달의 중력, 매스콘 : 달의 중력은 모든 곳에서 일정하지 않다?

달의 중력장은 달 궤도의 우주선에서 발신한 전파를 추적하는 과정에서 규명됐다. 

달 표면에서의 중력 가속도는 1.63 ㎨으로 지구 표면 중력가속도의 16.7%이다. 

따라서 달에서 어떤 물체의 무게를 잰다면 지구의 16.7%만 나간다. 

달의 중력장에서의 가장 두드러지는 특징은 매스콘의 존재이다. 

매스콘은 달의 중력이 특이하게 강한 지역을 말한다. 

1967년 8월 발사된 미국의 무인 탐사선 루너오비터 5호의 달궤도가 불규칙하게 변하는 데서 발견되었다. 

10여 곳이 알려졌는데, 지하에는 밀도가 매우 높은 물질이 존재하는 것으로 생각된다. 

달 궤도의 인공위성이 그 위를 지나면 매스콘의 영행으로 고도가 떨어지며 속도가 약간 증가한다. 

아폴로 8호와 10호는 달궤도를 한 바퀴 돌 때마다 궤도가 4km 정도 벗어났다. 

중력이 가장 큰 장소가 달 뒷면에 있는 바다이기 때문에 크레이터와 바다의 성인이 운석에 의한다는 운석설을 뒷받침하는 것으로 보았으나, 그 후 매스콘과 바다는 관계가 없다는 것이 밝혀졌다. 또한 매리너 9호의 화성궤도 분석에서는 화성에도 매스콘이 있다는 사실이 알려졌다. 

매스콘의 존재는 달 주위의 우주선에 지대한 영향을 끼치며, 유인 혹은 무인탐사계획을 세울 때도 고려 대상이 된다.

보통의 자연적인 위성이라면 중력은 모든 곳에서 일정하다는 것이 일반적인 학설이다.

사실 정확히 좁은 지역별로 세밀하게 따지자면 중력은 수직에서 지표의 무게에 따라 중력이 다르다. 

자세히 설명하자면, 지구의 중력은 지구를 구성하는(사람,생물 제외) 모든 것들의 무게가 고려되어야 한다.

예를 들어 지표 아래에 철같이 무거운 물질이 있거나, 고도가 높은 지역 등에서는 중력이 강해지거나 약해진다. 

그래도 이러한 특수적인 지역적 특징을 배제한다면 지구의 중력은 어느 곳에서나 일정하다고 보는게 맞다. 

그런데 달은 현재까지 달의 중력은 장소에 따라 일정하지 않으며 달에는 3군데나 되는 이상 중력의 중심점이 있는 것으로 관측되고 있다.

그래서 이를 몰랐던 달에 탐사선을 보냈던 초기에는 예상했던 것과 달리 탐사선이 목적지와 한참 먼 곳에 엉뚱하게 착륙하는 사태가 벌어지기도 했다. 

이는 당연히 달이 자연의 위성이기 때문에 모든 지점에서의 중력이 똑같을 것이라는 전제로 착륙 지점을 계산했기 때문에 발생한 일이었다. 

그리고 아폴로 8호에 탑승한 승무원들의 증언에 따르면 승무원들은 우주선이 달의 바다 지역을 지날 때 갑자기 우주선이 달 쪽으로 하강했다고 한다.

또한 1968년 달 주위를 도는 우주선 ‘루나 오비터’도 달의 특정 지역을 지날 때 궤도가 달의 지표면 쪽으로 꺾이는 현상이 있었다.

이 역시 자연 위성으로는 설명될 수 없는 현상이다.

최근 2016년 2월 『지구물리학 연구지(Geophysical Research Letters)』에 따르면, 달의 중력이 지구 강수량에 영향을 끼친다고 한다.

밤에 달무리가 생기면 다음 날 비가 내린다는 속담처럼 달과 강수량이 밀접한 관계에 있다는 사실이 과학적으로 입증됐다.

미국 워싱턴대학 연구진은 열대지방에서 보름달이 높이 뜨면 기압이 변화하면서 강수량이 적어진다고 주장했다.

연구진이 1998~2012년 미국항공우주국(NASA) 및 일본우주항공연구개발기구(Japan Aerospace Exploration Agency)의 강수량측정 위성을 이용해 수집한 데이터를 분석한 결과, 달이 높게 뜰 때와 낮게 뜰 때, 강수량과 기압에 변화가 발생한다는 사실을 알아냈다.

이러한 변화는 달이 잡아당기는 중력의 힘 때문으로, 달이 높게 뜰 때에 달의 중력이 강하게 작용하면서 지구의 대기에 영향을 미친다.

달의 중력에 이끌린 지구 대기의 기압은 높아지며, 높아진 기압 탓에 기온이 상승하게 된다.

대기 기온 상승으로 따뜻해진 공기에는 수분을 머금을 수 있는 공간이 넓어진다. 

특히 기온이 낮아도 구름에 얼음알갱이가 생성되지 않는 열대지방에서는 물방울들이 대기와 구름 사이에서 돌아다니다가 서로 부딪히고 뭉쳐져서 무거워지면 비가 되어 떨어지는데, 대기가 머금을 수 있는 수분(물방울)의 양이 증가하면서 강수량이 미세하게 낮아진다는 것이 연구진의 설명이다.

달의 위치에 따라 기압과 기온이 변화한다는 사실은 기존 연구를 통해 알려진 사실이지만, 달의 중력 역시 기압과 기온에 영향을 미쳐 강수량의 변화를 가져온다는 사실이 새롭게 밝혀졌다. 다만 달의 위치에 따라 변화하는 강수량은 1% 정도로 미미해 인간이 감지하기에는 무리가 있을 수 있다.