달 (2)

달 (2)

물의 존재

액체의 물은 달 표면에서 지속될 수 없습니다. 태양 복사에 노출되면 물은 광해리라고 불리는 과정을 거쳐 급속히 분해되어 우주로 손실됩니다. 그러나 1960년대 이후 과학자들은 수빙이 혜성에 충돌하거나 산소가 풍부한 달 암석과 태양풍으로부터의 수소의 반응에 의해 생성될 수 있다고 가정해 왔습니다. 수빙은 달의 어느 극에도 영구적으로 음영으로 덮인 차가운 크레이터에 남아 있을 가능성이 있는데요, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 표면의 최대 14,000km2 (5,400평방마일) 이 영구적인 그림자가 될 수 있음을 시사하고 있습니다. 달에 사용 가능한 양의 물이 존재하는 것은 비용 대비 효과가 높은 계획으로서 달 거주지를 제공하는 데 중요한 요소이며, 지구에서 물을 수송하는 대체 수단은 매우 비쌉니다.

그 이후 몇 년 동안은 달 표면에 물 사인이 존재한다는 것이 사실로 판명되었고 1994년 클레멘타인 우주선에 탑재된 쌍안정 레이더 실험은 지표 근처에 작은 동결수 주머니가 존재한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 나중에 Arecibo에 의한 레이더 관측에서는 이러한 발견이 오히려 젊은 충돌 분화구에서 분출한 암석일 가능성이 있음을 시사하고 있습니다. 그러던 중, 1998년 달 탐사선의 중성자 분광계는 극지 근처 레고 다람쥐 깊이 1m에 고농도 수소가 존재한다는 것을 보여주었습니다. 아폴로 15호를 타고 지구로 가져온 화산 용암 구슬은 내부에 소량의 물이 있음을 보여주었습니다.

 

2008년 찬드라얀 1호 우주선은 이후 달 표면 광물학 맵퍼를 사용하여 지표 수빙의 존재를 확인했습니다. 분광계는 달 표면에 대량의 수빙이 존재한다는 증거를 제공하고 반사광선 중 수산기에 공통 흡수선을 관측했습니다. 그 우주선은 농도가 1000ppm에 달할 수 있음을 보여주었습니다. 매퍼 반사 스펙트럼을 사용하여 그림자 영역 간접 조명은 2018년 양극 위도 20° 이내에서 수빙을 확인하였습니다. 2009년, LCROSS는 2,300kg(5,100파운드)의 임팩터를 영구 음극 크레이터로 보내 배출된 물질의 플럼에서 적어도 100kg(220파운드)의 물을 검출했습니다. LCROSS 데이터의 다른 조사에서는 검출된 물의 양이 155±12kg(342±26lb)에 가까워지는 것을 나타냈습니다.

2011년 5월 달 샘플 74220에서 615~1410ppm의 물이 보고됐으며 1972년 아폴로 17호 미션 중 채취된 화산 기원의 유명한 고티타늄 '오렌지 유리토'입니다. 이 개재물은 약 37억 년 전 달에서 폭발적인 분화가 있었을 때 형성되었습니다. 이 농도는 지구의 상부 맨틀에 있는 마그마와 동등합니다. 상당한 셀레놀러지적인 흥미를 가지고 있지만, 이 통찰력은 시료가 표면에서 몇 킬로미터 아래에 기원을 갖기 때문에 쉽게 물을 이용할 수 있다는 것을 의미하는 것은 아니며, 그 개재물에 접근하는 것은 매우 어려우며, 최신 마이크로프 로브 기기에서 그것들을 찾는데 39년이 걸렸습니다.

2018년 8월 달 표면의 수빙에 관한 '결정적 증거'로 처음 밝혀진 달광물학마파(M3)의 연구 결과를 분석합니다. 데이터는 먼지나 다른 반사 물질과는 대조적으로 수빙의 명확한 반사 사인을 밝혀냈는데요, 북극과 남극에서 얼음 퇴적물이 발견됐지만 남쪽에서는 물이 영구적으로 그늘진 크레이터나 갈라진 틈에 갇혀 태양으로부터 차폐되기 때문에 표면의 얼음으로 지속되는 것이 가능합니다.

2020년 10월 천문학자들은 적외선 천문학의 성층권 관측소(SOFIA)를 포함한 몇몇 독립된 우주선에 의해 달 태양에 비친 표면에서 분자수를 검출했다고 보고했습니다.

 

지구와 달

지구와 달은 공유된 질량의 중심, 즉 바리센터를 가진 지구-달 위성 시스템을 형성합니다. 이 바리센터는 지구 표면으로부터 1700km(지구 반경의 약 4분의 1) 아래에 있습니다.

달 궤도는 약간 타원형이고 궤도 편심률은 0.055입니다. 달의 거리로 불리는 지구 중심 달 궤도의 반장축은 약 40만 km(250,000 마일 또는 1.28 광초)로 지구를 9.5배 도는 것과 맞먹습니다.

달은 항성, 그 항성 주기에 관해 지구 둘레를 약 27.3일에 한 번씩 돌립니다. 그러나 지구-달계는 태양 주위를 도는 궤도에서 동시에 움직이기 때문에 같은 달상으로 돌아오는 데 29.5일 시간이 조금 더 걸리고 지구에서 본 것처럼 전 주기를 완료합니다. 이 주기 또는 달은 일반적으로 달로 알려져 있으며 달의 태양일 길이와 동일합니다.

조석 잠금에 의해 달은 1:1의 스핀 궤도 공명을 가집니다. 이 회전 궤도비는 지구 주위의 달 궤도 주기를 대응하는 회전 주기와 같게 합니다. 이것이 달의 한쪽, 이른바 근접 쪽만이 지구에서 보이는 이유입니다. 그렇다고는 하지만 달의 움직임은 공명하고 있지만 여전히 자유화 등의 뉘앙스가 결여되어 있지 않고, 그 결과 약간 시점이 변화하여 달 표면의 약 59%가 지구에서 보이게 됩니다.

다른 행성의 대부분의 위성과는 달리 달 궤도면은 적도면보다 황도면에 가깝습니다. 달의 궤도는 태양과 지구에 의해 많은 작고 복잡하고 상호작용하는 방법으로 미묘하게 흐트러지고 있습니다. 예를 들어 달 궤도면은 18.61년에 한 번씩 서서히 회전하며, 이는 달 운동의 다른 측면에 영향을 미칩니다. 이러한 후속 효과는 카시니의 법칙에 의해 수학적으로 설명되고 있습니다.

 

조석효과

달이 지구에 미치는 중력 조석 효과의 간단한 그림입니다.
지구와 달(태양뿐만 아니라)이 서로 작용하는 중력 인력은 서로 가장 가까운 측면에서 조금 큰 인력으로 나타나 조석력을 발생시킵니다. 해조는 이로 인해 가장 널리 경험되고 있는 결과이지만, 조석력은 지구의 다른 역학이나 달과 그 시스템에도 상당한 영향을 미칩니다.

달의 고체 지각은 27일 동안 약 10센티미터(4인치) 진폭의 조석을 경험하며, 3가지 요소가 있는데 그것들은 동기 회전 중이기 때문에 지구에 의해 고정된 것, 궤도 편심과 기울기에 따라 변동하는 조석, 그리고 태양으로부터 작은 변동하는 성분들입니다. 지구에 의해 야기되는 가변 성분은 달의 궤도 편심과 기울기의 결과인 거리와 자유도의 변화에서 발생합니다(달의 궤도가 완전히 원형으로 경사져 있지 않은 경우 태양조밖에 존재하지 않습니다). 최근 연구에 따르면 과학자들은 달이 지구에 미치는 영향이 지구 자기장을 유지하는 데 기여할 수 있다고 밝힌 적 있습니다. 이러한 조석력에 의해 축적된 스트레스의 누적적인 영향은 월진을 발생시킵니다. 달 지진은 지진보다 훨씬 적고 약하지만 건조한 상부 지각에 지진 진동이 흩어져 있기 때문에 달 지진은 최대 1시간(지상 지진보다 상당히 긴) 지속될 수 있습니다. 월진의 존재는 1969년부터 1972년까지 아폴로 우주비행사가 달에 설치한 지진계에서 예기치 못한 발견이었습니다.

조석력의 가장 일반적인 영향은 해조라고 불리는 해수면 상승입니다. 달이 조석력의 대부분을 발휘하는 한편 태양도 조석력을 발휘하기 때문에 달 조석력의 40%에도 기여하여 봄과 최고조를 상호작용으로 만들어냅니다.

조석은 지구 바다에 있는 두 개의 융기이고, 하나는 달에 접한 쪽과 반대쪽입니다. 지구가 자전하면 바다의 융기(만조) 중 하나는 달 아래에 고정되고 다른 하나는 반대쪽에 있습니다. 그 결과 만조가 2개, 약 24시간이면 간조가 2개가 됩니다. 달이 지구의 자전 방향과 같은 방향으로 돌고 있기 때문에 만조는 약 12시간 25분 간격으로 발생합니다.

만약 지구가 물의 세계(대륙이 없는 세계)라면, 불과 1미터의 조류를 만들어내고, 그 조류는 매우 예측 가능하지만, 해조는 다른 영향에 의해 크게 변화합니다:

 

지구의 자전에 대한 물의 마찰 결합

바다와 고체 조수 양쪽의 조석 피크 지연은 지구의 자전에 반대하는 토크를 일으킵니다. 이는 지구의 자전에서 각운동량과 회전운동에너지를 '배출'하여 지구의 자전을 느리게 합니다. 지구에서 잃어버린 각운동량은 조석가속으로 알려진 과정에서 달로 옮겨져 지구 주위의 궤도 속도를 낮추면서 달을 더 높은 궤도로 올립니다.

지구와 달의 거리가 길어지면서 지구의 자전 속도가 느려지고 있습니다. 아폴로 계획 중에 남겨진 레이저 반사기의 측정 결과, 달의 거리는 1년에 38mm(1.5인치) 증가하는 것으로 판명되었습니다(인간의 손톱이 성장하는 속도). 원자시계는 지구의 날이 매년 약 17마이크로초 길어진다는 것을 보여주며, UTC가 윤초에 의해 조정되는 속도가 점차 증가하고 있습니다.

이 조석항력은 지구의 자전과 달의 궤도 주기를 매우 천천히 일치시킵니다. 이 매칭은 첫 번째로 궤도계의 더 가벼운 몸을 달과 마찬가지로 제대로 잠그는 결과를 가져옵니다. 이론적으로는 500억 년 후에는 지구의 자전 속도가 달 궤도 주기와 일치할 정도로 느려지고 지구는 항상 같은 쪽을 달에 제시하게 됩니다. 그러나 태양은 그보다 훨씬 전에 지구와 달의 시스템을 삼켜 붉은 거성이 될 것입니다.

 

위치와 외관

Libration, 지구 북쪽에서 본 달의 외형 크기와 시야각의 약간의 변화입니다. 달의 최고 고도는 달의 위상, 더 정확하게는 궤도 위치, 일년의 시간 또는 더 정확하게는 지구축의 위치에 따라 달라집니다. 보름달은 겨울 동안 하늘에서 가장 높고 여름 동안은 (각각 반구마다) 가장 낮으며, 그 고도가 어두운 달을 향해 반대편으로 변화합니다.

북극과 남극에서는 달이 매달 2주(약 27.3일) 지평선에서 24시간 위에 있어 열대년 극지와 맞먹습니다. 북극 동물 플랑크톤은 태양이 몇 달 동안 계속 지평선 아래에 있을 때 달빛을 사용합니다.

달의 외형상 방향은 그것이 관측되고 있는 지구의 하늘과 반구에서의 그 위치에 의존하고 있습니다. 북반구에서는 남반구에서 봤을 때와 비교해서 거꾸로 보입니다. 가끔 초승달의 '뿔'은 옆보다 위를 향하고 있는 것처럼 보입니다. 이 현상은 습한 달이라고 불리며 열대 지방에서 더 자주 발생합니다. 달과 지구의 거리는 약 356,400km(221,500mi)에서 406,700km(252,700mi)까지 다양하며 달의 외형 크기는 변동합니다. 달의 각직경은 평균적으로 약 0.52°로 태양과 거의 같은 크기입니다(일식 참조). 게다가 순수하게 심리적인 효과인 '달의 착각'으로 알려진 것은 지평선에 가까워지면 달을 더 크게 보이게 합니다. 달의 조수 잠금에도 불구하고 리브레이션의 효과로 달 표면의 약 59%가 지구에서 보이게 됩니다.

 

달의 회전

왼쪽 달과 오른쪽 달을 비교하면 (정확하게) 회전하지 않았습니다(정확하게) 달이 지구를 돌고 있는 동안 조수처럼 잠긴 동기 회전에 의해 달은 항상 거의 같은 얼굴을 지구로 향하고 있습니다. 달의 뒷면은 달의 뒷면이라고 부르고 반대쪽은 달의 뒷면이라고 불립니다. 먼 쪽은 종종 부정확하게 '어두운 쪽'이라고 불리지만, 실제로는 가까운 쪽만큼이나 자주 비춰집니다: 지구의 29.5일에 한 번입니다. 초승달에서 초승달 사이에는 근처가 어둡습니다.

달은 원래 더 빠른 속도로 자전하다가 지구에 의한 조석 변형에 의한 마찰 효과의 결과 역사 초기에는 자전이 느려지고 이 방향으로 제대로 고정되었습니다. 시간이 지남에 따라 달의 자전 에너지는 열로 소멸되고 지구에 대한 달의 자전은 없어집니다. 2016년 NASA의 달 탐사선 미션에서 수집된 데이터를 사용하는 행성 과학자들은 달 반대편에 수소가 풍부한 두 영역(아마도 원수 얼음)을 발견했습니다. 이 패치들은 지구에 완전히 고정되기 전 수십억 년 전 달의 극이었을 것으로 추측됩니다.

 

알베도와 색상

지구 대기에 의해 필터링된 달의 변화하는 겉보기 색상입니다. 달은 알베도가 매우 낮아 마모된 아스팔트보다 조금 밝은 반사율을 줍니다. 그럼에도 불구하고 그것은 태양 다음으로 하늘에서 가장 밝은 물체입니다. 이는 부분적으로는 반대파의 서지 밝기가 향상된 데 따른 것으로, 4분의 1단계 달은 보름달의 절반이 아니라 10분의 1밖에 밝지 않습니다. 또한 시각계에서 색의 항상성은 물체의 색과 그 주위와의 관계를 재계산하여 주위 하늘이 비교적 어둡기 때문에 태양에 비친 달을 밝은 물체로 지각합니다. 보름달 끝은 다른 방향보다 태양에 역반사하는 월토의 반사 특성 때문에 사지가 어두워지지 않고 중심만큼 밝아 보입니다. 달의 색은 달이 반사하는 빛에 의존하고 달의 표면과 그 특징에 의존하며 예를 들어 큰 어두운 영역을 가지고 있습니다. 일반적으로 달 표면은 갈색이 도는 회색 빛을 반사합니다.

지구에서 볼 때 공기는 반사된 빛을 필터링하고 때로는 하늘의 달 각도나 대기 두께에 따라 빨간색을 나타냅니다. 피의 달과 파랑의 달이라는 용어가 반드시 빨강이나 파랑의 달의 상황을 가리키는 것은 아니며, 1년에 한 번 있는 보름달과 같은 특정 문화적인 언급입니다.

 

일식

 

일식은 태양, 지구, 달이 모두 직선상에 있는 경우에만 발생합니다('syzygy'라고 불립니다). 일식은 달이 태양과 지구 사이에 있는 신달에서 일어납니다. 대조적으로 월식은 지구가 해와 달 사이에 있는 보름달에 발생합니다. 달의 겉보기 크기는 태양과 거의 같고, 둘 다 거의 반도 폭으로 관찰됩니다. 태양은 달보다 훨씬 크지만 지구에서 보면 훨씬 가깝고 훨씬 작은 달과 같은 크기를 주는 것은 매우 큰 거리다. 비원형 궤도에 의한 외형 크기 변화도 마찬가지이지만 다른 주기로 일어납니다. 이것에 의해, 합계(달이 태양보다 커 보이는 상태)와 환상(달이 태양보다 작아 보이는 상태)의 양쪽 일식을 가능하게 합니다. 개기일식에서는 달은 태양 원반을 완전히 덮고 태양 코로나는 육안으로 보이게 됩니다. 달과 지구 사이의 거리는 시간이 지남에 따라 매우 천천히 증가하고 있기 때문에 달의 각 직경은 감소하고 있습니다. 적색 거성으로 진화함에 따라 태양의 크기와 하늘의 분명한 직경은 서서히 증가하고 있습니다. 이 두 변화의 조합은 수억 년 전에는 달이 일식으로 태양을 완전히 덮어 환상일식은 불가능했음을 의미합니다. 마찬가지로 수억 년 후의 미래에는 달이 더 이상 태양을 완전히 덮지 않을 것이고 완전한 일식도 일어나지 않을 것입니다.

 

달 궤도가 지구 궤도에 대해 약 5.145°(5°9인치) 기울어져 있기 때문에 보름달이나 새달마다 일식이 발생하는 것은 아닙니다. 일식이 일어나기 위해서는 달은 두 궤도면의 교차로 근처에 있어야 합니다. 달에 의한 태양의 일식과 지구에 의한 월식의 주기성과 재발은 약 18년의 기간을 가진 살로스에 의해 기술되어 있습니다.

달이 반도 폭인 하늘 원형 영역의 시야를 연속적으로 가리기 때문에 관련된 오컬트 현상은 밝은 별이나 행성이 달 뒤를 통과하여 오컬트화되었을 때 발생합니다. 이것은 시야에서 숨겨져 있습니다. 이처럼 일식은 태양의 오컬트입니다. 달은 비교적 지구에 가깝기 때문에 개별 별의 은닉은 지구상 어디에서도 동시에 볼 수 없습니다. 달 궤도 감속으로 인해 매년 다른 별이 은닉됩니다.

 

탐사와 인간 존재의 역사
달의 위상을 관측하기 위해 2~3만년 전의 돌봉을 사용하였고, 달의 위상 왁스와 쇠퇴를 이용하여 시간을 지켰다고 생각됩니다. 가장 먼저 발견됐을 가능성이 있는 달 묘사 중 하나는 아일랜드 노스에 있는 5000년 전 암각 오르토슈타트 47이다.

고대 그리스 철학자 아낙사고라스(기원전 428년)는 해와 달은 모두 거대한 구형의 바위이며 후자는 전자의 빛을 반사한다고 논했습니다. 기원전 5세기부터 기원전 4세기까지 바빌로니아 천문학자들은 월식의 18년간의 살로스 주기를 기록했고, 인도 천문학자들은 달의 월장을 기술했습니다.중국 천문학자 Shi Shen(기원전 4세기경)은 일식과 월식을 예측하기 위한 지시를 내렸습니다.

아리스토텔레스의 우주에 관한 기술(기원전 384년-기원전 322년)에서는 달은 변화 가능한 원소의 구체(지구, 물, 공기, 불)와 에테르의 불멸의 별과의 경계를 나타냈습니다.아르키메데스(기원전 287년-기원전 212년)는 달이나 태양계의 다른 물체의 움직임을 계산할 수 있는 플라네타리움을 설계했습니다. 기원전 2세기 셀레우키아의 셀레우코스는 조석은 달의 인력에 의한 것이며, 그 높이는 태양에 대한 달의 위치에 의존한다고 올바르게 이론화했습니다.같은 세기에 아리스타르코스는 지구로부터의 달의 크기와 거리를 계산하고, 그 거리에 대해 지구 반경의 약 20배의 값을 취득했습니다.

 

한조의 중국인들은 달을 기와 동등한 에너지라고 믿었는데, 그들의 '방사적 영향' 이론에서는 달빛이 단순히 태양을 반사한 것임이 인식되었고, 징팡(기원전 78-37년)은 달의 구상성에 주목하였다[214]:413-414 Pymothyme(서기90-168년)는 아리스타르코스의 수를 크게 향상시켰습니다. 지구 반경의 59배, 직경 0.292의 평균 거리를 계산해 각각 약 60과 0.273의 올바른 값에 가깝습니다. 서기 2세기, 루시앙은 소설 '진실 이야기'를 쓰고 영웅들은 달로 여행을 떠나 그 주민들과 만나는 것입니다. 서기 499년 인도 천문학자 알리야바타는 태양광이 달을 비추는 원인이라고 그의 알리야바티야에서 언급했습니다. 천문학자이자 물리학자인 알하젠(965년-1039년)은 태양광이 거울처럼 달에서 반사되지 않은 것을 발견했지만 달 표면의 모든 부분에서 모든 방향으로 빛이 방사되고 있습니다. 송나라의 Shen Kuo(1031-1095)는 달의 밀랍과 쇠락을 반사하는 은으로 된 둥근 공에 비유하는 우화를 만들고 흰가루를 묻혀 옆에서 보면 초승달로 보입니다.

망원경이 발명되기 전 중세에는 달이 구체로 인식되었지만, 많은 사람들은 '완전히 매끄러운' 형태를 가지고 있다고 믿었습니다.

 

망원경 탐사 (1609년-1959년)

갈릴레오의 획기적인 Sidereus Nuncius로부터의 달 스케치(1610년), 기타 발견 중 달 지형에 대한 최초의 설명을 출판합니다. 1609년. 갈릴레오 갈릴레이는 초기 망원경을 사용하여 그의 책 Sidereus Nuncius를 위해 달을 그렸습니다. 그리고 그것은 매끄럽지는 않지만 산이나 크레이터가 있다고 추측했습니다. Thomas Harriot은 작성하고 있었지만 몇 달 전에는 그런 도면을 공개하지 않았습니다.

17세기 후반, 조반니 바티스타 리시올리와 프란체스코 마리아 그리말디의 노력으로 현재 사용되고 있는 달의 특징을 명명하는 시스템이 생겨났습니다. 빌헬름 맥주와 요한 하인리히 메들러의 보다 정확한 1834-1836년의 마파 세레노그래피카와 그들과 관련된 1837년의 책 Der Mond는 1000개 이상의 산 높이를 포함하고 있어 지구지리학에서 가능한 정확한 달 연구를 소개했습니다. 갈릴레오가 처음 언급한 달의 크레이터는 1870년대까지 충돌에 의해 형성된다는 리처드 프록터의 제안까지 화산성으로 여겨졌습니다. 이 견해는 1892년 지질학자 Grove Karl Gilbert의 실험과 1920년대부터 1940년대까지의 비교 연구로부터 지지를 얻었고, 월층 서학의 발전으로 이어졌습니다. 이것은 1950년대까지 우주 지질학의 새로운 분기점이 되었습니다.