달

달

 

달은 지구에서 유일한 자연 위성입니다.

평균 거리는 384400km(238900mi)로 행성 지름의 약 30배나 됩니다. 달은 항상 지구에 같은 측면을 보여줍니다. 왜냐하면 중력의 인력이 행성으로의 회전을 방해하고 있기 때문입니다. 이로써 음력 달과 일치하는 29.5일의 음력 날을 얻을 수 있습니다. 달의 인력 - 그리고 적어도 태양 -은 조수의 주요 원동력입니다.

달은 지구 물리학적으로 행성 질량의 물체 또는 위성 행성입니다. 질량은 지구의 1.2%에 달하며 지름은 지구의 약 4분의 1 또는 호주와 비슷한 넓이로 3,474km(2,159mi)입니다. 태양계 내에서는 모행성과 관련된 가장 거대하고 가장 큰 위성이며, 전체에서 다섯 번째로 거대하고 가장 큰 위성이며, 알려진 왜소행성보다 더 거대합니다. 그 표면 중력은 지구의 약 6분의 1, 화성의 약 절반이며 목성의 달 Io에 이어 두 번째로 높습니다. 달의 몸은 구별되며 지구상에 존재하며 중요한 수권, 대기, 자기장은 없습니다. 지구가 형성된 지 얼마 되지않은 45억1000만 년 전에 지구와 가설상 화성 크기 천체 '테아' 사이의 거대한 충돌로 인한 잔해에서 형성되었습니다.

 

달 표면은 달 먼지로 덮여 있으며 산, 충돌 분화구, 그 분출물, 광선 같은 힘줄이 있으며 주로 달 근처에 있는 어두운 마리아('바다')로 특징지어 지기도 하는데요, 이것들이 냉각된 마그마의 평원입니다. 이 마리아들은 달의 먼 쪽에 큰 충격이 있고 근처에 있는 지각 낮은 층이 가열되었을 때 형성되었습니다. 달은 월식 중 지구 그림자를 통과할 때 옆에 있으며 항상 태양에 의해 비춰지지만 지구에서 보이는 조명은 궤도상에서 이동하여 월상을 생성합니다. 달은 지구 밤하늘에서 가장 밝은 천체다. 이는 주로 각직경이 크고 달 표면의 반사율이 아스팔트에 버금가기 때문입니다. 겉보기 크기는 태양과 거의 같고 개기일식 동안 태양을 거의 완전히 덮을 수 있습니다. 지구에서 보면 달 표면의 약 59%가 시간이 지남에 따라 원근법 변화에 의해 가시화되고 달 뒷면 일부가 가시화됩니다.

 

인류에게 달은 영감과 지식의 중요한 원천이며 우주론, 신화, 종교, 예술, 자연과학 및 우주비행에 필수적인 요소 중 하나였습니다. 1959년 9월 13일 인류 최초의 천체가 소련의 루나 2호 충돌기인 달에 도달했습니다. 1966년 달은 연착륙과 궤도 삽입을 달성한 최초의 외계 천체가 되었습니다. 1969년 7월 20일 인류는 미국 아폴로 11호 착륙선 이글호와 함께 달과 지구 밖 천체에 처음 착륙했습니다. 당시부터 1972년 사이에 추가로 5명의 승무원이 파견되어 각각 2명이 지상에 착륙했습니다. 최장 체류 시간은 아폴로 17호 승무원에 의한 75시간이었습니다. 이후에도 달 탐사는 로봇처럼 계속돼 2020년대 후반부터 귀환할 예정입니다.

 

명칭과 어원

지구 자연위성의 통상적인 영어 고유명은 단지 달이며 수도는 M입니다.명사 moon은 구 영어의 mána에서 유래했으며, 이것은 (모든 게르만어의 동의어와 마찬가지로) 게르만어 원어 *mán에서 유래했습니다. 이것은 다음으로 동사 "measure" (시간)와 관련될 가능성이 있는 "mánát, genitive *mnesnesses"에서 왔습니다.

때로는 루나(Luna)라는 이름은 과학적인 문장에서 사용되며, 특히 SF소설에서는 지구의 달과 다른 달을 구별하기 위해 사용되며, 시에서는 '루나'가 달의 의인화를 나타내기 위해 사용되기도 합니다. 신시아(Cynthia)는 여신에게 의인화된 달에게는 드물지만 시적인 이름입니다. 셀렌(Selene)은 그리스 달의 여신이라는 뜻입니다.

 

달과 관련된 영어 형용사는 'lunar'로 달을 뜻하는 라틴어 'lna'에서 유래했습니다. 셀레니안(Selenian)은 달을 천체가 아닌 세계라고 표현하기 위해 사용되는 형용사입니다. 달을 뜻하는 그리스어 세렌(ēλνη s selēnο)에서 유래했으며, 그 인지 세렌은 원래 희귀한 동의어였지만, 지금은 거의 항상 화학 원소 세렌을 가리키고 있습니다. 엘리먼트명 selenium과 접두사 seleno-(달의 물리적 특징의 연구와 같음)는 이 그리스어에서 유래했습니다.

황야와 사냥 그리스 여신 아르테미스는 로마 다이애나와 동격으로 달을 상징하며 종종 달의 여신으로 여겨졌지만 신시아라고도 불렸습니다. 신서스 산의 전설적인 출신지에서다.이 이름들 - Luna, Cynthia, Selene - 는 월주회 궤도의 전문 용어에 반영되어 있습니다.

달의 뒷면, 마리아의 특징적인 크고 어두운 영역이 결여되어 있으며, 달의 역사 초기에 가까운 쪽이 어떻게 보였는지와 비슷합니다. 달 샘플의 동위원소 연대는 태양계 기원으로부터 약 5000만 년 후에 달이 형성되었음을 시사합니다. 역사적으로는 몇 가지 형성 메커니즘이 제안되었지만 지구-달 시스템의 특징을 만족스럽게 설명하지는 못합니다. 지각에서 원심력에 의한 달의 핵분열은 지구의 초기 회전 속도가 너무 클 것을 필요로 합니다. 사전에 형성된 달의 중력적 포착은 통과하는 달의 에너지를 소멸시키기 위해 지구의 실현 불가능한 확장된 대기에 의존합니다. 원시 강착 원반 안에서 지구와 달이 함께 형성되는 것은 달 내 금속 고갈을 설명하는 것이 아닙니다.이 가설들 중 어느 것도 지구-달계의 높은 각운동량을 설명할 수 없습니다.

 

지구-달계는 화성 크기 천체(이름은 테아)가 원지구와 충돌한 뒤 형성됐다는 설이 지배적입니다. 거대한 영향은 초기 태양계에서는 일반적이었다고 생각됩니다. 거대한 충돌의 컴퓨터 시뮬레이션은 월핵의 질량과 지구-달계의 각운동량과 일치하는 결과를 낳았습니다. 이러한 시뮬레이션은 달의 대부분이 원시 지구가 아닌 충돌체에서 유래되었음을 보여줍니다. 그러나, 2007년 이후의 모델은 달의 대부분이 원시 지구에서 유래했음을 시사하고 있습니다. 화성이나 베스타와 같은 내부 태양계의 다른 천체들은 운석에 따르면 지구와 비교하여 산소나 텅스텐의 동위원소 조성이 매우 다릅니다. 그러나 지구와 달은 거의 같은 동위원소 조성을 가지고 있습니다. 지구-달계 동위원소 등화는 양자를 형성한 기화물질의 충격 후 혼합에 의해 설명될 수 있습니다.

그 충격으로 분출물과 지각을 모두 액화하기에 충분한 에너지가 방출되어 마그마 바다가 형성되었습니다. 액화된 이젝터는 그 후 지구-달 시스템에 재흡수되었을 가능성이 있습니다. 새로 형성된 달에는 독자적인 달 마그마해가 있는데, 그 깊이는 약 500km(300마일)에서 1,737km(1,079마일)로 추정되고 있습니다. 거대 충돌 이론은 많은 증거를 설명하지만, 몇 가지 의문은 아직 해결되지 않았으며, 그 대부분은 달의 구성에 관한 것입니다. 달이 상당한 양의 원시지구를 획득하는 모델은 지르코늄, 산소, 실리콘 등 동위원소에 대한 지구화학적 데이터와의 정합이 더 어렵습니다. 시뮬레이션의 고해상도 임계치를 넘어서자 2022년 발표된 연구는 거대한 충격이 달과 비슷한 질량과 철 함유량을 가진 위성을 지구의 로슈 한계에서 멀리 떨어진 궤도에 바로 넣을 수 있음을 발견했습니다. 처음에는 로슈 한계 내를 통과하는 위성조차 부분적으로 벗겨져 보다 넓고 안정된 궤도에 토크가 가해짐으로써 확실하고 예측 가능하게 생존할 수 있습니다.

2023년 11월 1일 과학자들은 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 테아라는 이름의 원시 행성 잔해가 지구 내부에 있으며 고대에 지구와의 충돌에서 남았고 그 후 달이 될 가능성이 있다고 보고했습니다.

자연발생

달 궤도가 지구에 절반 가까이, 현재보다 2.8배 크게 나타났던 약 40억 년 전 후기 중폭격 후 지구 하늘에 나타났을 수도 있다는 예술가 묘사입니다. 새로 형성된 달은 오늘날보다 훨씬 가까운 지구 궤도에 들어갔습니다. 따라서 각각의 몸은 다른 쪽 하늘에 훨씬 크게 나타나 일식이 더 빈번해지고 조석효과가 더 강해졌습니다. 조석 가속에 의해 달의 지구 주회 궤도는 크게 커지고 주기도 길어졌습니다.

형성 후 달은 냉각되어 대기의 대부분이 제거되었습니다. 그 후 달 표면은 큰 충돌 이벤트와 많은 작은 이벤트에 의해 형성되어 모든 연령대의 분화구를 특징으로 하는 경관을 형성하고 있습니다.

달은 12억 년 전까지 화산 활동을 했고, 그로 인해 달의 마리아가 밝혀졌습니다. 암말 현무암의 대부분은 인브리아기(33~37억 년 전)에 발생했지만 일부는 12억 년이나 어리고 일부는 42억 년이나 오래됐습니다. 암말의 현무암 분화에 대해서는 다른 설명이 있으며, 특히 근방에서 주로 나타나는 불균일한 사건들의 발생이 있었습니다. 멀리 달의 고지가 분포하는 원인도 잘 알려져 있지 않습니다. 위상학적 측정에 따르면 부근의 지각은 먼 곳보다 얇습니다. 한 가지 가능한 시나리오는 근처에 큰 충격이 있기 때문에 용암이 지표면으로 쉽게 흐를 수 있다는 것입니다

 

물리적 특성

달은 조석 연신에 의한 매우 작은 비늘 모양의 타원체이며 충격 분지로부터의 중력 이상으로 장축이 지구를 향해 30° 어긋납니다. 그 형상은 현재의 조석력을 설명할 수 있는 것보다 길어졌습니다. 이 '화석 부풀리기'는 달이 지구까지의 현재의 절반 거리에서 공전했을 때 응고되어 현재 궤도 거리에서 정수압 평형을 회복하기에는 너무 춥다는 것을 보여줍니다.

 

크기와 질량

태양계의 주요 위성과 지구의 크기를 비교해 확대합니다. 19개의 위성은 둥글기에 충분한 크기로, 몇 개는 수면 아래 바다를 가지고, 다른 하나는 상당한 대기를 가진 타이탄입니다. 달은 크기와 질량에서 태양계의 다섯 번째로 큰 자연 위성이며 행성질량위성 중 하나로 분류되어 지구물리학적 정의에 따른 위성 행성입니다. 수성보다 작고 태양계 최대 왜소행성인 명왕성보다 훨씬 큽니다. 명왕성-카론계 소행성 카론은 명왕성에 비해 크지만 달은 태양계 주요 행성에 비해 최대 자연 위성입니다.

달의 지름은 약 3500km로 지구의 4분의 1 이상이며 달의 표면은 호주나 유럽, 알래스카가 없는 미국과 같은 폭입니다. 월 표면적은 약 3800만 평방 킬로미터로, 남북 아메리카 대륙과 아프리카 사이에 있습니다.

달 질량은 지구의 81분의 1이며 행성 위성 중 두 번째로 밀도가 높고 표면 중력은 0.1654g, 탈출 속도는 2.38km/s(8600km/h;5300mph)다.

 

달의 내부 구조는 고체 내부 코어(철-금속), 용융 외부 코어, 경화 맨틀 및 크러스트입니다. 지구에 접한 달 근처의 지각은 더 얇아지고 있으며, 과거 녹았던 맨틀 물질이 범람하여 오늘날의 달 암말을 형성하고 있습니다. 달은 처음에는 정수압 평형에 있었으나 이후 이 상태에서 떨어진 분화된 천체입니다. 지구화학적으로 다른 지각, 맨틀, 코어를 가집니다. 달에는 반경이 240킬로미터(150마일)에 이를 수 있는 고체철을 가진 내부 코어와 반경 약 300킬로미터(190마일)의 액체철을 주성분으로 하는 유체 외부 코어가 있습니다. 코어 주위에는 반경 약 500km(310mi)의 부분적으로 용융된 경계층이 있습니다. 이 구조는 45억 년 전 달 형성 직후 지구 규모의 마그마해를 분수 결정화하여 발전한 것으로 생각됩니다.

이 마그마해의 결정화는 올리빈, 크리노필록센, 오르토필록센 광물의 침강과 침강에 의해 거대한 맨틀을 생성했을 것입니다. 마그마해의 약 4분의 3이 결정화된 후 저밀도 프라지오클라아제 광물이 지각상에 형성돼 부유할 가능성이 있습니다. 결정화하는 마지막 액체는 당초 지각과 맨틀 사이에 끼어 있어 호환되지 않고 열을 발생시키는 원소가 매우 풍부했습니다. 이 관점과 일치하여 궤도에서 작성된 지구 화학적 매핑은 대부분 직교하는 지각을 시사합니다. 맨틀에서 부분적으로 용해되어 표면으로 분출된 플래드러버의 월암 샘플은 지구보다 철이 풍부한 맨틀 조성을 확인합니다. 지각은 평균 약 50킬로미터(31마일) 두께를 가지고 있습니다.

 

달은 태양계에서 Io에 이어 두 번째로 밀도가 높은 위성입니다. 그러나 달의 내핵은 작고 반경은 약 350km(220mi) 이하인데요, 그 조성은 잘 이해되지 않지만, 아마 소량의 유황과 니켈로 합금화된 금속철일 것입니다. 달의 시간 가변 회전을 분석하면 적어도 부분적으로 용융된 것을 알 수 있습니다. 월핵 압력은 5GPa(49,000atm)로 추정되고 있습니다.

중력장

달에 뛰어오르는 우주비행사는 달의 중력이 지구의 약 6분의 1이라는 것을 보여줍니다. 달의 표면 중력은 평균적으로 1.62 m/s2 [4] (0.1654 g;) 5.318 ft/s2)이며 화성 표면 중력의 약 절반과 지구의 약 6분의 1입니다.

달의 중력장은 균일하지 않습니다. 중력장에 대한 자세한 내용은 궤도를 도는 우주선에서 방출되는 무선 신호의 도플러 시프트를 추적함으로써 측정되고 있습니다. 달 중력의 주요 특징은 매스콘으로 거대한 충격 분지 중 일부와 관련된 큰 양의 중력 이상이며 부분적으로는 그 분지들을 채우는 밀집된 암마현무암 용암류에 의해 야기됩니다. 이 이상은 달을 둘러싼 우주선 궤도에 큰 영향을 미칩니다. 몇 가지 퍼즐이 있습니다: 용암류만으로는 중력의 모든 사인을 설명할 수 없습니다. 또한, 말레 화산 활동과는 관계없는 매스콘도 존재합니다.

 

자기장

달 외부 자기장은 0.2나노 테슬라 이하이며 지구의 10만분의 1 이하입니다. 달은 현재 지구 규모의 쌍극자 자기장을 가지고 있지 않아 발전기가 아직 가동되던 초기에 지각 자화를 획득했을 가능성이 있습니다. 그러나 40억 년 전 역사 초기에는 그 자기장 강도가 오늘날의 지구에 가까웠을 가능성이 높습니다.이 초기 발전기장은 월핵이 완전히 결정화된 후 약 10억 년 전까지 소멸한 것 같습니다. 이론적으로 잔류 자화의 일부는 플라즈마 구름 팽창으로 인한 큰 충격 중에 생성된 과도 자기장에서 발생할 수 있습니다. 이 구름들은 주위 자기장에 큰 충격을 줄 때 생성됩니다. 이것은 거대한 충격 분지의 대극 근처에 위치한 가장 큰 지각 자화 위치에 의해 뒷받침됩니다.

 

대기

달의 얇은 대기는 일출과 일몰 시 달 표면에서 볼 수 있으며 달의 수평선은 빛나고 달의 황혼은 지구의 크레파스 광선과 같다. 이 아폴로 17호의 스케치는 일반적인 황도대 빛 속에 있는 빛과 광선을 그리고 있습니다. 달은 진공에 가까울수록 대기가 희박하며 총 질량은 10톤 미만(길이 9.8톤, 짧은 길이 11톤)입니다. 이 작은 질량의 표면 압력은 약 3×10-15atm(0.3nPa)이며, 달에 따라 변화합니다. 그 원천에는 태양풍 이온에 의한 달 토양 폭격의 산물인 가스 배출과 스패터가 포함됩니다. 검출된 원소로는 스퍼터에 의해 생성된 나트륨과 칼륨(수성과 이오의 대기에서도 발견됨), 태양풍으로부터의 헬륨-4 및 네온, 지각과 맨틀 내 방사성 붕괴에 의해 생성된 아르곤-40, 라돈-222 및 폴로늄-210이 있습니다. 레고 다람쥐에 존재하는 산소, 질소, 탄소, 수소, 마그네슘 등 중성종(원자 또는 분자)이 존재하지 않는 것은 이해할 수 없습니다. 수증기는 찬드라얀-1에 의해 검출되어 위도에 따라 변화하며 최대 60~70도까지 변화하는 것으로 판명되었습니다. 수증기는 레고 다람쥐 내의 수빙 승화에서 생성될 수 있습니다.이 가스들은 달의 중력에 의해 레고 다람쥐로 돌아가거나 태양 복사 압력 또는 이온화된 경우 태양풍 자기장에 의해 떠내려 감으로써 우주로 손실됩니다.

 

아폴로 계획에 의해 회수된 달 마그마 샘플 연구는 달이 과거 30억 년에서 40억 년 전 사이에 7000만 년 동안 비교적 두꺼운 대기를 가지고 있었음을 보여줍니다. 이 대기는 달 화산 폭발에서 방출된 가스에서 발생하여 현재 화성의 2배 두께였습니다. 태초의 달 대기는 결국 태양풍에 의해 제거되어 우주로 소멸되었습니다.

혜성의 작은 입자에 의해 생성된 영구적인 월진운이 달 주위에 존재합니다. 추정에 따르면 24시간마다 5톤의 혜성 입자가 달 표면에 충돌해 먼지 입자가 방출되는 것으로 알려져 있습니다. 먼지는 달 위에 약 10분 머무르고 상승하는 데 5분, 하강하는 데 5분 걸립니다. 달 상공에는 평균 120킬로그램의 먼지가 존재하며 지표에서 100킬로미터까지 상승합니다. LADEE의 Lunar Dust Experiment(LDEX)에 의해 작성된 더스트 카운트는 지구와 달이 혜성 파편을 통과할 때 제미니드, 쿼드런트, 노던타우리드 및 오미크론 켄타우리드 운석 샤워 중 파티클 카운트가 정점에 달했음을 발견했습니다. 달의 진운은 비대칭이며 달의 낮과 밤의 경계 부근에 더 밀도가 높습니다.

 

표면 상태

달의 먼지는 매우 연마성이 높아 사람의 폐, 신경, 심혈관계에 손상을 줄 수 있습니다. 우주선으로부터의 전리방사선, 태양과 그 결과 발생하는 중성자방사선은 달의 낮에 하루 평균 1.369밀리시버트를 생성하여 궤도상 약 400km에서 하루 0.53밀리시버트를 가진 국제우주정거장보다 약 2.6배 많습니다. 대서양 횡단 비행의 5~10배, 지구 표면의 200배입니다. 더 비교하면 화성으로의 비행 중 방사선량은 하루에 약 184밀리시버트이며 화성의 일부 장소에서는 하루에 0.342밀리시버트로 낮은 수준이 될 가능성이 있습니다.

황도에 대한 달의 축방향 기울기는 불과 1.5427°이며, 이는 지구의 23.44°보다 훨씬 작습니다. 이 작은 기울기 때문에 달의 태양광은 계절에 따라 지구에 비해 훨씬 변화가 적고 달의 북극이나 크레이터 피어리 가장자리에 있는 몇몇 영원한 빛의 피크가 존재하는 것을 가능하게 합니다.

표면은 태양광의 방사조도에 따라 140℃에서 -171℃까지의 급격한 온도차에 노출되어 있습니다. 대기가 없기 때문에 지역에 따라 기온은 특히 태양광이냐 음영이냐에 따라 다르며, 지형의 세부 사항이 지역 표면 온도에 결정적인 역할을 하게 됩니다. 많은 크레이터 중 일부, 특히 많은 극 크레이터의 바닥 부분은 영구적으로 그림자를 드리우고 있으며, 이들 '영원한 어둠의 크레이터'는 매우 저온을 띄고 있습니다. 달 정찰위성은 남극의 크레이터에서 35K(-238℃;-397℃)로 북극 크레이터 엘마이트의 동지에 가까운 불과 26K(-247℃;-413°F)의 최저 여름 온도를 측정했습니다. 이것은 우주선이 측정한 태양계에서 가장 추운 온도로 명왕성 표면보다 더 추운 온도입니다.

달의 지각 위에 담요로 덮여 있는 것은 고도로 분쇄된(항상 작은 입자로 분해되는) 충격 가드닝된 대부분이 레고 다람쥐라고 불리는 회색 표면층으로 충격 프로세스에 의해 형성됩니다. 실리카 유리의 달 표면 토양인 더 미세한 레고 다람쥐는 눈과 같은 질감과 사용후 화약과 비슷한 향을 가지고 있습니다. 오래된 표면의 레고 다람쥐는 일반적으로 젊은 표면보다 두껍습니다. 고지에서는 10~15m(33~49ft), 마리아에서는 4~5m(13~16ft) 두께로 변화합니다. 잘게 분쇄된 레고 다람쥐층 아래에는 두께 수 킬로미터의 고도로 파쇄된 암반층인 메가 레고 다람쥐가 있습니다.

예를 들어, 이러한 극단적인 조건은 우주선이 달 표면에 단 하나의 달 궤도보다 더 오래 세균 포자를 머금을 가능성이 낮다고 생각됩니다.