태양계(太陽系)

[레인맨]

태양계(太陽系)

앞서 설명한 대로 우리의 선조들은 몇 천 년을 통하여 사색하고 관측한 결과, 오늘날 우리들이 알고 있는 태양계의 구조를 드디어 알아냈다. 태양을 중심으로 거의 원반모양으로 타원 궤도를 그리면서 지구, 화성 등 9개의 행성(行星)들이 돌고 있고 화성과 목성 사이에는 수많은 소행성들이 존재하는데 이들 또한 태양을 끼고 돌고 있으며 때로는 혜성(彗星)이 태양을 찾아온다.

그 규모는 너무 거대해서 가장 외곽궤도를 도는 명왕성이 태양에서 먼 궤도를 그릴 때의 거리가 지구와 태양 간 거리의 49배가 넘는다. 아래의 표는 각 행성들의 특징을 보여주는 것이다.

행성	지름 (㎞)	태양과의 평균거리(㎞)	궤도속도 (㎞/초)	공전주기 (일)	위성수
수 성	4,878	57,910,000	47.89	87.97	0
금 성	12,103	108,200,000	35.03	224.70	0
지 구	12,756	149,600,000	29.79	365.26	1
화 성	6,786	227,940,000	24.13	686.98	2
목 성	142,984	778,330,000	13.06	11.86(년)	16
토 성	120,536	1,426,980,000	9.64	29.46(년)	18
천왕성	51,118	2,870,000,000	6.81	84.01(년)	15
해왕성	49,528	4,497,070,000	5.43	164.79(년)	8
명왕성	2,284	5,913,520,000	4.74	248.54(년)	1

　

태양계의 가족들

우리 태양계는 태양을 중심으로 9개의 행성들이 돌고 있고, 화성과 목성 궤도 사이에는 약 10만 개의 소행성들이 공전하고 있다. 또 그 사이를 뚫고 혜성이 출몰하기도 하는 거대한 집단이다. 각 행성들에는 여러 모양의 달들이 매달려 있는데 여기에 그 크기에 따라 태양과 각 행성 및 달들을 표시해 놓았다. 태양은 지구 크기의 109배, 목성과 토성은 지구 크기의 각각 11배와 9매가 된다.

　

지구	화성	목성	토성	천왕성	해왕성	명왕성
1달	1 포보스 2 테이모스	1 메티스 2 아드라스티아 3 아말티아 4 테베 5 이오 6 유로파 7 가니메테 8 칼리스토 9 레다 10 히말리아 11 리시티아 12 에라라 13 아난케 14 칼메 15 파시파에 16 시노베	1 아틀라스 2 프로메테우스 3 판도라 4 에피메테우스 5 야누스 6 미마스 7 엔켈라도스 8 테티스 9 텔레스토 10 칼립소 11 디오네 12 1980-6 13 레아 14 타이탄 15 히페리온 16 아페토우스 17 테베	1 1986 U-7 2 1986 U-8 3 1986 U-9 4 1986 U-3 5 1986 U-6 6 1986 U-2 7 1986 U-1 8 1986 U-4 9 1986 U-5 10 1985 U-1 11 미란다 12 아리엘 13 안프리엘 14 티타니아 15 오페톤	1 트리톤 2 네리이드	1 가톤

　

　

태양(太陽)

태양은 태양계 가족 전체를 거느리는 가장이요, 우리에게 가장 가까이 있는 밤하늘의 별과 같은 뜨거운 천체이다. 태양은 우연히도 지구와 너무나도 적당한 거리를 유지하고 있어서, 그 빛과 열은 우리 지구의 모든 생명의 원천이기도 하다. 우리 눈으로 보기에 태양은 달과 비슷한 크기로 보이지만 뒤에 나오는 그림과 같이 지구와 달 사이의 거리보다도 훨씬 큰 가스덩어리이다.

태양은 여러 가지 얼굴을 갖고 있다. 지름은 지구의 109배, 부피는 지구의 130만 배나 된다. 태양이 1초간 빛의 형태로 발산하는 에너지는 약 100,000,000,000,000,000,000,000,000Cal(10²⁶cal)이다. 이것은 원자폭탄 약 8,000,000,000,000개 분의 폭발에너지에 해당한다. 태양의 중심부는 1,500만℃의 고온에다가 2,000억 기압이라는 엄청난 고압이지만 표면온도는 약 6,000℃가량 된다. 태양의 물리적 성질을 요약하면 다음과 같다.

태양
연령 지름 지구부터의 거리 적도에서의 자전주기 극부에서의 자전주기 질량(지구=1) 밀도(지구=1) 표면온도 핵부분의 온도 핵부분의 기압	45억 년 140만㎞ 1억 4960만㎞ 25일 35일 330,000 1.41 5,700℃ 15,000,000℃ 200,000,000,000기압

　
 

　

태양의 내부는 중심핵에서 수소에너지가 헬륨으로 변하면서 밖으로 방사층과 대류층을 형성하며 광구로 빠져나온다. 그러한 과정을 밟으면서 1,500만℃의 열이 약 6,000℃로 식어버리는데, 그러다 보니 광구 표면에서는 여러 가지 모양으로 열을 방출한다. 쌀알처럼 생긴 무늬가 있는가 하면, 스피큘(spocule, 침상체) 같은 것이 지구의 대기에 해당하는 채층 속에 박혀 있다. 그것을 뚫고 지구의 수십 배나 되는 규모의 불꽃같이 생긴 프로미넨스(prominence)라 불리우는 태양의 태풍이 불고 있다.

태양의 바깥은 코로나라는 수백만℃나 되는 대기층으로 싸여 있다. 그리고 광구 위에는 특히 흑점(黑點)이라는 것이 생긴다. 이 흑점은 옛날부터 관측되어 왔는데 약 11.2년의 주기로 그 수가 늘어났다 줄었다 한다. 많이 나타날 때에는 거의 200개 가까이 되고 줄었을 때에는거의 하나도 발견 못할 정도이다. 그 흑점은 하나의 구멍처럼 보이며 온도가 약 1,000℃ 가량 낮아서 그렇게 검게 보이는 것이다. 이 흑점의 크기도 다양해서 큰 것은 지구가 빠져 버릴 정도의 크기를 가진 것이 있으며 보통 쌍으로 나타난다.

　
흑점 수는 위의 그림 a와 같이 주기적으로 늘어났다 줄었다 하지만 1960년대에 가장 많이 나타났다. 흑점은 그림 b와 같이 적도를 중심으로 나비 모양으로 분포되어 나타나는 것이 특징이다. 흑점이 많이 나타날 때에는 지구에 비가 많이 내리며 홍수가 지는 곳이 많다. 그리고 아기들의 출산율도 높아지는 것으로 보고되고 있다.

　
태양을 X선으로 보면 그림 C와 같이 강력하게 분출하는 X선 영역을 볼 수가 있다. 또한 19.5nm(10^-9m) 파장의 자외선으로 찍은 사진 d와 같은 태양을 볼 수도 있다. 이렇게 태양은 여러 가지 파장으로 에너지를 방출하고 있는 것을 알 수가 있다.

양성자와 양성자 반응 사이클(Cycle)

　
그 방대한 태양의 에너지는 어떻게 해서 발생하는 것일까? 1920년, 영국의 천문학자인 A.S. 에딩턴(Eddington)은 태양의 수소가 헬륨으로 변하는 핵융합 반응으로 수소가 헬륨으로 변하는 핵융합 반응으로 이루어진다고 하였지만 실제로 그 이론이 확립되기까지는 20년이 더 지나야만 했다.

그림의 윗 부분에서 각기 두 개의 수소양성자(¹H)가 합치면서 중수소(²H)라는 수소의 동위원소가 만들어진다. 이것은 한 개의 양성자와 함 개의 중성자로 이루어진 것으로서 이때 양전자(陽電子, β+)와 뉴트리노(ν)가 발생한다. 여기에 또 하나의 양성자가 합쳐지면서 헬륨의 핵(³He)이 만들어진다. 동시에 감마선(γ)도 발생한다. 여기서 다른 한 쌍의 같은 헬륨핵과 합치면서 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 된 헬륨(⁴He)이 드디어 이루어지고 남은 두 개의 양성자는 떨어져 나간다. 이 때에 발생하는 에너지는 26.72MeV로서 물방울 하나를 움직일 수 있는 힘의 1/10,000,000밖에는 안되지만 몇 ㎏의 수소원료를 모으면 엄청난 에너지, 즉 수소폭탄의 원리가 되는 것이다.

수성(水星)

　
지금부터 약 40억 년 전, 태양계가 탄생한 초기에 수성 표면에는 많은 별똥별들의 공격을 받아 엄청난 수의 크레이터(crater, 구멍)들이 생겼다. 그 충돌이 계속되는 동안 수성은 축소되면서 수성 표면의 지각이 크게 이그러졌다.

1973년 11월 3일에 발사된 마리너 10호가 1974년 3월 29일에 수성 표면에서 705㎞ 상공가까이까지 접근하여 4,000매 이상의 수성근접사진 촬영에 성공한 결과 수성 표면을 상세하게 파악할 수가 있게 되었다.

수성은 태양계의 행성 중에서는 명왕성(冥王星)에 이어서 두 번째로 작은 행성(行星)이다. 수성의 온도차는 심해서 아침 해가 뜨기 전에는 -183℃나 되고 낮에는 430℃나 되는 고온이 되어 수성에서의 하루는 냉동창고에서 용광로까지 두 개의 극단적인 온도변화를 보여준다.

　
마리너 10호 탐사선

　
수성의 표면 모습

　
수성은 지구 크기의 1/3보다 약간 크다. 그리고 수성의 하루는 아주 길어서 한번 해가 떳다 하면 지구의 시간 기준으로 약 3개월 동안이나 낮이 계속되고 밤도 그와 마찬가지로 길기 때문에 엄청난 온도 차이가 생긴다. 수성이 태양을 끼고 두 번 공전(公轉)하는 동안에 수성은 세 번 자전(自轉)한다. 그래서 수성에 누가 산다면 88일마다 한 살을 더 먹게 된다. 그러니까 지구에서의 나이가 15세라면 수성에서는 62세가 되니까 수성인은 약 300살까지 장수한다고 할 수 있겠다.

그러나 -183℃부터 430℃까지 변하는 환경 속에서는 그 누구도 살 수 없어서 수성은 죽음의 세계이다. 수성에는 대기도 바다로 강도 없다. 그래서 표면은 침식작용이 없기 때문에 약 30억년 전의 모습을 그대로 간직하고 있는 풍경을 볼 수가 있다.

수성의 데이터
지름 태양에서의 평균 거리 태양을 끼고도는 궤도속도 공전주기(1년) 자전주기(1일) 질량(지구=1) 평균밀도(물=1) 표면 중력(지구=1) 표면 온도	4,880㎞ 57,910,000㎞ 47,000㎞/초 87.97일 58일 16시간 0.055 5.43 0.38 -180℃∼+430℃

　
 

금성(金星)

태양에서부터 두 번째로 자리잡은 금성은 행성 중에서는 가장 원에 가까운 궤도를 갖는다. 그러나 아주 이상한 운동을 한다. 자전(自轉)운동이 거꾸로 이뤄지기 때문에 금성에서는 태양이 서쪽에서 뜨고 동쪽으로 진다. 자전주기가 아주 길어서 금성의 하루는 지구의 8개월에 해당한다. 그리고 세 번째 해다 뜨는 것을 보기도 전에 금성은 태양을 한바퀴 끼고 도니까 금성의 1년은 금성의 위치에서 본다면 2일도 채 안된다. 만약 금성에 사람이 있다면 그는 거의 하루걸러 한 번씩 생일을 맞게 된다. 금성은 크기가 지구의 96% 정도로 지구와 거의 같은 크기이며 망원경으로 보면 500㎞나 되는 짙은 탄산가스로 덮여 있어서 아래 그림과 같이 구름덩어리 모습을 띠고 있다.

　

　
그런데 금성은 100㎞쯤 되는 3∼층 구조의 대기층으로 덮여 있어서 태양 빛이 한번들어가면 빠져 나올 수가 없다. 금성 표면의 온도는 약 470℃나 되며 납이 녹을 정도이다.

가장 위층의 그름은 유산(硫酸)의 물방울로 되어 있고 그림처럼 노랑 색을 띠고 있는 원인은 그 물방울에 철(鐵)과 유황(硫黃)이 녹아 스며들어 있기 때문이다.

이곳의 온도는 -43℃이다. 좀더 내려가서 55㎞ 정도에 이르면 또 하나의 구름층이 있는데 아마도 어떤 입자로 구성되어 있는 것 같다. 하지만 아직 확인된 것은 아니다. 이곳은 위층의 유산안개와 섞여서 따스해진다. 다시 약 48㎞쯤 내려가면 제3의 대기층을 지나가는데, 아주 뜨거워진다. 약 91℃쯤 된다. 여기서 유산비와 ?입자들은 화학적으로 분해되면서 물, 산소, 아황산가스와 그 밖의 유황화합물로 변한다. 가벼워진 이 물질들은 위층으로 돌려 보내지며 다시 또 되돌아온다. 이러한 사이클이 반복되면서 구름층 아래로 내려오면 비교적 맑은 대기층에 이른다. 그러나 밀도는 아주 높아서 투명한 물 같은 상태일 것이다. 구름 아래 30㎞ 지점의 온도는 220℃, 20㎞까지 내려오면 300℃, 대기압은 지구의 21배나 된다. 대기의 대부분은 탄산가스이며 금성 표면의 대기압은 지구의 90배, 온도는 470℃나 되는 엄청난 세계이다.

금성은 내부구조는 중심핵은 니켈과 철로 된 용암 상태이며 그 바깥으로 지각이 형성되어 있는데 핵을 이루는 부분은 지구의 것에 비해 비교적 간단하다. 금성 전체의 크기는 지구와 비슷하다.

　
 

금성의 데이터
지금 태양에서의 평균 거리 태양을 끼고 도는 공전주기(1년) 자전주기(1일) 질량(지구=1) 평균밀도(물=1) 표면중력(지구=1) 표면온도	12,103㎞ 10,800,000㎞ 224.7일 243.01일 0.81 5.25 0.9 470℃

　
금성에는 탐사선을 많이 보냈으나 최초로 금성표면에 도착하는 데 성공한 것은 구(舊) 소련이 띄운 베네라(Venera)13호였다. 1982년 3월 1일에 금성의 나브카 평원 북서쪽에 착륙하여 위 그림에서 보는 바와 같은 금성 표면의 돌과 땅의 사진을 찍어 오는 데 성공하였다. (위 그림)

이어서 미국이 발사한 마젤란(Magellan)탐사선은 1990년 8월 10일 금성에 도달하여 금성으르 끼고 도는 궤도에 진입하는 데 성공하여 1993년 5월 20일까지 4회에 걸쳐 금성 표면을 전부 탐사하였다. (아래 그림)

　　　마젤란 탐사선이 찍어 보내온 금성 표면 사진. 눈앞의 갈데라는 지름이 약 50㎞나 된다. 멀리 보이는 산은 금성에서 두 번째로 높은 높이 500m의 화산인 마트산(山).

금성의 아틀라스 지역 서쪽에 있는 시프산(山). 높이는 2,000m

　　　우리의 지구(地球)

지구는 이 우주 속에 떠 있는 별 가운에서 가장 아릅다고 살기 좋은 유일한 천체일 것이다. 따스하게 비추는 햇살이 너무나도 적당하고 물이 있고 대기층이 둘러싸여 있어서 만물이 살아갈 수 있는 별이 되었고, 우리 인간은 여기서 문명과 문화의 꽃을 피워 오늘날 전지구와 그 밖의 생명들을 지배하고 있다.

지구가 둥글다는 것을 실감나게 볼 수 있었던 것은 인류 문화가 발생한 이래 약 5,000년이 지난, 1969년 7월 아폴로(Appllo)11호가 지구를 떠나 달로 향해 가는 15만㎞쯤 되는 거리에 이르렀을 때였다. 달 가까이에 이르러 바라보는 지구는 아래 그림과 같이 하늘에 떠 있는 또 하나의 달과도 같이 보였다. 물론 크기는 달의 4배쯤 되는 천체로서 푸르고 구름이 덮여 있는 사이사이로 우리가 사는 육지도 보였다.

지구의 내부구조                                                    지구의 대기층 구조

지구의 내부 구조를 살펴보면 니켈과 철로 된 용암상태의 내핵과 반용암 상태의 외핵 부분, 그리고 맨틀이라는 암석과 지각으로 되어 있고, 지구 대기층은 50㎞ 정도까지는 제법 밀도 높은 대기층으로서 대류 및 성층권을 이루고 있어서 항공기와 풍선들의 비행이 가능하다. 80㎞ 이상의 대기권은 전리층이라 하여 지상에서 발사하는 전파를 반사하며, 또한 외계에서 날아오는 X선과 자외선을 막아주면서 우리 생명을 보호해준다.

지구의 데이터
지름 태양에서의 평균거리 공전주기 자전주기 질량(지구=1) 평균밀도(물=1) 표면중력(지구=1) 표면온도	12,756㎞ 149,600,000㎞ 365.26일 23시간 56분 1 5.52 1 -70℃∼+55℃

우리의 지구는 회전하는 먼지구름 속에서 물질의 작은 입자들이 충돌하면서 점차로 큰 부피의 덩어리로 커졌다. 그 덩어리가 서로 밀치고 다시 결합하면서, 하나의 둥근 공갈이 되고 핵 부분이 뜨거운 암석과 철의 용암으로 만들어진 것은 '지금부터 약 45억 년 전' 이라고 과학자들은 생각하고 있다. 방사선 원소가 붕괴하면서 열을 방출함에 따라 지구의 핵 부분은 더욱 뜨거워졌다. 그 중의 가벼운 결정들은 표면으로 떠올라 오늘날의 지각을 형성하기에 이른다. 지각의 깨진 부분에서 용암과 가스가 분출하여 원시대기가 생겼고 솟아오른 수증기는 지구 상공에서 냉각되어 비로 쏟아지는 일을 반복하면서 바다가 되어 지구를 덮었다. 약 35억 년 전, 그 바다 속에 박테리아와 식물 같은 미소한 유기체가 자라기 시작하였고, 광합성을 통해 점점 복잡한 형태로 발달하여 3억 5,000만년 전에 수생식물이 육지에 상륙했고, 2억 2,500년∼6,500만 년 전에는 파충류(爬蟲類)의 전성시대가 이어지다가 망하고, 포유류(哺乳類)가 대신 타나나면서 인류(人類)도 탄생하여 오늘날의 전성기를 이룩하게 되었다.

　　　지구의 표면과 대기가 형성되는 초창기의 모습 추측도
 

　　　지금부터 2억 2천 5백만년 전에 파충류가 전세게P에 나타나 6천 5백만 년 전까지 지구를 누볐다. 물론 그 밖의 생명체도 있었지만 기를 펴지는 못했다.

파충류에 이어서 포유류가 나타나 오늘날까지 전세계에 퍼졌고, 인간도 그들 사이에서 자라나 도구와 불을 사용할 줄 알았기 때문에 전세계를 지배하기에 이르렀다.

20세기에 이르러 인간의 과학기꺊은 드디어 지구를 떠나 태양계의 다른 천체까지 엿볼 수 있을 만큼 발달했다. 위 사진은 인공위성으로 한국 전토를 내려다보고 찍은 사진이다. 이사진만으로도 여러 지형의 특성을 잘 관찰할 수 있다.

인공위성이 한국과 일본 지역의 어두운 방의 세계를 찍은 사진이다. 자세히 보면 서울, 부산 그리고 대구, 대전, 광주 등에 불빛이 퍼져 있는 것을 하얗게 볼 수가 있다. 북한은 평양이 약간 밝을 뿐 나머지 전지역은 캄캄하다. 반대로 일본을 보면 도쿄, 나고야, 오사카를 위시하여 큐슈의 후쿠오카까지 환하게 불빛으로 덮여 있음을 알 수 있다. 여기에 한국, 북한 및 일본의 국력 차이를 볼 수가 있는데 바다에도 하얀 점들이 뿌려져 있는 것은 밤에 오징어와 그 밖의 고기잡이를 나선 어선들의 등불인 것이다. 한국과 제주도 연안 및 동해에는 많은 어선들이 밤에 활약하고 있는 것을 알 수가 있다.

지구관측위성으로 찍은 미국의 뉴욕시. 자유의 여신상이 서 있는 리버티 섬, 맨해튼, 센트럴 파크 등이 선명하게 보이며 시 전체가 활기넘치는 모습이다.

우주좡복선 야펜저 호가 고도 295㎞에서 내려다 본 러시아의 수도, 모스크바. 리빈스크 호수를 수원으로 하는 볼가 강이 다시 모스크바 강으로 흘러 들어가고 있다.

지구관측위성인 랜드삿으로부터 내려다 본 이탈리아 전국의 모습. 이탈리아의 근간을 이루고 있는 것은 아페닌 산맥이며, 남서로 흐르는 멧시나 해협을 끼고 시칠리아 섬이 있고, 북서쪽에 사르디아 섬과 프랑스의 코르시카 섬이 확실하게 보인다.

거대한 히말라랴 산맥의 모습. 인도와 중국 국경 2,400㎞에 걸쳐 있는 지구의 지붕이다. 우주왕복선인 콜롬비아호가 높이 325㎞에서 찍은 것이다.

지구는 아름답다. 여기에 몇 장의 사진을 통해 본 것만으로도 우리의 지구는 참으로 여러 가지 양상을 띠고 있음을 알 수가 있다. 특히 인공위성 발사에 성공한 20세기 후반에 들어서서 높은 우치로부터 지구를 관찰할 수 있게 되어 과학위성, 군사위성, 통신위성 그리고 기상위성 등을 발사하여 지구환경과 자연탐사를 크고 작은 규모로 할 수가 있고, 군사적인 정찰과 감시를 하면서 평화를 유지하는 데 도움도 되고 있다. 특히 통신수단이 획기적으로 발달되어, 오늘날 우리들은 국제전화를 수시로 할 수가 있게 되었고 우주중계를 통하여 세계의 어느 곳에서나 일어나는 사건을 즉시 화면을 통해 알 수가 있는 것이다. 이 통신수단의 발전으로 세계 경제 상황도 즉각 알 수 있게 됨으로써 전세계를 하나의 경제권으로 묶어 버렸다. 또한 기상정보도 광범위하게 알 수 있게 되었으며 아래의 그림과 같은 태풍의 눈도 그 크기와 이동 경로까지 알 수 있어서 사전 대비를 할 수가 있고 그에 따라 기상예보도 정확해졌다.

태풍의 눈

　　　1990년 남극 온존층 모습.
갈수록 구멍이 키지고 있다.

오존 홀(Ozon Hole)과 지구의 위기

지구를 덮고 있는 오존층은 태양에서 날아오는 강력한 X선과 자외선을 막아주고 있어서 우리들 지구 표면에 사는 모든 생명들을 보호해주고 있다.

우리들은 그동안 지구환경의 파괴만을 일삼아왔다. 인간들은 마구잡이로 지하자원을 파내어 쓰면서 지하자원의 고갈을 눈 앞에 두고 있을 뿐 아니라, 인구가 60억을 넘은 지금 우리들이 숨쉬는 데 쓰이는 산소 공급에도 소홀히 하고 있는 것이다. 즉 산소를 제공하는 녹색색물들까지도 마구잡이로 벌채하고 있는 까닭에 그 동위원소인 오존마저 부족해졌고 오존 구멍도 갈수록 커지고 있다는 사실은 실로 중요한 문제다. 오늘날 정부측에서는 매일 오존층의 농도를 즉정하여 발표하면서 오존층이 희박해졌을 때는 태양광선을 피하기 위해 집에 있기를 권하고 있는데 그 상애는 어떻게 되어 있는 것일가. 위의 그림은 님버스라는 위성이 남극의 오존층을 관측한 것인데 이렇게 구멍이 나고 있다고 한다.

그 농도는 127DU(돕슨 단위). 여기의 돕슨 단위라는 것은 Dobson Unit 라고 쓰며 1/100㎜의 오존층 두께에서 0℃, 1기압하에서의 오존층 구멍이 점차로 커지고 있다는 것은 지구상의 생명의 위기가 가까워온다는 징조일지도 모른다. 물론 우리들 스스로가 그렇게 만든 것이지만 말이다. 그 닙버스 위성이 지구 전체를 온존량 분포를 관측한 것이 아래 그림이다. 컴퓨터로 농도단계도를 그려보면 가운데 백생이 가장 오존량이 적고, 짙은 청색, 물색, 녹색, 황색, 붉은색, 자(紫)색의 순으로 농도가 늘어난다. 지구의 적도지방이 가장 짙고, 우리 나라는 황색과 자색의

달(月)

달은 지구 다음으로 조사가 많이 이뤄진 천체이며 지구를 끼고 도는 유일한 위성이다. 달은 또한 현재로서는 인간이 직접 다녀온 단 하나의 별이기도 하다. 1969년 7월 21일, 아폴로(Apollo)11호 우주선을 타고 달에 도달했던 3인의 우주 비행사 암스트롱과 올드린이 달 표면에 인류 최초로 착륙한 이래로 17호까지 (13호는 배터리 고장으로 도중에 돌아왔음) 인류는 도합 6번 달에 다녀왔다. 그리하여 많은 월석(月石)을 채집하여 우리들의 달에 대한 지식은 비약적으로 늘어났다. 달은 그 예날(46억년 전), 지표가 녹아 있었던 시기가 있었고 달의 고지(高地)는 그 잔재이며, 바다는 그 후에 운석(隕石)이 충돌하여 생긴 크레이터에 달 내부에서 흘러나온 용암 등이 혼재해 있는 것임도 알았는데, 아직도 달이 어떻게 해서 탄생한 것인지는 확실하게 알지 못하고 있다. 최근 연구에 따르면, 지구가 제 모습을 갖출 무렵에 대충돌이 일어나 그때에 방출된 파편이 지구를 둘러싸고 있었는데 결국은 그것들이 모여서 달로 되었다는 설이 유력하다.

달의 데이터
지름 지구에서의 평균거리 공전주기(1개월) 자전주기(1일) 질량(지구=1) 평균밀도(물=1) 표면중력(지구=1)	3,476㎞ 384,400㎞ 27.3일 29.5일 0.012 3.34 0.16

　　　달의 앞면

달의 뒷면

지구와 달의 크기 비교

달의 내부구조

달의 표면 온도는 해가 비치는 곳은 +105℃, 그늘진 곳은 -155℃로 엄청난 차이를 보여준다. 그런데 달이 지구를 끼고 돌고, 중력작용 때문에 100년에 약 1초 가량 지구의 자전속도가 느려지고 있다. 이러한 것이 1억 년 분 가량 쌓이면 지구의 하루는 현재 보다는 약 30분 정도 길어질 것이다.

지구의 자전속도가 느려짐에 따라 달은 1년에 약 3.8㎝ 가량씩 지구로부터 멀어져가고 있다. 이것도 1억 년 분을 모아보면 현재 보다도 지구와 달의 거리가 약 3,800㎞나 더 떨어지게 된다.

달에는 물론 대기도 없다. 그 옛날에는 있었지만 중력이 지구의 1/6 밖에 되지 않아서 오랜 세월이 지나는 동안에 물과 대기가 우주 공간으로 날아가 버리고 말았다고 추측되고 있다. 그러나 최근에 와서 달의 크레이터(crater 분화구)들 벽 부분에 얼음이 있음을 발견했다고 한다. 아마도 얼음으로 붙어 있던 것은 그대로 남아 있었던 모양이다.

달 표면의 이모저모

　　위 : 달 표면에 작은 강같이 흐르는 자국들이 보인다.

위오른쪽 : '혼돈의 바다'가 검게 박혀 있고, 그 밑으로 많은 크레이터들이 자리잡고 있다.

아래 : 아폴로17호가 본 코페르니쿠스. 이 크레이터는 약 10억 년쯤 전에 생긴 것으로 추정된다.

위 : 아폴로17호에서 찍은 에라스토테네스

왼쪽중간 : 아리스토텔레스 고원 지대의 북서 부분

아래 : 아리스토텔레스 고원 근처에 있는 슈레더 계곡

아폴로 우주선의 달나라 비행 방법

아폴로 우주선을 달나라에 보내는 데는 오른쪽의 새턴 5호 로켓을 사용했다. 이것은 3단식 로켓으로서 높이 111m, 연료를 포함한 총무게는 2,910톤, 추력(推力)은 3,500톤이며, 140톤의 장비를 우주에 올릴 수가 있었다.

아폴로 우주선은 위 그림과 같은 방법으로 달까지 갔다 왔다.

1), 2) 미국의 우주기지서 발사, 고도 60㎞에서 새턴 5호의 1단계를 떨어뜨린다.

3), 4) 2단계 엔진이 그 몫을 다한 다음, 3단계가 점화하여 아폴로 우주선을 달로 향하는 궤도에 올려놓게 된다.

5) 고도 190㎞의 궤도를 돈 뒤에, 다시 3단계 로켓에 점화하게 되어 아폴로 우주선은 달로 향하게 된다.

6) 사령선과 기계선이 3단 로켓으로부터 분리되고, 착륙선의 보호 커버를 연다.

7) 사령선과 기계선이 반전하면서, 착륙선의 머리와 도킹한다.

8) 3단로켓을 떼어내고, 우주선이 달을 끼고 도는 궤도에 올라갈 수 있도록 궤도 수정을 한다.

9) 착륙선은 두 사람의 비행사를 태우고 떨어져 나가면서,

10) 달 표면에 착륙한다.

11) 혼자 사령선에 남은 비행사는 달을 끼고 돈다.

12) 그리하여 착륙선의 두 사람이 돌아오는 것을 기다린다.

13) 착륙선은 사령선과 도킹을 한 뒤에 착륙선은 버려지고, 기계선 로켓으로 비행사는 지구로 귀환한다.

14) 귀환 도중에, 정확히 지구와 만나기 위한 궤도 수정을 한다.

15) 지구에 가까이 왔을 때, 3인의 비행사를 태운 사령선은 기계선을 떼어낸다.

16) 고도 120㎞에서 대기권에 재돌입한다.

17) 공기 마찰과 싸우면서 사령선이 낙하한다.

18) 낙하산 3개로 바다 위에 착수한다.

아폴로의 사령선이 3개의 낙하산으로 무사히 바다 위로 귀환하는 모습

위 : 아폴로11호 우주선을 타고 달나라에 인류 사상 최초로 착륙한 순간의 모습 (우주비행사는 올드린이다.)

왼쪽 : 아롤로11호 우주선을 타고 달나라에 갔던 암스트롱 선장(중앙)과 콜린스 우주비행사와 함께 선 저자.

 
미국의 아폴로 계획은 20세기의 인간이 이룩한 최고의 업적이라 아니할 수 없다. 이 계획으로 달표면을 방문한 착륙선은 모두 6기, 그리고 달에 발자국을 남긴 우주비행사 수는 12명, 총 체류시간은 301시간, 활동 총 시간은 79시간 33분이었고, 아폴로 15호부터는 월면차(月面車)까지 갖고 가서 행동폭을 넓혔다. 위의 그림은 최초로 월면차를 달에 가지고 갔던 아폴로 15호와 월면차의 모습이며, 성조기에 경례를 하고 있는 사람은 어윈이다. 중앙에 보이는 것이 달착륙선이며 후에 윗부분을 타고 달로부터 이탈하여 지구로 돌아온다.

아폴로11호부터 17호(13호만 제외)가, 달나라에 다녀오면서 우주비행사들이 채집해 온 월석(月石)들의 표본. 모두 386㎏의 월석과 흙을 가져왔다.

달 착륙 때 활약한 탐사선들

1 세베이어(Surveyer) 탐사선은 1966년부터 68년에 걸쳐 5대가 달 표면에 착륙하여 8만 장의 사진을 보내왔다.

2 루나(Lunar)16호는 1970년, 달에 착륙했다가 달 표면의 표본을 채취한 뒤에 지구로 그 표본을 캡슐에 넣어 발사시켜 돌아오게 하였다.(구 소력)

3 루노트(Lunohot)는 무게가 500㎏이나 되며, 1970년부터 71년에 걸쳐 달 표면을 수개월 동안 약 10㎞를 돌아 다니며 탐사를 했다.(구소련)

4 아폴로(Apollo) 우주선 중의 착륙선, 높이는 7m, 무게는 14톤이었다.(미국)

미래의 달나라 도시

앞으로 50년이 지나면 지구는 인구 증가와 자원 고갈 및 환경 오염 때문에 많은 사람들을 달에 이주시켜 살게 할 작정이다. 그리하여 달은 제2의 지구가 되는 것이다. 그러기 위해서는 우선 달에 도시 건설을 위한 사람들을 보내야 한다. 즉, 광부와 노무자들을 먼저 보내고 그들의 가족들이 뒤를 따를 것이다. 이때가 2030년쯤이 될 것이라고 예측된다. 그들은 우선 지하자원을 캐내고 산소와 물을 만들고 그것으로 도시를 건설하는 자원을 만들 것이다.

그렇게 만든 달표면 기지를 점차 확대하고 교통수단은 주로 지하를 통해 소통하는 방법을 취한다. 그런 후에 달표면에 안락한 도시를 만들 것이다.

달에는 루비, 다이아몬드 같은 보석 종류가 많기 때문에 물 값이 오히려 보석 값보다 비쌀 것으로 예상된다.

'월면 도시 에스카르고 시티 2050'의 모형.

가장 왼쪽의 에스카르고 돔(Escargo Dome)은 도시 기능을 갖춘 오피스 빌딩. 그 안쪽으로는 공항이 있다. 오른족의 에스카르고 돔은 호텔. 위쪽의 크레이터 안에는 헬륨3을 연료로 하는 핵융합시설이 있다.

화성(火星)

아마도 우리들에게 가장 친근감을 주는 행성 가운데 하나는 화성일 것이다. 화성은 그 옛날부터 붉은 색을 하고 있어서 점성학(占星學)적으로는 불길한 별로 취급되어 왔고, 20세기 초반까지는 화성인이 살고 있다는 논쟁도 끊이지 않았다. 그리고 근래에 와서는 지구의 달 다음으로 우리 인간들이 장차 이민을 가는 대상으로 여기고 있다. 그래서 화성탐사는 20세기 후반부터 꾸준히 이루어져 왔고, 앞으로도 가장 우선적인 탐사의 대상이 될 것이다.

화성의 크기는 지구 크기의 약 1/2정도이며 남북극이 드리아아이스(dry ice)인 이산화탄소로 된 빙관(氷冠)으로 덮여 있으며 가을에는 커졌다가 봄에는 작아진다. 또 한 쪽이 커지면 다른 쪽이 작아진다.

화성의 내부는 금속함유량이 적은 암석이 거의 전부이기 때문에 질량은 지구의 1/10, 중력은 지구중력의 거의 1/3이다.

　　　
화성에는 달이 두 개가 있는데, 하나는 20,123㎞ 상공을 30시간만에 공전하는 다이모스(Deimos)이고 다른 하나는 5,973㎞ 떨어진 궤도를 돌고 있는 포보스(Phobos)로 그의 공전주기는 8시간 이내이기 때문에 화성에서 보면 하루에 두 번 달이 하늘에 오르고 진다.

화성은 이산화탄소로 된 아주 희박한 대기를 갖고 있는데, 지구 대기밀도의 약 1/10가량밖에 있는데, 지구 대기밀도의 약 1/10가량밖에 안된다. 한편 지표 가까이서 부는 바람은 때때로 엄청난 먼지폭풍을 일으킨다.(그림 왼쪽)

화성의 두 개의 달, 데이모스와 포보스는 지구의 위성인 달같이 둥글지 않고 기형적으로 생겼는데 그 크기는 가장 긴 길이가 각각 15㎞와 27㎞ 정도밖에 안 되는 것으로 화성 크기에 비해서 너무나도 작다.(그림 위쪽)

화성의 하루는 지구의 하루와 거의 비슷한 데다가 4계절의 변화도 있고 화성 표면의 모양도 변화하면서 인공