일식의 발생 원인 및 방법과 유한성 정리

일식의 정의는 한 천체가 다른 천체에 의해 전체 또는 부분적으로 가려지는 것을 말합니다. 이러한 일식은 달이 태양을 침식했을 때의 모습과 자주 발견할 수 없는 기이한 현상으로 많은 관찰자들의 흥미를 이끕니다. 이러한 일식과 관련된 정보를 소개하도록 하겠습니다.

개기일식은 역사적으로 말하자면 매우 드문 사건입니다. 우리 태양계에는 6개의 주요 행성 주위를 돌고 있는 200개 이상의 확인된 위성이 존재합니다. 단, 수성과 금성에는 위성이 없습니다. 그중에는 태양을 약간 덮고 태양의 코로나를 밝히기에 딱 좋은 크기와 행성과의 거리에 있는 위성이 있는데 이것이 바로 우리가 하늘에서 관찰할 수 있는 달입니다. 개기일식은 지구에서 평균적으로 약 400년에 한 번밖에 달의 그림자에 의해 완전히 어두워지지 않기 때문에 그런 의미에서 완벽히 가려지는 것은 정말 흔치 않은 일입니다.

우주에서 발생하는 우연의 일치

 

태양의 지름은 달의 지름의 약 400배로 매우 큽니다. 태양도 평균적으로 달보다 약 400배 정도 지구와 떨어져 있습니다. 그러한 결과로 두 행성은 하늘에서 거의 같은 각으로 보입니다. 이러한 놀라운 우연의 일치로 우리에게 완전히 가려지는 일식을 볼 수 있게 해 줍니다. 만약 달이 조금 작거나 지구에서 조금 떨어진 궤도에 있었다면 태양의 원반을 완전히 덮지 못하였을 겁니다. 반대로 달이 조금 더 크거나 지구에 조금 더 가까운 궤도를 돌고 있다면 태양의 코로나 영역 중 많은 부분을 차단하여 일식이 그렇게 멋진 현상처럼 보이지 않았을 겁니다.
물론 달은 매 달마다 완전히 태양을 일식으로 가리는 것이 아닙니다. 만약 그렇다면 전체적으로 덮는 일식이 드물고 흔한 일이 되었을 겁니다. 달의 원반이 태양을 침식한다고 해서 태양 원반을 완전히 덮는 것은 아닙니다. 사실 모든 변수를 생각하고 고려한다면 완벽한 일식을 볼 수 있다는 것은 매우 놀라운 우연의 일치입니다.

 

태양, 지구, 달이 춤을 추어 만드는 장관

달은 지구 주위를 항상 돌고 있습니다. 또한, 달과 지구는 둘 다 태양 주위를 돕니다. 우주에서는 매 달 전체를 볼 수 있지만 그렇지 않은 이유는 바로 다음과 같습니다.

 

해와 달의 크기

해와 달이 도는 각도는 년과 달마다 다릅니다. 달의 변화는 더욱더 현저합니다. 지구의 궤도가 완전한 원이 아니라 타원이기 때문에 태양의 겉에서 보는 크기는 1년 동안 계속 변화합니다. 지구는 1월 초에 태양에 가장 가까이 다가가며 7월 초에 가장 멀리 떨어져 있습니다. 따라서 태양은 7월보다 1월에 약 3% 이상 더 커 보인다. 즉, 달이 태양을 완전히 가리는 개기일식을 만드는 것은 어렵다는 것을 의미합니다. 더욱더 개기일식이 어려운 이유는 지구 주위를 도는 타원궤도에 따른 달의 겉으로 보이는 직경의 변화입니다. 달이 지구에 가장 가까울 때 달의 직경은 가장 멀리 있을 때보다 약 11% 더 커집니다. 가까이 있으면 달은 쉽게 태양 원반 전체를 덮고 개기 일식을 만들 수 있습니다. 하지만 멀리 있을 때에는 달이 너무 작아서 태양을 완전히 덮을 수 없습니다. 반월식에서는 태양의 고리가 달의 실루엣을 둘러싸고 고리 모양의 햇빛이 금환식을 일으킵니다.

개기식과 금환식

해와 달의 겉보기 직경의 변화에 따라 달이 태양을 완전히 가리는 개기식과 그렇지 않은 금환식이 결정됩니다. 태양과 달의 겉보기 크기의 변동은 월식을 방해하는 것은 아닙니다. 달의 궤도 기울기는 태양 주위의 지구 궤도 평면에 대해 약 5도 정도 기울어져 있으며 지구에서 볼 때 태양의 겉보기 경로와 같습니다. 이 경로를 황도라고 부릅니다.
그러나 달과 태양이 같아지는 때(new moon)에는 173.3일(약 6개월)마다 달의 기울어진 궤도가 황도와 교차하는 2개의 길 중 하나를 통과합니다. 마침내 여기서 일식은 가능하지만 달은 완전한 개기일식이나 근환식이 아닌 상태로 이 길을 통과할 수 있습니다. 이것은 달이 지나갈 때 태양이 그 절점에 얼마나 가까워지고 있는지에 따라 달려 있습니다.

일식은 일 년에 2번만 발생하는가?

 

정답은 아니요입니다. 태양은 한 달 이상 각각의 노드 근처에 있기 때문입니다. 이는 달이 이 기간(식의 계절) 동안 절점을 가로질러 일식을 일으킬 경우 한 달 후에 다시 그러한 방법으로 두 번째 일식을 만들 수 있다는 뜻입니다. 따라서 부분 일식이지만 서로 한 달 안에 2개의 일식을 갖는 것이 가능합니다. 만약 이러한 현상이 반년 후에 또 다른 노드에서 발생한다면 1년 동안 4번의 일식(모두 부분 일식)이 발생할 수 있습니다. 이 일은 자주 발생하는 일은 아닙니다.
그리고 절점은 천천히 서쪽으로 이동하기 때문에 일식이 일어나는 달은 해가 지남에 따라 천천히 변화합니다. 마지막으로 18년 11일 8시간이 지나면 일식 사이클 전체가 반복됩니다. 이것의 이름은 사로스 주기(Saros cycle)로 알려져 있습니다. 두 개의 일식이 하나의 사로스 주기로 분리되면 태양, 지구, 달은 거의 같은 상대적인 기하학으로 돌아가 거의 동일한 일식이 발생하게 됩니다. 이러한 세 가지 주기 이후에 거의 동일한 일식이 54년 전에 일어났던 일식과 유사하게 일어납니다.

영원히 지속되는 것은 없습니다.

 

우리에게 개기일식을 보여주는 이러한 우주의 우연적인 일치는 영원히 계속되는 것이 아닙니다. 달은 1년에 약 1.5인치(3.8cm)의 속도로 지구에서 천천히 멀어지고 있습니다. 멀어짐에 따라 달의 겉보기 직경은 점점 축소하고 있습니다. 결국 달은 태양을 완전히 덮을 정도로 커지지는 않으며 지구 표면에서 완전한 일식이 보이지 않게 됩니다. 그리고 이러한 슬픈 전망은 계산이 정확하지는 않지만 달이 지구와 멀어지는 속도가 일정할지에 따르거나 태양의 지름이 장기간 안정적으로 유지될지 등 많은 미지수들이 많아 정확한 예측이 어렵습니다. 그래도 지금부터 약 10억 년 후에는 지구 표면은 결국 태양의 마지막 개기일식을 경험하게 될 것입니다. 비록 달에 의해 가려지는 태양 표면의 비율은 서서히 감소하여 개기 일식은 아니지만 고리 일식은 계속 발생할 것입니다.

이러한 태양과 지구와 달이 만드는 개기일식, 개기월식은 우주에서 가장 희귀하고 웅장한 현상 중 하나입니다. 이러한 멋있는 광경을 볼 수 있을 때에는 시간을 내서라도 보시길 바라며 이러한 장관을 즐기시길 바라겠습니다.