, 그 거북의 등 위에 코끼리 네 마리가 서서 반구의 대지를 떠받든 모습을 우주로 생각했던 거지요. 그리고 그 중앙에는 수미산이 솟아 있으며, 해와 달은 그 뒤를 돌고 있다고 믿었습니다. 이처럼 고대인들은 자신들이 설명할 수 없는 자연 현상에 대해 여러 신화를 만들어 냈지요.
수메르 사람들은 하늘에는 눈에 보이지 않는 신들이 있고, 이 신들이 땅에서 일어나는 모든 사건에 영향을 준다고 믿었습니다. 눈에 보이는 그대로 하늘은 둥근 천장 모양이고, 땅은 편평하다고 생각했으며, 별과 달, 태양은 그 안에서 운동한다고 믿었던 거지요.
고대 그리스 철학자 탈레스의 제자인 아낙시만드로스라는 사람은 지구가 원통형이며, 불기둥이 지구 주위를 휘감고 있다고 생각했고, 고대 중국에서는 직육면체 모양의 지구를 둥근 하늘이 덮고 있다고 생각했습니다. 이를 ‘천원지방(天圓地方)이라고 합니다.
이집트 인의 우주관에는 하늘의 여신 ‘누트’가 등장하지요. 누트가 평편한 땅을 위에서 에워싸고 있고, 누트의 몸에는 별들이 새겨져 있으며, 누트가 매일 저녁 태양을 삼켰다가 새벽에 다시 토해 내기 때문에 낮과 밤이 생긴다고 생각했답니다.
-지구가 둥글다는 증거-
옛날부터 지구의 모양에 관심을 가지고 있던 사람들이 많았어요. 약 2,500년 전 지구의 모양에 관심을 갖고 있던 그리스의 철학자이자 수학자인 피타고라스가 처음으로 지구가 둥글다고 주장했습니다. 당시 사람들은 하늘에 보이는 태양이나 달의 모습이 둥글고, 풀잎에 맺힌 이슬방울도 둥글기 때문에 공 모양이야말로 완벽한 입체라고 생각했습니다. 그래서 지구도 둥글다고 생각했지요. 기하학적으로 공 모양이 완벽한 입체이지만 과학적인 설명은 되지 못했어요. 그러다가 고대 그리스의 철학자인 아리스토텔레스가 과학적인 증거를 내놓았습니다. 과학 기술과 장비가 부족했던 그 시대에 어떻게 지구가 둥글다는 것을 밝혀냈을까요?
호기심이 많아 관찰하기를 좋아했던 아리스토텔레스는 태양이 지구를 비추어 만들어진 그림자에 달이 가려지는 훨식을 보고 지구의 모양이 둥글다는 것을 알게 되었지요. 그림자의 모양은 실제 몸체의 모양과 똑같기 때문에 이런 생각을 할 수 있었습니다. 낮 시간에 우리 그림자를 살펴보면 태양의 위치에 따라 그림자의 길이는 변하지만 모양은 사람 형태를 똑같이 닮아 있는 것과 같은 원리이지요. 만일 지구의 모양이 직사각형이라면 월식 때 태양이 비추는 각도에 따라서 사각형의 모습이 나타나야 하지만, 실제로 월식 때 나타난 지구의 그림자는 곡선 모양만 볼 수 있었습니다. 이것으로 지구가 편평한 것이 아니라 둥글다는 것을 확인할 수 있었던 것이지요.
두 번째 증거는 고위도 지방으로 갈수록 북극성의 고도가 높아진다는 점입니다. 북극성은 사계절 내내 북쪽 하늘에서 반짝이고 있습니다. 만약 지구가 편평하다면 세계 어느 지역에서나 북극성을 머리 위쪽에서 볼 수 있어야 합니다. 하지만 실제로 북반구의 극지방에서는 북극성이 머리 위에서 보이지만 적도 지방으로 갈수록 북극성의 고도가 낮아집니다. 이렇게 위도에 따라 북극성의 고도가 달라지는 것은 지구가 둥글기 때문이죠.
세 번째는 먼바다에서 항구로 들어오는 배의 돛대부터 보이는 점도 중요한 증거가 되지요. 만약 지구가 편평하다면 멀리서 항구로 들어오는 배의 전체 모습이 보일 것입니다. 그러나 실제로 배가 항구로 들어오는 모습을 살펴보면 처음에는 돛의 꼭대기 부분만 보이다가 점점 배의 전체 모습이 보이게 되지요.
네 번째 증거는 땅에서 높은 곳으로 올라갈수록 멀리까지 볼 수 있다는 점이지요. 높은 산이나 건물에 올라가면 우리가 볼 수 있는 시야가 넓어지는데, 이것도 지구가 둥글다는 증거입니다.
마지막으로 태양이 뜨는 시각이 동쪽으로 갈수록 빨라지는 점입니다. 편평한 지구에 산다면 어느 곳에서든지 동시에 해가 뜨고, 해가 지는 모습을 볼 수 있어야 하지요. 그러나 둥근 지구에서는 동쪽으로 갈수록 해 뜨는 시각이 빨라집니다. 아침 뉴스를 보면 울릉도가 서울보다 십여 분 일찍 해가 드는 것을 알 수 있어요.
이렇게 여럭 가지 증거가 있는 데도 사람들은 지구가 둥글다는 것을 믿지 못했답니다. 그러다가 1522년 포르투갈 태생인 마젤란이 세계 일주를 마치자 비로소 믿게 되었지요. 마젤란은 지구가 둥글다는 것을 증명하기 위해 한 방향으로만 이동하여 처음 출발한 지점으로 되돌아옴으로써 지구가 둥글다는 것을 확실하게 증명했습니다. 마젤란은 1519년에 에스파냐를 출발해 남아메리카를 순항하면서 마젤란 해협을 발견하고 태평양을 횡단하였지요. 마젤란은 필리핀에서 원주민에게 피살되었지만 부하게 항해를 계속하여 1522년에 세계 일주를 완성했습니다.
사람들이 지구의 모습을 직접 본 것은 불과 50여 년도 되지 않은 최근의 일입니다. 1968년 미국의 달 탐사선 아폴로 8호를 타고 달 탐사에서 나선 세 사람이 최초로 지구 전체의 모습을 본 주인공이랍니다. 달의 모습을 사람이 직접 본 것은 처음이지만 이때도 완전히 둥근 지구의 모습을 볼 수는 없었습니다. 태양이 아폴로 8호의 옆쪽에 있어서 지구의 반쪽만 밝게 보였기 때문이지요. 동그랗게 찍힌 지구의 사진 중 가장 유명한 것은 1972년 아폴로 17호의 우주 비행사가 촬영한 사진인데, 이 사진을 찍을 당시 운이 좋게도 태양이 아폴로 17호의 뒤쪽에서 비치고 있어서 지구의 전체 모습을 찍을 수 있었던 것이죠. 이 사진에서는 구름으로 뒤덮인 대륙과 바다의 모습이 장난감 유리구슬처럼 보여서 ‘블루 마블’이라는 별명도 붙여졌습니다.
최근에는 과학 기술이 발달해 인공위성에서 직접 지구의 모습을 볼 수 있게 되었습니다. 얼마 전 한국인 우주 비행사가 촬영한 푸른 공 모양의 지구 모습이 텔레비전에서 방영된 적도 있습니다. 인공위성에서 바라본 지구의모습은 기상청 누리집에서도 실시간으로 볼 수가 있답니다.
2. 달 이야기
-달에 관한 전설-
달 표면을 살펴보면 항상 일정한 모양의 어두운 무늬가 보입니다. 이 무늬를 바다라고 부르는데 실제로 물은 없고, 평평하고 낣은 땅입니다. 옛날 사람들은 이 무늬를 보고, 각각 서로 다른 모습을 상상했지요.
먼저 우리 조상들은 어떻게 생각했을까요?
우리나라에서는 사람들 대부분이 달에는 계수나무가 있고, 토끼가 떡방아를 찧는다고 생각했습니다. 토끼가 산다고 생각하는 문화는 우리나라뿐만 아니라 다른 여러 나라에서도 살펴볼 수 있지요. 전설로 전해 내려오는 [해와 달이 된 오누이]의 이야기는 달에 가고 싶어 하는 사람들의 소망을 담고 있는 이야기입니다.
미국에서는 달에 게가 살고 있다고 믿었고, 어느 인디언 부족은 악어가 산다고 생각했답니다. 또 북유라시아, 북아메리카 북서 해안, 오키나와 등지에서는 달 펴면의 무늬를 보고 물 긷는 사람의 모습이라고 생각했지요. 중국 북방의 소수 민족인 호지엔 족 사이에서는 시어머니에게 구박받던 며느리가 승천하여 달의 며느리가 되어 달에 살면서 물을 긷는 모습이라는 전설이 있습니다. 그 밖에도 인도네시아에서 폴리네시아에 걸친 여러 나라에서는 베 짜는 여인의 모습을 상상하였고, 중국에서는 예가 서왕모에게서 받은 불사약을 아내 항아가 훔쳐 마시고 신선이 되어 달 속에 산다고도 했고, 잘못을 저지른 오장이 별로 계수나무를 자르기 위하여 도끼질을 하는 모습이라고도 했답니다.
달은 매일 모양이 바뀌는데, 이것에 관련된 전설도 많이 있지요. 이집트의 [사자의 서]에는 태양신 라가 지하 세계의 축복받은 자들을 비추는 동안 가장 현명한 신 토트에게 자신을 대신하여 하늘을 지배하라고 명령해서 태양이 가라앉으면 즉시 달이 나타나 태양의 배를 타고 밤의 항해를 시작한다는 이야기가 나옵니다. 달은 매달 괴물들의 공격을 받고 뜯어 먹히지만, 그 괴물들이 달의 병사들에 의해서 뜯어먹은 것들을 토해 내기 때문에 한 달을 기준으로 위상의 변화가 생긴다고 생각했지요. 인도의 한 전설에는 부인인 달이 남편인 해에게 많은 자식(별)을 낳아 준 후 잘못을 저질러서 화가 난 해가 달을 반으로 자르고, 일정한 시간이 지나야 한 번씩 완전한 모습이 되도록 허락해 주었다는 이야기도 있답니다.
-달의 탄생설-
달의 생성 과정에 대해서는 학자들마다 의견이 다양합니다. 첫 번째는 ‘형제설’입니다. 여러 미행성이 서로 충돌하고 뭉쳐져서 지구가 생성된 것과 마찬가지로 지구 주변을 떠돌던 물질들이 서로 부딪히고 뭉쳐져서 달이 만들어졌을 것이라는 학설입니다.
두 번째는 ‘천자설’입니다. 지구가 자전하면서 생기는 원심력, 즉 바깥으로 튕겨 나가려고 하는 힘에 의해 지구를 이루고 있던 물질들이 떨어져 나가면서 뭉쳐져서 달이 생겼을 수도 있습니다. 반대로 ‘포획설’을 주장하는 사람들은 자석이 못을 끌어당기는 것처럼 태양계 내의 다른 곳에서 만들어진 행성이 지구가 끌어당기는 힘에 의해서 붙잡혔을 것이라고 추측합니다.
네 번째는 태양계 내의 큰 천체가 빠른 속도로 지구와 충돌하였고 그때 부서져 흩어진 천체의 일부와 부스러기들이 지구 주변을 떠다니면서 서로 뭉쳐져서 달이 되었을 것이라는 ‘거대 충돌설’입니다. 이 가운데 현재 거대 충돌설이 가장 합리적인 설명이라고 인정되고 있습니다.
-달의 이모저모-
달의 바다
옛날부터 달은 많은 사람이 동경하던 대상이었습니다. 망원경이 발명되면서 자연스럽게 달에 대한 많은 연구가 시작되었지요. 처음으로 달을 들여다본 사람은 갈릴레이입니다.
갈릴레이는 1609년 망원경을 이용해서 달 표면에 움푹 파인 수많은 자국, 즉 ‘크레이터’라고 하는 ‘분화구’를 발견하고 그 모습을 그렸습니다. 달의 표면은 사람들이 생각한 것과 달리 매우 울퉁불퉁했습니다. 달의 표면은 어두운 부분인 바다와 밝은 부분인 육지로 나눌 수 있지요. 달의 바다는 지구의 평원과 같으나, 달의 육지에는 산과 산맥 등이 있어서 표면의 높낮이 차이가 심합니다. 달을 보았을 때 토끼 모양처럼 어두운 색깔의 얼룩무늬로 보이는 지역을 바다라고 합니다. 이 부분은 현무암질의 용암 대지로 되어 있어서 어두운 색을 띱니다. 17세기에는 이 지역이 물로 가득 차 있을 거라고 믿었기 때문에 ‘바다’라고 불렀어요. 달 표면에서 각 지역을 구별하기 편리하도록 바다와 큰 크레이터에 이름을 붙였습니다.
달의 바다 중에서 가장 큰 것은 ‘폭풍의 대양’입니다. 폭풍의 대양은 그 넓이가 다른 바다를 모두 합친 것보다도 넓습니다. 그 옆에는 ‘비의 바다’가 있는데, 폭풍의 대양에 비해 훨씬 작지만 지름이 무려 1,000 킬로미터가 넘습니다. ‘위기의 바다’는 타원형의 점처럼 보이는 가장 작은 바다입니다. 그 밖에도 풍요의 바다, 감로주의 바다, 고요의 바다, 맑음의 바다, 구름의 바다, 습기의 바다, 동야의 바다, 스미스의 바다, 인식의 바다, 남쪽의 바다, 모스크바의 바다가 있습니다.
달에는 계곡과 절벽도 있답니다. 계곡의 크기는 작은 것에서부터 너비 30킬로미터, 길이 500킬로미터나 되는 거대한 것까지 다양합니다. 유성이 달에 비스듬히 충돌하여 튕겨져 나온 바윗덩어리들이 표면을 긁어서 만들어지기도 합니다. 절벽은 매끈한 바다 지역에 끊어지듯 기다랗게 형성됩니다. 지구와는 달리 매우 완만한 경사를 이루고 있습니다.
-달의 육지-
달 표면에서 바다보다 밝은 색을 띠는 곳을 육지라고 부릅니다. 달의 육지에는 산맥과 크레이터가 있습니다. 크레이터는 움푹 파인 구덩이인데, 대부분 유성의 충돌로 생성되었습니다. 화산 폭발이나 표면이 아래로 꺼지면서 만들어지기도 합니다. 크기도 다양해서 달 표면에는 서울시가 수십 개나 들어갈 수 있는 크기의 크레이터도 많습니다.
달의 산맥은 지구의 산맥보다 크고 웅장합니다. 이것은 유성의 충돌 후 용암이 흘러들 때 잠기지 않고 산맥으로 남은 것입니다. 이름은 지구에 있는 산맥의 이름을 본떠서 지은 것이 많습니다. 예를 들어, 아펜니노 산맥, 캅카스 산맥, 알프스 산맥, 취라 산맥 등이지요. 달의 반지름은 지구의 4분의 1인 약 1738킬로미터입니다. 천체 대부분은 자전 운동을 하기 때문에 적도 부근이 약간 튀어나온 타원형입니다. 달도 달의 질량은 지구 질량의 81분의 1, 부피는 지구의 50분의 1이고, 밀도는 평균 3,34입니다.
달에는 공기나 수증기가 전혀 없기 때문에 구름을 볼 수 없습니다. 단, 달의 암석에 분자 상태로 약간의 물이 있기는 합니다. 그리고 낮과 밤의 길이가 매우 깁니다. 그래서 달의 표면에서는 낮과 밤의 온도 차이가 많이 생기지요. 태양이 15일 동안이나 내리쬐는 낮에는 온도가 약 100도까지 올라가고, 밤에는 영하 150도 정도로 매우 춥습니다. 만약 여러분이 달을 탐험하려고 한다면, 달의 밤 동안에는 어둡고 추워서 힘들고, 머리 위에서 태양이 내리쬐는 낮 동안에는 너무 더워서 탐험하기가 힘들 수 있으니 달의 아침에 해당하는 시기에 착륙하도록 미리 계획을 세워야 합니다.
-달 탐사-
달 탐사의 역사
세계 최초의 인공위성은 1957년 소련이 발사한 스푸트니크 1호입니다. 1961년 4월 12일에 발사한 보스토크 1호는 지구 궤도의 진입에 성공하였는데, 그 안에는 소련의 공군 소령인 유리 가가린이 타고 있었으며, 그는 최초의 우주인입니다. 보스토크 1호는 1인승 우주선으로 인간이 탄 부분은 지름이 겨우 2.3미터인 공 모양의 캡슐이었으며, 지구 궤도를 89분 걸려 1회전 한 후, 108분 만에 무사히 지구로 돌아왔습니다. 무중력과 시속 1만 8000킬로 미터라는 초고속의 비행 환경에서 인간이 견딜 수 있는가에 대한 가능성을 보스토크 1호의 성공이 충분히 증명한 셈이 되었답니다.
달 탐사는 미국과 소련이 우주 진출 경쟁을 하는 과정에서 이루어졌지요. 1957년 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호가 소련에 의해 성공적으로 발사되자 미국과 소련의 자존심을 건 우주 개발 경쟁이 유인 달 탐사 경쟁으로 이어졌습니다.
암스트롱은 달에 첫발 을 내딛다가 그대로 먼지 속으로 쑥 빠져 버리지는 않을까 조마조마했다고 합니다. 암스트롱은 이것은 한 사람에게는 작은 한 걸음이지만, 인류에게는 위대한 한 걸음이다.”라는 명언을 남겼습니다. 아폴로 계획에 따라 우주선은 17호까지 총 여섯 번 발사됐고 우주 비행사 열두 명이 달에 도착했습니다. 달 착륙선은 과학 조사 장치를 이용하여 지구와 달의 정확한 거리를 측정하였지요. 20년에 걸쳐 지구에서 보낸 레이저 광선이 달에 반사되어 되돌아오는 데 걸린 시간을 분석하여 달이 1년에 3.8센티미터씩 지구로부터 떨어진다는 사실이 밝혀졌습니다.
달 탐사의 미래
아폴로 계획 이후 막대한 예산이 드는 달 탐사 대신 실용적인 우주 개발이 중심이 되면서 달탐사는 한동안 주춤했습니다. 그런데 1990년대에 이르러 미국에서 달 탐사선 클레멘타인, 루나프로스팩터 등을 달 기지 건설을 위한 준비 작업으로 달에 보내서, 보다 자세한 달 탐사를 시도했지요. 이렇듯 아폴로 착륙 이후의 달 탐사는 달에 기지를 건설하기 위한 계획 중 하나로 추진되고 있습니다. 달에 기지가 건설될 경우, 달은 행정 탐사의 중간 기지 역할 을 할 뿐만 아니라 다양한 자원을 지구로 가져오는 에너지 보급소의 역할도 하게 될 거예요.
달에는 핵융합의 연료로 쓸 수 있는 헬륨-3의 상당량이 존재하는 것으로 알려져 있지요. 헬륨-3는 우리가 원자력 발전에 사용하는 우라늄보다 방사능 오염을 수십 분의 1로 줄일 수 있는 핵융합 연료입니다.
지구에는 극히 소량밖에 존재하지 않지만 달에는 100만~5억 톤가량의 헬륨-3이 존재하는 것으로 추정되며, 100만 톤이면 인류가 약 1만 년 동안 사용할 수 있는 에너지양과 맞먹을 정도이지요. 비용이 많이 들기 때문에 달에 다시 우주인을 보내는 것은 미루고 있지만, 인류가 달을 개발하려는 것을 포기한 것은 아닙니다. 미국 이외에도 일본이나 중국 등 여러 나라에서 달 착륙과 기지 건설을 위한 개획을 꾸준히 추진하고 있어요. 또한 2010년 4월 미국의 버락 오바마 대통령이 2030년대 중반까지 화성 착륙을 위한 우주선을 발사한다는 계획을 발표했는데, 이것은 미국이 아폴로 계획을 통해 달에 우주인을 착륙시킨 경험이 있기 때문에 가능한 것이에요.
우리나라의 우주 탐사
우리나라의 우주 탐사는 우리별 1호, 2호 무궁화호 발사로 시작되었습니다. 1992년 8월 11일 프랑스의 로켓에 실려 우리 별 1호가 발사되었는데, 100퍼센트 우리나라 기술로 발사하지는 못했지만 우주 탐사에 대한 기술을 많이 습득하는 계기가 됐습니다. 1993년 9월 23일 우리 별 2호가 발사되었는데, 라면 상자 정도 크기에, 무게는 약 50킬로그램 정도였습니다. 국산 부품을 사용하여 국내 기술진의 힘으로 제작하였지요. 무궁화 1호 위성은 델타 2 로켓에 실려 1995년 9월 5일 미국의 플로리다에서 발사되었습니다. 그러나 로켓 추진제 중 한 개가 제대로 작동되지 않아 정상 궤도에 올리는 데 실패했답니다. 그 대신 무궁화 2호 위성을 좀 더 빨리 발사하였고 현재 성공적으로 궤도를 돌면서 시험 중에 있습니다.
무궁화 위성은 지구 주위를 제멋대로 도는 것이 아니라 일정한 길을 따라 도는데, 이렇게 위성이 따라 도는 길을 ‘위성의 궤도’라고 합니다. 1996년 7월 1일 위성 방송을 시작으로 무궁화 위성이 본격 가동되어 방송 통신뿐만 아니라 화상 회의, 위성 중계 등 첨단 방송 서비스로 우리 생활에 큰 변화를 가져다주었습니다.
하부르타식 질문의 예
1. 옛날에 사람들은 왜 태양이 지구를 돌고 있다고 생각했을까요?
2. 사람들은 달의 무늬를 보고 왜 서로 다른 모습을 상상했을까요?
3. 각 나라들은 왜 달 탐사에 경쟁을 하고 있는 걸까요?
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