궤도
달은 지구 주위를 타원궤도로 공전한다. 달은 길이가 230 km인 궤도를 따라 평균 3700km/h의 속도로 움직인다. 지구가 365.25일, 즉 1년 동안 태양을 한 바퀴 돌 때 달도 지구를 따라 움직인다. 달은 실제로 서쪽 하늘에서 동쪽 하늘로 움직이고 있다. 그러나 달이 지구 주위를 공전하는 속도보다 지구가 훨씬 빠르게 자전하기 때문에, 달은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 것처럼 보인다. 달의 공전궤도는 타원이므로, 달과 지구의 거리가 늘 같지는 않다. 달이 지구에 가장 가까이 있을 때를 근저점이라고 하며, 거리는 35만 6399km이다. 한편, 달이 지구에서 가장 멀리 떨어져 있을 때를 원지점이라고 하며, 거리는 40만 6699km이다.
달이 궤도를 유지할 수 있는 이유는 지구 중력이 끌어당기는 힘 때문이다. 갑자기 지구나 지구 중력이 사라진다면, 달은 그 때부터 지구 주위를 돌지 않겠지만, 태양 주위의 궤도는 계속 돌 것이다. 태양 중력이 달을 끌어당기는 힘은 달 궤도를 불규칙하게 만드는 원인이 되는데, 이런 현상을 섭동(攝動)이라고 한다.
과학자들은 지구 주위를 도는 달의 공전을 삭망월과 항성월로 나눠 측정한다. 약 29.5일인 삭망월은 달의 모양이 보름달에서 다음 보름달까지 되는 시간이다. 삭망월은 태양을 기준으로 한 달의 공전주기이다. 달이 지구와 태양 사이에 있는 어떤 지점에서 궤도를 출발한다면, 약 29.5일 뒤에는 거의 같은 지점으로 다시 돌아오게 된다.
약 27.3일인 항성월은 달이 별을 기준으로 지구 주위를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간이다. 달의 공전이 지구에서 어떤별까지 그은 직선 위에서 시작된다면, 약 27.3일 뒤에는 다시 그 자리를 돌아오게 된다. 그러나 지구는 달이 공전하는 사이에도 태양 주위를 돌기 때문에, 삭망월이 항성월보다 길다. 달이 지구 주위를 한 번 공전하는 동안, 지구는 태양 둘레를 공전 궤도의 1/13만큼 공전한다. 따라서, 달이 태양을 기준으로 같은 위치에 오려면 조금 더 움직여야만 한다.
자전
달은 지구 주위를 한 바퀴 도는 동안, 달의 극점을 지나는 가상선인 자전축을 중심으로 서쪽에서 동쪽으로 자전한다. 또, 적도에서 달은 한 시간에 16km 정도씩 자전한다. 그러므로 우리는 언제나 달의 같은 면만을 보게 된다. 이 사실은 달이 자전하고 있다는 분명한 증거가 된다. 만일 달이 자전하지 않는다면, 우리는 달의 모든면을 볼 수 있을 것이다. 때때로 우리는 달의 가장자리 부근에서 달의 뒷면 일부를 볼 수 있다. 달은 공전하는 동안 옆으로나 위아래로 조금씩 흔들리는 것처럼 보인다. 이런 겉보기운동을 칭동(秤動)이라고 한다. 칭동 현상은 달의 공전속도가 일정하지 않고, 지구 궤도에 대해서 달 궤도가 5도 정도 기울어져 있기 때문에 일어난다.
위상 변화
우리는 달이 초승달에서 완전히 둥근 보름달로, 보름달에서 다시 그믐달로 변하는 모습을 볼 수 있다. 모양과 크기에서 보이는 이런 변화는 실제로는 빛을 받는 조건의 차이인데, 이를 위상 변화라고 한다. 위상 변화는 달이 지구쪽으로 반사하는 햇빛의 양이 변하기 때문에 생긴다. 달이 지구 주위를 돌면 햇빛을 받는 달의 표면이 달라지고, 이에 따라 달의 모양이 변하는 것처럼 보인다. 지구와 마찬가지로 달의 반구도식이 일어나는 동안을 빼면 항상 햇빛이 비친다.
달이 태양과 지구 사이에 있으면, 달은 햇빛이 비치는 뒷면만 빛나고 지구에서 보이는 앞면은 어둡다. 이렇게 달이 어두워질 때를 삭이라 한다. 이 때부터 약 7일이 지나면 달은 반달이 된다. 반달 모양은 햇빛에 노출된 달의 반쪽 면 중 지구에서 볼 수 있는 부분으로 이 때를 상현이라고 한다. 다시 약 7일이 지나면 지구가 달과 태양 사이에 놓인다. 이 때는 달의 전체 면에 햇빛이 들어 보름달을 볼 수 있고, 이를 망이라고 한다. 맑은 날 밤에는 보름달이 매우 밝게 보인다. 그러나 보름달이 떠 있는 하늘의 전체 밝기는 태양이 있을 때의 1/5 정도이다. 보름달 이후 약 7일이 지나면 달은 다시 반달이 되며, 이 때를 하현이라고 한다. 다시 7일이 지나면 달은 지구와 태양 사이에 있으며 삭이 된다. 삭에서 망으로 변할때에는 달이 찬다고 하고, 망에서 삭으로 변할 때에는 달이 기운다고 한다. 달이 반달보다 작게 보일때를 초승달이라고 한다. 달이 뜨고 지는 시간은 달의 위상에 따라 다르다. 삭일때 달은 태양과 거의 비슷한 시간에 지평선 위로 떠서 태양과 비슷하게 움직인다. 그러나 날이 갈수록 달은 하루 평균 50분 정도 늦게 뜨고, 태양을 기준으로 12도 정도 더 뒤쪽으로 지게 된다. 그래서 매일 같은 시각에 보이는 달의 위치는 서쪽에서 동쪽으로 조금씩 이동한다.
1주가 거의 지날 무렵이면 상현이 되는데, 이 때 달은 정오쯤 떠서 자정 무렵에 진다. 또 1주가 지나면 망이 되는데, 달은 태양이 질 때 떠서 태양이 뜰 때 진다. 하현이 되면 달은 자정쯤 떠서 정오 무렵에 진다. 1주가 더 지나면 삭으로 다시 돌아가고, 이 때 달과 태양은 다시 동쪽에서 같이 뜬다.
식
지구와 달은 햇빛 때문에 우주 공간에 그림자를 드리운다. 보름달이 지구의 그림자 속으로 들어가면 달이 보이지 않는 월식이 일어난다. 월식이 진행되는 동안 달은 어두운 붉은색을 띤다. 한편, 달이 삭이 될 때에는 달이 태양을 가려서 태양이 보이지 않는 일식이 일어나기도 한다.
달과 조석
옛날부터 사람들은 바닷가에서 해수면 높이가 올라가기도 하고 내려가기도 하는 현상을 보았다. 지구 중력이 달을 끌어당기는 것과 마찬가지로 달의 중력도 지구와 지구에 있는 많은 물을 끌어당긴다. 특히, 달의 중력은 지구에서 달 바로 아래에 있는 물을 끌어당긴다. 그 결과, 바다에서는 바닷물이 주기적으로 움직이는 조석 현상이 나타난다. 조석 현상으로 해수면이 하루 중 가장 높아졌을 때를 만조, 가장 낮아졌을 때를 간조라고 한다. 바닷가의 모든 지역에서는 날마다 만조와 간조 현상이 두 번씩 일어난다.
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