칭동

1. 개요[편집]

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칭동(Libration, 稱動)은 궤도를 도는 천체를 볼 때 나타나는 상대적인 운동을 뜻한다. 대개 행성의 위성이나 행성의 궤도를 공유하는 트로이 소행성군에 대하여 다루어지는데, 여기서는 달의 칭동에 관하여 서술한다.

달은 지구 주위를 돌면서 기조력의 영향으로 조석 고정이 일어나 자전주기와 공전주기가 일치한다. 그래서 달의 한쪽 면만을 볼 수 있다. 하지만 엄밀히 말해서 늘 달의 50%만을 볼 수 있는 것은(=뒷면을 절대 볼 수 없는 것은) 아니다. 지구에서 달을 꾸준히 관측하면 달의 무늬가 상하좌우(동서남북)로 흔들리는 현상을 볼 수 있다.


출처 Wikipedia

칭동 현상으로 지구에서는 달 표면의 59% 정도를 볼 수 있는데 이 중 41%p는 항상 보이고 18%p는 보였다가 감춰졌다가를 반복한다. 나머지 41%는 아예 볼 수 없다.

2. 광학 칭동[편집]

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관측자와 천체 상의 위치관계 변화로 인하여 나타나는 흔들림을 일컫는다.

2.1. 경도 칭동[편집]

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달은 타원 궤도를 돌기 때문에 공전 속도와 공전 각속도가 한 달을 주기로 계속 변한다. 한편 달의 자전 각속도는 일정하다. 만일 달이 이상적인 원 궤도를 돌고 있다면 공전 각속도와 자전 각속도가 언제나 일치하여, 항상 같은 면만을 볼 수 있다. 하지만 타원 궤도로 돌면 공전 각속도와 자전 각속도는 불일치한다.

공전 각속도가 느릴 때, 다시 말해 원지점 근처에서는 자전 각속도가 상대적으로 빠르므로 달의 자전 방향으로 돌아가는 것처럼 보인다. 즉 지구에서 볼 때 달의 무늬는 점차 오른쪽(천구의 서쪽, 달의 동쪽)으로 이동한다. 반대로 공전 각속도가 빨라지는 근지점 근처에서는 달의 자전과 반대로 비틀리는 것을 볼 수 있다. 이 경우 지구에서 볼 때 달의 무늬는 왼쪽(천구의 동쪽, 달의 서쪽)으로 움직인다.[1] (개요의 그림 참조.)

경도 칭동의 진폭은 대략 6.3도 정도 된다.

2.2. 위도 칭동[편집]

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위도 칭동은 남북 방향으로 흔들리는 현상이다. 지구에서 볼 때에는 달의 무늬가 상하로 흔들린다. 이는 달의 공전궤도와 자전축 사이의 어긋남 때문에 발생하는 현상이다.

달의 공전궤도는 지구의 공전궤도면과 5.1도 정도 기울어져 있다. 그리고 달의 공전궤도와 달의 자전축 사이의 각도는 6.7도로 일정하다. 그런데 이 때 달의 자전축이 세차운동을 하는데, 이 세차운동 주기가 달의 공전궤도가 세차운동하는 주기와 일치한다.
한편 아래 그림과 같이, (1)번 표시된 상황에서 자전축과 공전궤도가 빨간색으로 표시된다. 지구 공전궤도와 달의 자전축이 이루는 각은 두 각의 차이인 1.6도이다. 세차운동의 0.5주기가 경과하면 (2)번 상황으로 옮겨진다. 이 때 달의 공전궤도와 자전축이 똑같이 180도 돌아간다. 때문에 지구 공전궤도 기준으로 달의 자전축은 여전히 1.6도가 된다.[2]


이렇게 나타나는 위도칭동의 크기는 대략 6.7도 정도 된다. 달의 공전궤도와 달의 자전축 사이 각도와 같다. 지구의 관측자가 달을 볼 때 달의 공전궤도와 평행한 방향으로 바라보기 때문이다.

2.3. 일주 칭동[편집]

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지구 상의 관측자는 지구 표면에 있다. 같은 장소라 하더라도 위치를 옮겨 다니기 때문에 월출과 월몰 때의 달의 무늬가 아주 미묘하게 달라진다. 관측자의 위치 변화는 저위도[3]로 갈 수록 커지므로 적도에서 최대가 되고, 극점에서는 나타나지 않는다. 일주 칭동의 진폭은 최대 1도 정도이다. 이는 달에서 본 지구의 겉보기 반지름과 같다.

일주 칭동은 아니지만, 같은 날, 같은 시각에서 서로 다른 장소에서 동시에 달을 찍으면 역시 달의 무늬가 살짝 다르게 나온다. 북극점과 남극점에서 본 달의 무늬가 다를 수 있다.

3. 물리 칭동[편집]

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물리 칭동은 천체 자체의 흔들림을 말하며, 광학 칭동과는 달리 관측자의 위치관계와 상관이 없는 요소이다.
달은 사실 외형으로 보나 질량 분포로 보나 이상적인 구 모양이 아닌 타원체 형태이다. 천체가 타원체라면 자전축과 각운동량 벡터의 방향이 살짝 어긋나고, 자전축은 이 각운동량 벡터 주위로 흔들린다. 강체의 극운동의 일종이다. 이 물리 칭동은 극히 작다.