달의 뒷면은 왜 지구에서 볼 수 없을까?｜달은 정말 자전하지 않는 걸까

 
밤하늘의 달을 며칠 동안 관찰해보면 모양은 계속 달라집니다.
초승달이 되었다가 반달이 되고, 다시 보름달이 됩니다.
그런데 자세히 보면 이상한 점이 하나 있습니다.
달의 밝은 부분 모양은 변하는데, 표면의 무늬는 거의 항상 같습니다.
그렇다면 달은 자전하지 않는 걸까요?
아닙니다.
놀랍게도 달도 분명히 자전합니다.
그런데도 지구에서는 거의 항상 같은 면만 보입니다. 그 비밀은 달의 자전주기와 공전주기가 같기 때문입니다. NASA는 이를 동주기 자전(synchronous rotation), 그리고 지구와 달 사이의 조석 고정(tidal locking) 현상으로 설명합니다.
오늘은 달의 앞면과 뒷면에 숨겨진 이야기를 알아보겠습니다.

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1. 달은 지구 주위를 돌고 있다

달은 지구의 자연위성입니다.
지구에서 평균 약 38만 4,400km 떨어져 있으며 지구 주위를 공전합니다.
여기까지는 많이 알고 있는 내용입니다.
그런데 달에는 두 가지 움직임이 동시에 일어납니다.
공전
→ 달이 지구 주위를 도는 것
자전
→ 달이 자신의 축을 중심으로 도는 것
지구 역시 태양을 공전하면서 동시에 하루에 한 번씩 자전합니다.
달도 마찬가지입니다.

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2. 그런데 왜 항상 같은 면만 보일까?

오늘 이야기의 핵심입니다.
달은 한 번 자전하는 데 걸리는 시간과 지구를 한 바퀴 공전하는 데 걸리는 시간이 같습니다.
약 27.3일입니다.
그래서 달이 지구 주위를 90도 이동하면 달도 약 90도 회전하고,
180도 이동하면 달도 약 180도 회전하며,
한 바퀴를 완전히 공전했을 때 달 역시 정확히 한 바퀴 자전합니다.
그 결과 달의 같은 면이 계속 지구를 향하게 됩니다.

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처음에는 조금 헷갈릴 수 있습니다.
그래서 직접 해보면 아주 쉽게 이해할 수 있습니다.

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3. 사람 두 명으로 실험해보자

한 사람이 지구라고 생각하고 방 가운데 서 있습니다.
다른 사람은 달입니다.
달 역할을 하는 사람이 항상 지구 역할을 하는 사람을 바라보면서 한 바퀴 돌아보세요.
처음에는 정면을 보고 있습니다.
¼바퀴 이동하면 몸도 ¼바퀴 돌아갑니다.
반 바퀴 이동하면 몸도 반 바퀴 돌아갑니다.
그리고 출발점으로 돌아오면 몸 역시 한 바퀴 회전했습니다.
즉,
지구에게 항상 같은 얼굴을 보여주려면 오히려 달이 정확히 한 번 자전해야 합니다.
만약 달이 전혀 자전하지 않는다면 어떻게 될까요?
달이 지구 주위를 돌면서 앞면, 옆면, 뒷면까지 차례로 지구에서 보이게 됩니다.
따라서
“달의 같은 면만 보인다 = 달이 자전하지 않는다”
가 아니라,
“달의 같은 면만 보인다 = 달이 공전과 같은 속도로 자전한다”
가 정확한 설명입니다.

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4. 왜 이렇게 절묘하게 맞아떨어질까?

우연히 달의 자전주기와 공전주기가 똑같아진 것은 아닙니다.
핵심은 지구의 중력입니다.
지구가 달을 끌어당기는 힘은 달 전체에 완전히 똑같이 작용하지 않습니다.
지구에 조금 더 가까운 부분과 먼 부분에 작용하는 중력에는 차이가 생깁니다.
이러한 조석력은 아주 오랜 시간에 걸쳐 달의 회전에 영향을 주었습니다.
결국 달의 자전이 현재처럼 공전과 맞춰진 안정적인 상태에 이르게 되었습니다.
이 현상을 조석 고정(Tidal Locking)이라고 합니다. NASA도 지구와 달 사이의 중력 상호작용이 달을 같은 면이 지구를 향하는 회전 상태로 만들었다고 설명합니다.

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5. 달의 뒷면은 정말 항상 어두울까?

여기서 가장 유명한 오해가 등장합니다.
달의 뒷면을 영어로 흔히
Dark Side of the Moon
이라고 부르기도 합니다.
그래서
“달 뒷면에는 햇빛이 들어오지 않는다.”
라고 생각하기 쉽습니다.
하지만 이것은 틀렸습니다.
달의 뒷면에도 태양빛이 비칩니다.
NASA도 달에는 영원히 어두운 'dark side'가 있는 것이 아니며, 뒷면 역시 앞면과 마찬가지로 햇빛을 받는다고 명확하게 설명합니다.

따라서 정확한 표현은
달의 어두운 면(Dark side)보다는
달의 뒷면(Far side)입니다.

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6. 초승달일 때 달의 뒷면은 어떻게 되어 있을까?

이것도 재미있는 부분입니다.
우리가 보는 달이 초승달일 때는 달 전체가 거의 어두운 것이 아닙니다.
태양은 기본적으로 달의 절반을 비추고 있습니다.
다만 지구에서 바라보는 방향 때문에 그 밝은 부분을 조금밖에 볼 수 없는 것입니다.
특히 삭(New Moon) 무렵에는 지구를 향한 면이 대부분 어둡지만 반대로 달의 뒷면은 대부분 햇빛을 받고 있습니다.
NASA도 초승달 무렵에는 지구에서 보이는 면 대부분이 밤인 반면, 달의 뒷면 대부분은 낮이라고 설명합니다.
즉 달에도
☀️ 낮이 있고
🌑 밤이 있습니다.
단지 지구와 비교하면 그 주기가 훨씬 깁니다.

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7. 그렇다면 인류는 달의 뒷면을 언제 처음 봤을까?

인류 역사에서 아주 흥미로운 순간입니다.
수천 년 동안 사람들은 달을 바라봤지만 달의 뒷면을 직접 볼 수 없었습니다.
망원경을 아무리 크게 만들어도 소용없었습니다.
지구에서는 기본적으로 같은 면을 바라볼 수밖에 없기 때문입니다.
상황이 바뀐 것은 우주시대가 시작되면서였습니다.
1959년 10월 7일.
소련의 무인 우주탐사선 루나 3호(Luna 3)가 달 뒤편을 지나가며 사진을 촬영했습니다.
인류가 처음으로 달의 뒷면을 본 순간이었습니다. NASA 기록에 따르면 루나 3호는 총 29장의 사진을 촬영했고, 이를 통해 뒷면의 약 70%를 확인할 수 있었습니다.

사진의 화질은 지금 기준으로 보면 매우 좋지 않았습니다.
하지만 이 사진은 인류에게 완전히 새로운 세계를 보여주었습니다.

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8. 그런데 달의 앞면과 뒷면은 생김새도 다르다

더 놀라운 사실이 발견되었습니다.
달의 뒷면은 우리가 평소 보는 달과 상당히 다르게 생겼습니다.
우리가 밤하늘에서 보는 달에는 검은 얼룩처럼 보이는 넓은 지역들이 있습니다.
옛날 사람들은 이곳을 바다라고 생각했습니다.
그래서 지금도 이 지형을
달의 바다(Lunar Maria)
라고 부릅니다.
물론 실제 바다는 아닙니다.
과거 거대한 충돌로 만들어진 분지에 용암이 흘러 들어가 굳으면서 형성된 비교적 어두운 평원입니다.
그런데 달의 뒷면에는 이런 넓고 어두운 바다가 앞면보다 훨씬 적습니다.
대신 수많은 충돌구가 빽빽하게 분포합니다.

두 사진을 비교하면 같은 달이라고 생각하기 어려울 정도로 차이가 보입니다.

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9. 왜 달 앞면과 뒷면은 다르게 생겼을까?

이것은 현재도 달의 형성과 진화를 연구하는 중요한 주제입니다.
달의 앞면에는 거대한 충돌분지와 이를 채운 현무암질 용암으로 만들어진 넓은 바다가 많습니다.
반면 뒷면에는 그런 바다가 상대적으로 적고 충돌구가 훨씬 두드러집니다.
NASA의 달 탐사 자료에서도 뒷면에는 앞면의 약 3분의 1을 덮는 어두운 바다 지형이 거의 없다는 점이 초기 탐사에서 발견된 큰 차이 가운데 하나로 소개됩니다.
달 내부 구조와 지각 두께 차이 등이 이러한 비대칭을 이해하는 중요한 단서입니다.
즉 달의 뒷면을 연구하는 것은 단순히
“우리가 못 보던 곳을 구경한다”
는 의미를 넘어,
달이 어떻게 만들어지고 변화했는지 알아내는 연구이기도 합니다.

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10. 지구에서는 달의 정확히 50%만 볼 수 있을까?

여기서 한 단계 더 재미있는 사실이 있습니다.
흔히
“우리는 달의 절반인 50%만 본다.”
고 이야기합니다.
큰 틀에서는 맞지만 실제로는 조금 더 볼 수 있습니다.
달의 궤도와 움직임 때문에 지구에서 바라보면 달이 아주 조금씩 좌우·위아래로 흔들리는 것처럼 보이는 현상이 나타납니다.
이를 칭동(Libration)이라고 합니다.
덕분에 오랜 기간 관찰하면 지구에서도 달 표면의 약 59% 정도를 볼 수 있습니다.
하지만 나머지 상당 부분은 지구에서 직접 볼 수 없습니다.

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11. 달 뒷면에서는 지구가 보일까?

이 질문도 재미있습니다.
달 뒷면 한가운데 서 있다고 생각해봅시다.
하늘을 올려다보면 지구가 보일까요?
기본적으로 보이지 않습니다.
달의 같은 면이 항상 지구를 향하고 있기 때문입니다.
반대로 달의 앞면에서는 지구가 하늘의 거의 같은 방향에 머물러 있는 것처럼 보입니다.
물론 실제 관측에서는 달의 칭동 등 때문에 위치에 따라 조금 복잡해질 수 있지만,
달 뒷면의 중심부에서는 지구를 직접 볼 수 없다
고 이해하면 쉽습니다.
이 특징은 달 뒷면 탐사에도 중요한 문제가 됩니다.

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12. 달 뒷면 탐사는 왜 어려울까?

달 뒤편에 탐사선을 착륙시킨다고 생각해봅시다.
탐사선이 지구에
“착륙했습니다!”
라고 신호를 보내려고 합니다.
그런데 문제가 있습니다.
달 자체가 지구와 탐사선 사이를 가리고 있습니다.
따라서 달 뒷면에서는 지구와 직접 통신하기 어려운 지역이 생깁니다.
이 때문에 달 뒷면 탐사에서는 별도의 중계 위성을 이용하는 방식이 중요합니다.
하지만 반대로 이것이 과학적으로 장점이 되기도 합니다.
달이 지구에서 발생하는 전파 간섭을 차단해주기 때문에 뒷면은 저주파 전파천문학 연구 후보지로도 관심을 받고 있습니다.

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13. 달 뒷면에는 거대한 충돌 흔적도 있다

달 뒷면에서 특히 주목받는 지형이 있습니다.
바로
남극-에이트켄 분지
(South Pole-Aitken Basin)
입니다.
NASA는 이 지역을 태양계에서 가장 크고 오래된 충돌 지형 가운데 하나로 소개합니다.
달의 남극 부근에서 뒷면까지 넓게 이어지는 거대한 충돌 흔적입니다.
이런 지역을 연구하면 달 표면뿐 아니라 달 내부와 초기 태양계의 역사를 이해하는 데도 도움이 됩니다.

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달의 앞면과 뒷면 비교

구분앞면(Near Side)뒷면(Far Side)

지구에서 관측	가능	대부분 불가능
햇빛	받음	받음
달의 바다	상대적으로 많음	훨씬 적음
충돌구	많음	더욱 빽빽하게 보임
지구 방향	지구를 향함	지구 반대 방향
최초 촬영	고대부터 관찰	1959년 루나 3호
특징	익숙한 달 무늬	거친 충돌구 지형

 

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달에 관한 신기한 사실 5가지

① 달은 분명히 자전합니다.
공전주기와 자전주기가 같기 때문에 지구에서 같은 면만 보이는 것입니다.
② 달의 뒷면도 햇빛을 받습니다.
따라서 '영원히 어두운 달의 뒷면'은 잘못된 표현입니다.
③ 인류가 달 뒷면을 처음 본 것은 1959년입니다.
소련의 루나 3호가 최초로 사진을 보내왔습니다.
④ 달의 앞면과 뒷면은 생김새가 상당히 다릅니다.
뒷면에는 어두운 바다 지형이 훨씬 적고 충돌구가 두드러집니다.
⑤ 지구에서는 달 전체의 절반보다 조금 더 볼 수 있습니다.
칭동 현상 덕분에 장기간 관찰하면 가장자리 너머까지 조금씩 볼 수 있습니다.

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자주 묻는 질문 FAQ

Q. 달은 자전하나요?

네. 달은 자전합니다. 자전하는 데 걸리는 시간과 지구를 공전하는 시간이 같아 같은 면이 계속 지구를 향합니다.

Q. 달의 뒷면은 항상 어두운가요?

아닙니다. 뒷면 역시 앞면처럼 햇빛을 받으며 낮과 밤이 있습니다.

Q. 왜 지구에서는 달 뒷면을 볼 수 없나요?

달이 지구를 한 바퀴 도는 동안 자신의 축으로도 한 바퀴 회전하기 때문입니다. 이를 동주기 자전 또는 조석 고정과 관련된 현상으로 설명합니다.

Q. 인류는 달 뒷면을 언제 처음 봤나요?

1959년 10월 소련의 루나 3호가 최초의 사진을 촬영했습니다.

Q. 달 뒷면에는 바다가 있나요?

물이 있는 바다가 있다는 뜻은 아닙니다. 달에서 '바다'는 어두운 현무암질 평원을 뜻하며, 이런 지형은 뒷면에 앞면보다 훨씬 적습니다.

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마무리

달이 매일 같은 얼굴을 보여주기 때문에 옛날 사람들은 달의 뒷면이 어떻게 생겼는지 전혀 알 수 없었습니다.
그 비밀은 우주시대가 시작된 1959년 루나 3호에 의해 처음 풀렸습니다.
그리고 우리가 달의 뒷면을 볼 수 없는 이유 역시 달이 움직이지 않기 때문이 아니었습니다.
오히려 정반대입니다.
달이 지구를 한 바퀴 공전하는 동안 정확히 한 바퀴 자전하기 때문에 같은 면만 보이는 것입니다.
그리고 그 뒤편에는 영원한 어둠이 아니라,
햇빛도 비치고 낮과 밤도 있으며 수많은 충돌구가 펼쳐진 또 하나의 달이 존재합니다.
오늘 밤 달을 보게 된다면 한번 생각해보세요.
“지금 저 달의 반대편에는 어떤 풍경이 펼쳐져 있을까?”
우리가 매일 볼 수 있는 달에도 아직 흥미로운 이야기가 숨어 있습니다.