달은 왜 늘 같은 면만 보일까: 달의 크기·거리·위상 변화와 해마다 3.8cm씩 멀어지는 이유

밤마다 보는 달에는 늘 같은 무늬가 있습니다. 옛사람들이 「토끼가 방아 찧는 모습」이라 부른 그 무늬는 어느 밤에 봐도 똑같습니다. 달이 돌지 않아서가 아닙니다. 달은 돌고 있는데도 같은 면만 보이는, 그 이유부터 시작해 달의 크기와 거리, 모양이 바뀌는 원리, 사람과 탐사선이 달에 간 이야기까지 정리합니다.

같은 면만 보이는 이유: 자전과 공전이 같다

달은 약 27.3일에 한 번 스스로 한 바퀴 돌고(자전), 같은 27.3일에 한 번 지구를 한 바퀴 돕니다(공전). 두 시간이 똑같기 때문에 달이 지구 둘레를 돌면서 그만큼 몸을 돌려, 늘 같은 얼굴을 지구 쪽으로 향하게 됩니다. 이것을 조석 고정(동주기 자전)이라고 합니다.

왜 하필 같아졌을까요. 지구의 중력이 달을 조금 길쭉하게 잡아당기는데, 옛날에 달이 더 빨리 돌던 시절에는 이 길쭉한 부분이 지구 쪽에서 자꾸 어긋나면서 브레이크처럼 자전을 늦췄습니다. 수억 년에 걸쳐 자전이 느려지다가 공전과 같은 속도에서 멈춘 것입니다. 태양계의 큰 위성 대부분이 이렇게 어미 행성에 한 면만 보여 줍니다.

그래서 「달의 뒷면」은 1959년 소련의 루나 3호가 사진을 보내기 전까지 아무도 본 적이 없었습니다. 뒷면은 앞면과 달리 어두운 「바다」가 거의 없고 크레이터로 빽빽합니다.

달의 크기와 거리

항목	값	비교
지름	약 3,474km	지구(약 12,742km)의 약 27%. 서울~도쿄 직선거리의 3배쯤
평균 거리	약 38만 4,400km	지구 지름의 약 30배. 지구를 30개 나란히 놓은 길이
가장 가까울 때·멀 때	약 36만 3천km ~ 약 40만 5천km	궤도가 타원이라 보름달 크기가 조금씩 다름
표면 중력	지구의 약 1/6	60kg인 사람이 달에서는 10kg 무게로 느껴짐
하늘에서의 크기	약 0.5도	팔을 쭉 뻗었을 때 새끼손가락 너비의 절반
낮·밤 온도	약 120℃ / 약 -130℃	공기가 없어 열을 붙잡아 두지 못함

달은 태양계 위성 가운데 다섯 번째로 크지만, 어미 행성과 견주면 가장 큰 위성입니다. 목성의 가장 큰 위성 가니메데도 목성 지름의 4%가 안 되는데, 달은 지구 지름의 27%나 됩니다. 그래서 지구와 달을 「이중 행성」에 가깝다고 말하기도 합니다.

모양이 바뀌는 원리: 위상

달은 스스로 빛을 내지 않고 햇빛을 반사합니다. 달의 절반은 언제나 햇빛을 받고 있는데, 그 밝은 절반이 지구에서 얼마나 보이느냐에 따라 모양이 달라집니다.

위상	태양·지구·달의 위치	보이는 때
삭 (그믐)	달이 태양과 지구 사이. 밝은 면이 태양 쪽을 향해 보이지 않음	낮에 태양과 함께 떠서 볼 수 없음
초승달	삭에서 2~3일 뒤. 오른쪽 가장자리가 얇게 빛남	해 진 직후 서쪽 하늘에 잠깐
상현달	태양·지구·달이 직각. 오른쪽 절반이 밝음	해 질 무렵 남쪽 하늘, 자정에 짐
보름달	지구가 태양과 달 사이. 밝은 면 전체가 보임	해 질 때 떠서 밤새 보임
하현달	왼쪽 절반이 밝음	자정에 떠서 아침 하늘에 남음
그믐달	왼쪽 가장자리만 얇게	해 뜨기 직전 동쪽 하늘

삭에서 다음 삭까지는 약 29.5일이 걸립니다. 공전주기 27.3일보다 이틀쯤 긴 이유는, 달이 지구를 한 바퀴 도는 동안 지구도 태양 둘레를 조금 움직여서, 같은 위상이 되려면 달이 조금 더 가야 하기 때문입니다. 음력 한 달이 29일 또는 30일인 것은 바로 이 29.5일에서 왔습니다.

자주 헷갈리는 점 하나. 달의 위상은 지구 그림자 때문이 아닙니다. 지구 그림자가 달을 가리는 현상은 따로 「월식」이라 하며, 보름달일 때만 드물게 일어납니다.

해마다 3.8cm씩 멀어진다

아폴로 우주인들이 달 표면에 놓고 온 거울에 지구에서 레이저를 쏘아 돌아오는 시간을 재면, 달까지의 거리를 몇 cm 단위로 알 수 있습니다. 이 측정으로 달이 해마다 약 3.8cm씩 지구에서 멀어진다는 사실이 확인됐습니다. 달이 일으키는 밀물·썰물이 지구의 자전을 아주 조금씩 늦추고, 그 에너지가 달을 바깥으로 밀어내기 때문입니다. 손톱이 자라는 속도와 비슷한 이 변화 때문에, 먼 옛날 달은 지금보다 훨씬 크게 보였고, 지구의 하루도 더 짧았습니다.

사람과 탐사선이 간 달

때	일
1959년	소련 루나 3호, 달 뒷면을 처음 촬영
1969년 7월 20일	아폴로 11호, 사람이 처음 달에 내림 (닐 암스트롱, 버즈 올드린)
1969~1972년	아폴로 11·12·14·15·16·17호로 모두 12명이 달 표면을 걸음. 17호가 마지막
2022년	우리나라 첫 달 궤도선 다누리 발사(8월), 12월 달 궤도 진입. 이후 달 표면을 촬영하며 임무 연장 운영
2026년 4월	NASA 아르테미스 2호, 반세기 만에 사람을 태우고 달을 돌아 지구로 귀환

아르테미스 계획은 다음 단계로 달 표면 착륙과 달 궤도 기지 건설을 목표로 합니다. 다누리가 찍은 달 사진은 한국항공우주연구원이 공개하고 있습니다.

이 글을 읽고 달을 볼 때

• 보름달보다 반달 무렵이 더 볼 만합니다. 밝은 면과 어두운 면의 경계선(명암 경계) 근처에서 크레이터 그림자가 길게 드리워 울퉁불퉁한 지형이 또렷합니다.
• 어두운 부분은 「바다」(옛 용암이 굳은 평원), 밝은 부분은 「고지」입니다. 맨눈으로도 구분됩니다.
• 초승달 무렵 어두운 부분이 희미하게 보이는 것은 지구가 반사한 햇빛이 달을 비추는 「지구조」입니다.

자주 묻는 질문

Q. 달의 뒷면은 늘 어두운가요?

아닙니다. 뒷면도 앞면처럼 햇빛을 받아 낮과 밤이 번갈아 옵니다. 지구에서 보이지 않을 뿐이라 「어두운 면」이 아니라 「먼 면」이 맞는 말입니다.

Q. 슈퍼문은 무엇인가요?

달이 지구에 가장 가까운 지점 근처에서 보름달이 될 때를 부르는 말입니다. 평소 보름달보다 지름이 1할 남짓 커 보이지만, 나란히 놓고 보지 않으면 차이를 느끼기 어렵습니다.

Q. 달이 지평선 근처에서 유난히 커 보이는 이유는요?

실제 크기는 같습니다. 나무나 건물과 비교되면서 크게 느껴지는 착시이며, 사진으로 재 보면 높이 떠 있을 때와 똑같습니다.

Q. 달에도 지진이 있나요?

있습니다. 아폴로가 설치한 지진계가 「월진」을 기록했으며, 대부분 지구 지진보다 훨씬 약합니다.