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천체망원경의 첫번째 관측 대상은 달이다. 심한 요철로 이루어진 달표면을 효과적으로 관측하는 방법은?

달은 지구에 가장 가까운 천체이면서, 또 지구의 유일한 위성이다. 그래서 우리는 달을 '지구의 하나뿐인 외아들'이라고도 한다.

망원경을 처음 대하는 사람이 맨 처음에 보는 천체는 대부분 달일 것이다. 왜냐하면 달은 많은 관측경험과 좋은 망원경, 자세한 별지도(別圖) 등을 필요로 하지 않으며, 망원경을 이리저리 움직여가며 어렵게 찾아야만 하는 성운 성단 등과는 달리 복잡한 과정 없이 맨눈과 쌍안경 또는 소형 망원경 만으로도 잡기 쉬운 대상이기 때문이다.

달 표면의 지형은 볼수록 흥미있는 대상이다. 망원경의 접안렌즈를 통해 보면 그 얼굴이 너무 곰보인 것에 깜짝 놀란다. 이 우주의 신비로움에 감동을 느끼며 자신도 모르게 탄성이 터져 나온다. 월면도와 비교해 가면서 바다와 산, 크레이터 하나하나의 이름과 광조 등을 조사해 가노라면 그 재미는 끝이 없다.

더 깊이 들어가면 산의 그림자 길이로 산의 높이도 계산할 수 있으며, 별이 달의 가장자리를 스쳐서 지나가는 성식(星食) 때에는 산 뒤에 가려지는 별의 이동속도 등을 측정하여 산의 크기와 별의 운동 등을 연구할 수 있다.

보는 사람을 이토록 끌어들이는 달의 매력은 도대체 어디에 있는 것일까? 달의 표면은 태양계 역사의 한 조각을 선명히 기록해 놓고 있다. 이 이야기는 정말 충격적인 것이다. 당신은 그 역사를 알기 위해 굳이 천문학자가 되지 않아도 좋다. 다만 달에 관한 약간의 지식만 있으면 된다.
그동안 복잡한 천체망원경의 구조와 종류, 조립 및 조작방법을 익혔으므로 이번 달부터 재미있는, 본격적인 실제 관측으로 들어가 보자.

갈릴레이부터 시작

인류의 역사가 시작되면서부터 달과 인간은 밀접한 관계를 맺어 왔다. 그리스 신화에서는 달을 제우스와 레토 사이에 태어난 태양신(太陽神) 아폴론의 누이동생인 아르테미스라는 아름다운 여성으로 표현했으며, 로마신화에서는 다이아나 또는 루나로 등장 한다. 동양에는 '이태백이 놀던 달'이란 노래가 있을 정도로 많은 전설이 전해져 내려 왔다.

맨눈으로 달을 보면, 달은 어두운 부분들과 밝은 부분들의 집합으로 이루어져 있음을 알 수 있다. 옛사람들은 이러한 형태들 속에서 여러가지 모습을 보았다. 우리나라에서는 계수나무, 또는 토끼가 떡방아를 찧는 모습으로 보았고, 서양에서는 여자의 옆얼굴, 게의 발톱 등 여러가지 모양으로 보고 있다.

달을 과학적으로 처음 관측하고 연구한 사람은 갈릴레이였다. 1610년 그는 처음으로 달표면을 자기가 만든 배율 약 30배의 작은 굴절망원경으로 관측하고 월면을 스케치 했다. 그의 그림에서 화산의 분화구 같은 모양을 발견할 수 있다. 그러나 지금 고배율의 망원경으로 쳐다보면 달의 표면은 수많은 요철의 지형으로 덮여 있음을 알 수 있다.

먼저 달의 물리적 조건을 살펴본 후 본격적인 관측에 들어가기로 하자. 지구로부터 달까지의 거리는 가장 멀 때 40만6천7백㎞이며 가장 가까울 때 35만6천4백㎞다. 평균값은 약 38만4천4백㎞쯤 되는데, 지구 반경의 약 60만배인 셈이다.

빛이 달까지 도달하는 데는 1.3초 걸리고 지구를 도는 달의 속도는 매초 1㎞정도다. 달의 지름은 3천4백76㎞로 지구 지름의 1/4, 체적은 지구 부피에 비해 1/50, 질량은 1/81이며, 달표면의 중력은 지구중력의 1/6 이다. 달은 태평양에 넣을 수 있을 만한 크기로 태양계에 있는 위성 중 모해성과 비교해서 그 크기가 상대적으로 가장 큰 위성이다. 달의 크기는 지구의 1/4정도밖에 안 되는데도 달의 산은 지구의 것보다 더 높은 것이 있으니 상당히 험하다고 할 수 있다.
 

화성이나 금성의 1만배 밝기

달은 태양에 다음 가는 강한 빛을 지구에 보내주고 있다. 그러나 달은 그 자신이 빛을 내는 것이 아니고, 태양의 빛을 반사하는 천체다. 그 밝기는 만월의 경우 태양의 약 46만5천분의 1정도이고, 화성이나 금성의 약 1만배 정도다. 광도등급으로는 -12등급이 된다.

달의 겉보기 형태가 매일 변화하고 있다는 것은 누구나 잘 알고 있다. 달은 지구 둘레를 돌고 있으므로 그때그때의 위치에 따라서 전체가 보이기도 하고 일부분만 보이기도 한다. 달의 위상은 '월령'(月齡)으로 표시 한다.

태양과 지구 사이에 달이 오게 되면, 달은 태양과 함께 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지게돼 태양빛은 달의 뒤쪽만을 비추게 되므로 우리에게는 보이지 않는다. 이 때를 합삭(合朔) 또는 신월(新月)이라고 부른다. 이 순간부터 경과한 시간을 1일 단위로 하여 0.0에서 29.5일로 나타낸 것이 월령이다.

합삭 이후에는 해가 진 후 달이 뜨게 되는데, 월령이 1~2일 근처의 달을 초승달이라 한다. 초승달은 해가 진 후 서쪽 하늘에 보인다. 이 눈썹처럼 가는 달은 그늘 부분에 불그스름한 윤곽이 나타나는데 그 까닭은 지구 표면에 닿은 햇빛이 반사한 후에 월면에 밤 부분을 희미하게 비춰주기 때문이다. 달의 이러한 현상을 지구반영(地球反映) 또는 지구조(地球照)라고 하며 서양에서는 이것을 '새로운 달에 안긴 묵은 달'(The old moon in the arm of the new moon)이라고 한다.

1주일이 지나면 달은 서쪽이 밝은 반달을 이룬다. 이 때를 상현(上弦)이라고 하며 한 밤중에 서쪽으로 져버린다. 계속 달의 위상은 변해 마침내는 완전한 구면형태가 된다.

이 때는 해가 지자마자 달이 뜨는 것을 보게 된다. 이 때를 망(望), 이 때의 달을 보름달(滿月)이라고 한다. 지구를 가운데 두고 태양과 달이 반대쪽에 있는 상태다. 만월을 지나면 달의 서쪽에서부터 차차 이지러지기 시작한다.

달은 천구상에서 하루에 약 13°씩 동쪽으로 옮겨가서 27.3일이 지나면 천구를 일주 한다. 그런데 태양은 천구상을 1일에 약 1°씩 동쪽으로 이동한다. 따라서 만월이었던 달은 하루가 지나면 약 12°씩 동쪽으로 이동하여 태양에 가까워진다. 이리하여 7~8일이 지나면 태양이 동쪽하늘에 뜰 때 달은 중천에서 반달을 이루는데, 이 때를 하현(下弦)이라 한다.

이 때가 좀 지나면 동쪽 하늘에 눈썹같은 달이 나타나서 해가 떠오른 후까지도 남아 있다. 이것을 잔월(殘月)이라 부른다. 잔월이 지나면 달은 더욱 이지러지면서 다시 합삭이 된다. 합삭 후 며칠이 지나면 다시 가느다란 초승달이 된다. 삭에서 삭까지, 또는 망에서 망까지의 시간을 삭망주기(朔望週期) 또는 삭망월(朔望月)이라 한다. 이 기간은 29.53일이다. 옛날 사람들은 이것을 기준 삼아 태음력(太陰歷)을 만들었던 것이다.
지구에서 월면을 바라보면 항상 같은 면만 보인다. 이 사실을 보고 달은 자전하지 않는 것으로 생각하기 쉽다. 그러나 만일 달이 자전하지 않는다고 하면, 달이 서쪽에서 동쪽으로 회전한 반달 후에는 그 뒷면이 보여야 할 것이다.

달은 27일 7시간 43분 11초 걸려서 지구를 한 바퀴 돈다(공전). 그런데 같은 시간에 달 스스로 한 바퀴 돈다(자전). 달의 자전주기와 공전 주기는 완전히 일치하는데, 이것은 매우 특이한 일이다. 지구에서 보기엔 29.5일이 걸리는데, 달 자신이 한번 자전하는데도 29.5일이 걸리기 때문에 우리 눈에는 항상 똑같은 면만 보여준다.

망원경으로 월면을 자세히 관찰하여 보면 뒷쪽의 일부가 주기적으로 약간 보였다 숨겨졌다 하는데, 이 현상을 칭동(秤動)이라 한다. 칭동에는 경도칭동 위도칭동 일주칭동 등이 있다. 결과적으로 월면의 41%는 항상 지구에서 보이지만 41%의 월면은 직접 보이지 않으며, 나머지 18%는 번갈아 보이기 때문에 우리는 달표면의 59%까지를 볼 수 있다.

달 표면은 맨눈이나 저배율의 망원경으로 보면 밝은 부분과 어두운 부분이 있다. 달의 지형에 대해서 알아보자.

달 표면을 보았을 때 밝은 부분을 '육지'라고 한다. 고저가 심한 곳이며 큼직큼직한 크레이터나 산맥들이 복잡하게 분포돼 있다. 달의 지형을 특징짓는 것은 달표면을 장식하고 있는 수많은 요철형태의 크레이터들이다. 이 크레이터는 옛날부터 지구의 화산(火山)와 비슷하다 하여 화구(火口) 또는 분화구라고 불려져 왔다. 크레이터는 화산 분화구의 잔재라는 '화산기원설', 한편으로는 달표면이 완전히 굳어진 상태가 아닐 때 운석들이 떨어져 남긴 흔적이라는 '운석충격설'이 오랜 기간 논쟁거리가 되어 왔다. 지금은 두가지 설이 모두 인정되고 있다.

표면 요철(凹凸)의 규모는 지구의 것보다도 훨씬 크며, 눈에는 보이지도 않는 작은 것에서부터 가장 큰 지름 2백95㎞의 메일리 크레이터에 이르기까지 다양하다. 지름이 2백㎞ 이상이나 되는 것이 7개, 1백50㎞이상이 14개, 1백㎞이상이 38개나 된다. 구멍의 지름이 10㎞쯤 되는 것은 3천여개, 그리고 1㎞짜리는 약 30만개가 있다.

그중 대표적인 것들은 17세기 이탈리아의 천문학자인 지오바니, 바티스타 그리고 리치 올리가 주축이 돼 발견한 크레이터. 이들 분화구는 발견자의 이름이 붙여져 있다. 그 뒤 각국에서 서로 다른 이름의 지명을 붙이기 시작하여 대혼란이 일어나자 국제천문연맹의 달위원회가 달의 이름을 통일 조정했다. 일본인의 이름을 가진 달 지명도 여러개 있다. 그러나 유감스럽게도 많고많은 달 지명 가운데 한국사람의 이름은 단 하나도 끼어 있지 않아 안타까울 뿐이다.

달에는 주위의 육지보다 낮고 비교적 평탄하며 검게 보이는 지면이 있다. 이 부분은 실제로 검은 현무암질 용암의 평원이지만, 우리는 이를 '달의 바다'라고 한다. 달 생성 초기에는 달에 대기가 있었으리라고 추측하지만 중력이 약하고 옆에 있는 지구중력의 영향으로 모두 다 우주공간에 뿌려져 없어지고 말았을 것이다. 따라서 달의 바다는 지구와 같은 형태의 바다는 아니다.

30여개의 커다란 바다 중에서 4개만이 달의 뒷면에 자리잡고 있다. 바다 분지는 충돌로 인하여 용융된 용암이 채워져서 생긴 것이다. 식별이 잘 안될 정도로 오래된 크레이터나 용암에 잠겨 겨우 형태만 알아 볼 수 있는 크레이터가 이것을 증명해 주고 있다. 그 중에서 '폭풍우의 대양'이라 불리우는 바다가 가장 크다. 그 넓이는 약 3백20만㎢로서 동해 바다의 3배 이상이나 된다.

밧줄과 같이 높이 수백m, 길이 수㎞의 융기 구조가 바다를 가로지르고 있는 것을 볼 수 있는데 이것은 바다의 용암에 덮혀진 산맥의 정상이거나 바다의 표면에서 생긴 열구를 따라 그 틈새로 분출된 용암의 줄이다.

유명한 직선 절벽과 같이 바다의 수평면에 급격한 불연속 경계선이 생기는 것은 단층의 결과로 생각된다. 가끔 침강된 구덩이의 선을 잇는 직선 열구는 단층이나 파쇄구조를 따라 발달하고 있다.

얼핏 생각하면 만월에는 한꺼번에 월면의 모든 부분을 골고루 볼 수 있으니, 달을 관측하기 가장 좋은 시기는 보름 때라 생각하기 쉽다. 그러나 이것은 틀린 생각이다. 실제로 보름달에는 태양이 달의 정면을 비추고 있어서 달지형에 그림자가 생기지 않는다. 따라서 달의 세부적인 지형구분을 하기 힘들다.

보름달보다는 태양빛이 달 표면에 비스듬히 비추는 반달을 전후한 때가, 달의 지형에 그림자를 생기게 하기 때문에 지형구분을 하기가 쉽다. 각 월령 때마다 일그러진 무렵의 지형을 관측하는 것이 달관측의 요령이라 할 수 있다. 달은 밝은 천체이므로 천체망원경의 접안경을 맨눈으로 보면 매우 눈이 부시다. 따라서 장시간의 관측을 위해서는 접안경에 전용 문글라스를 부칙하며 관측하는 것이 효과적이다.
 

스케치부터 시작

초보자가 가진 소구경의 망원경으로는 처음부터 정확한 관측기록에 집착하기 보다는 편안한 마음으로 월령에 따르는 지형변화를 쫓아서 관측해보는 것이 좋을 것이다. 요즘은 사진술이 발달하여 사진으로 관측대상을 찍어 기록으로 남길 수 있지만 천체사진은 일반사진과는 달리 여러가지 부속장치와 조작방법이 복잡하기 때문에 초보자에게는 아직 어려운 기술이다. 월면의 관측은 육안으로 망원경을 들여다 보면서 달을 스케치하는 것이 가장 좋다.

스케치를 하면 달의 세부적인 구석까지 조사할 수 있는데, 정확하게 기록할 수 있게 되기까지에는 상당한 경험이 필요하다. 월면에는 헤아릴 수 없을 정도의 많은 지형이 보이기 때문에 단번에 전부를 스케치하는 것은 불가능하다. 따라서 특정 크레이터를 골라서 스케치하는 것이 좋다. 많은 월면관측과 개략적인 스케치경험을 쌓아 자신이 붙은 뒤 세부 지형의 스케치에 착수하는 것이 바람직하다. 구경이 10㎝급이 되면 상당한 관측이 가능해지지만 역시 본격적인 관측이라 하면 구경 20㎝급 이상의 것이 좋다.

스케치를 함으로써 달의 여러가지 지형을 자세히 볼 수 있고 달의 진면목을 알 수 있다. 스케치를 하기 위해서는 여러가지 소도구들이 필요하다. 우선 연필로는 보통 HB~4B연필을 사용하며, 스케치해가는 과정에 따라 HB 연필과 2B 또는 4B를 교대로 사용할 수 있도록 보통 두자루 이상을 준비하는 것이 좋다. 지우개는 굳은 것과 부드러운 것 모두를 준비하면 좋지만 처음에는 보통굳기의 것 하나로 충분하다.

일정한 양식의 희고 질이 좋은 스케치용지를 준비한다. 물론 스케치용지에 표준양식이 있는 것은 아니지만 관측기록에 관련된 제반 사항을 기록할 수 있는 양식을 만들어 사용하면 더욱 좋다.

한장면의 스케치를 제대로 하려면 대략 10~30분 정도가 소요되기 때문에 관측자세가 안정되지 못하면 정확한 스케치가 곤란하다. 따라서 의자와 스케치 용지를 받쳐 고정할 수 있는 책받침 형태의 스케치판을 함께 준비하는 것도 잊어서는 안된다.

스케치에 필요한 모든 준비가 끝났으면 망원경을 설치하고 본격적인 관측 및 기록을 한다. 달의 관측에 있어서는 그림자의 길이와 어둡고 밝은 정도 등을 모두 생각하며 자세히 관측한다. 크레이터를 이루고 있는 여러 구조, 주름잡힌 산등성이, 그리고 그림자와 밝기의 대조로 겨우 알아볼 수 있는 구조들을 바꾸어가며 관측하는 것이 효과적이다. 제대로 된 스케치를 얻기 위해서는 보통 한 시간 이상 관측해야 한다.

관측스케치는 미술대회에서의 사물스케치와는 다르다. 따라서 너무 잘 그리려고 노력 할 필요는 없다. 화려하게 그렸다거나 그림 솜씨가 있다고 좋은 관측기록이 되는 것이 아니다. 가장 중요한 것은 욕심을 배제하고 객관적으로 그려야 한다는 점이다. 그저 보이는대로 정성을 들여 그리면 된다.

스케치를 하게되면 관측시간도 많이 걸리게 될 뿐만 아니라 저절로 대상을 주의깊게 관측하게 되어 관측을 한 후에도 기억에 오래 남는다. 어떤 대상을 수박겉핥기 식으로 보고나면 얼마 지나지 않아 어떻게 보였는지 잊어버리지만 스케치를 하면 그렇지 않다.

관측 기록을 작성할 때 관측부분의 이름과 관측 내용을 사실대로 표현하고 기록하는 것도 중요하지만 관측일시, 망원경의 구경, 배율, 시잉(seeing) 등 관측 조건의 기록도 그에 못지않게 중요하다.

또한 옆에는 스케치로 표현할 수 없었던 사항이나 기타 참고할 사항을 간단히 적어 놓는다. 자신의 느낌을 적는 것도 다음에 참고할 수 있는 좋은 자료가 된다.