달이 지구를 향해 충돌한다면? 영화 ‘문폴’의 상상력 : 과학향기 Story : KISTI의 과학향기

인류가 멸망할 위험에 처했다. 이번엔 ‘달’ 때문이다. 미지의 힘에 의해 궤도를 벗어난 달이 지구로 떨어지기 시작한다. 곳곳에서 거대한 해일과 지진, 쓰나미가 일어나 혼돈에 휩싸인다. 지구와 달이 충돌할 때까지 남은 시간은 30여 일. 이를 막기 위한 주인공들의 사투가 시작된다.

오는 3월 16일에 개봉하는 영화 ‘문폴(Moonfall)’의 줄거리다. <2012>, <투모로우>로 유명한 롤랜드 에머리히 감독의 새로운 인류멸망 재난영화다. 지구의 밤을 밝게 비추던 달이 인류를 위협하는 존재가 된다니, 실제로 가능한 일일까?

그림 1. 영화 ‘문폴’은 달이 궤도를 이탈해 지구로 떨어지면서 일어나는 재난블록버스터 영화다. (출처: 누리픽쳐스)

달이 궤도를 이탈할 수 있을까?

우선 달이 궤도를 이탈하기 위해서는 외부로부터 강한 충격이 있어야 한다. 인위적인 힘이 아니라, 자연적으로 이런 충돌이 만들어지려면 가장 가능성이 있는 것은 ‘근지구천체(NEO)’다. 근지구천체는 지구 궤도 가까이에서 공전하고 있는 소행성 또는 혜성을 말한다.

미국항공우주국(NASA) 제트추진연구소 산하의 ‘NEO연구센터(CNEOS)’는 근지구천체가 지구에 위협이 되는지 실시간으로 감시한다. 그 수만 해도 약 2만 8천여 개나 된다. 전문가들은 근지구천체가 지구에 충돌할 가능성을 분석할 때, 그 주변에 있는 달과의 충돌 가능성도 확인한다. 하지만 근지구천체가 달과 충돌할 확률은 매우 낮다. 지구의 중력이 달의 중력보다 훨씬 커서, 근처로 날아오면 지구 쪽으로 이끌려갈 확률이 더 높기 때문이다.

그림 2. NASA의 NEO연구센터가 발견한 지구 근처 소행성들의 모습. (출처: NASA/JPL-Caltech)

달과 충돌할 근지구전체의 크기도 중요하다. NASA에 따르면, 근지구천체가 지구를 위협하려면 지름이 최소 140m 이상이어야 한다. 즉, 천체의 크기가 달 크기만 해야 한다는 것이다. 그러나 현재 태양계에서 발견된 소행성 중 달만큼 큰 것은 없다. 알려진 것들 중 가장 큰 소행성은 질량이 달보다 약 70배 정도 작다. 그래서 근지구천체가 날아와 달과 충돌해 달의 궤도를 바꿀 가능성은 매우 희박하다고 볼 수 있다.

그럼에도 달이 어떤 충격을 받았다고 상상해 보자. 영화에서는 근지구천체가 아닌 미스터리한 존재의 힘에 의해 달이 궤도에서 벗어나게 된다. 이후 달은 지구를 향해 온다. 이때 지구에는 어떤 변화가 나타나게 될까? 가장 먼저 떠올릴 수 있는 재난은 바다에서 일어난다. 집채만 한 파도가 만들어지며 해일, 또는 쓰나미가 일어나는 것이다.

평소 바다는 같은 곳에서 보더라도 보는 시각에 따라 시시각각 그 모습이 달라진다. 예를 들어 아침에는 파도가 아주 가까이서 쳤는데, 오후가 되니 백사장이 넓게 드러나며 파도가 저 멀리에서 치고 있는 것처럼 말이다. 그 이유는 바로 하루에 두 번 일어나는 밀물과 썰물 때문이다. 밀물은 해수면이 높아져 바닷물이 육지 쪽으로 가까워지고, 썰물은 해수면이 낮아져 바닷물이 바다 쪽으로 더 멀리 빠지는 현상을 말한다.

이처럼 밀물과 썰물이 나타나는 원인은 달의 인력이다. 달은 주변의 물체를 끌어당기는 힘인 인력을 갖고 있다. 달과 가까운 부분의 바닷물은 달 쪽으로 당겨지고, 이로 인해 해수면의 높이가 올라가게 된다. 반대로 달이 멀어지면 바닷물이 다시 아래로 내려간다. 이때 밀물과 썰물의 해수면 높이차를 조수간만의 차라고 한다.

그림 3. 지구의 밀물과 썰물은 달과의 인력 때문에 발생한다. 만약 달이 지구를 향해 날아온다면 바닷물이 달의 인력에 더 큰 영향을 받기 때문에 쓰나미 같은 재난이 일어날 수 있다. (출처: Shutterstock)

그런데 달이 지구를 향해 날아온다면 조수간만의 차이가 더 커진다. 달이 지구 쪽으로 가까워질수록 바닷물이 달의 인력에 크게 영향을 받기 때문이다. 그럼 바닷물은 달 쪽으로 더 많이 모여 해수면이 높아지고, 집채만 한 크기로 커진 파도는 해일이 되어 해안을 강타할 것이다. 또 큰 파도가 만들어낸 엄청난 힘은 지구를 자극해 지진이나 쓰나미 같은 재난을 일어나게 한다. 재난영화에서 흔히 볼 수 있는 혼란스러운 장면이다.

실제로 달이 궤도를 벗어나도 지구와 직접 충돌할 확률은 낮다

그렇다면 우리가 상상할 수 있는 혼돈의 끝판왕은 결국 달과의 충돌로 인한 인류멸망일까? 다행히 그런 걱정은 하지 않아도 된다. 달이 궤도를 벗어나 지구를 향해 날아오더라도, 지구와 직접 충돌할 확률은 낮다. 바로 ‘로슈한계’ 때문이다.

로슈한계는 위성(달)이 모행성(지구)의 기조력에 부서지지 않고 접근할 수 있는 한계 거리를 말한다. 다시 말해 달이 일정 거리 이상 가까워지면 부서지게 된다는 것이다. 달이 인력으로 바닷물을 끌어당기듯, 지구 또한 인력을 갖고 있다. 달이 지구에 가까워질수록 달 또한 지구 인력에 영향을 받게 된다. 자신보다 큰 체급이 큰 힘으로 내 볼을 잡아당긴다고 생각해 보라. 잡아당기는 쪽의 볼은 사정없이 늘어난다. 마찬가지로 지구 방향 쪽의 달은 점점 부풀어 오르고, 결국 산산조각 나 터져버린다. 이렇게 달이 더이상 공의 형태를 유지하지 못하고 부서지게 되는 기점을 로슈한계라고 부른다. 부서진 일부는 우주로 날아가고, 다른 일부는 토성의 고리처럼 지구 주변을 돌게 될 것이며, 나머지는 지구를 향해 돌진할 것이다. 그럼 소행성처럼 파편 일부가 부딪히는 형태로 지구에 떨어지게 될 것이다.

그림 4. 슈메이커-레비 9 혜성은 1992년 목성의 기조력에 의해 작은 천체들로 부서졌다. (출처: NASA, ESA, and H. Weaver and E. Smith (STScI))

그런데 지금까지의 상상과 달리 실제 달은 지구에서 점점 멀어지고 있다. 달의 인력으로 인해 밀물과 썰물이 만들어지면서 동시에 해저 바닥에서 생기는 마찰력이 지구 자전 에너지에 영향을 주기 때문이다. 이로 인해 아주 미세하지만 지구의 자전 속도가 점점 느려지고, 그 결과 달 궤도가 점점 멀어진다.

이 사실은 여러 달 탐사선이 달에 닿아 설치한 레이저 반사 장치들을 활용해 확인할 수 있었다. 지구에서 이 장치에 레이저를 쏘면, 반사되어 되돌아온다. 이 시간을 계산해 거리를 측정했는데, 그 시간이 조금씩 늘고 있다는 사실을 알게 된 것이다. 현재까지 계산으로는 지구와 달 사이의 거리가 1년에 약 3.8cm씩 멀어지고 있다고 한다. 달이 처음 만들어졌을 때는 2만 2000km 정도였는데, 현재는 40만km라고 하니, 점점 멀어지는 사이임에는 분명하다. 그렇다면 우리는 점점 멀어져가는 달로 인해 생길 상황을 더 걱정해야 하는 것은 아닐까.

글: 이윤선 과학칼럼니스트/ 일러스트: 이명헌 작가

뱀장어

평점 별 2점

수정 삭제

김진수님 말씀대로 수정좀 부탁 드립니다. 너무 성의가 없는 글이네요;; 퇴고 한 번이라도 부탁드립니다.

2022-03-23

답글 0

윤승환

평점 별 5점

감사드립니다. 좋은 정보 감사합니다. 오늘도 새로운 사실을 알게 되어 기쁩니다.

2022-03-15

김진수

여러가지로 설명에 문제가 많군요.
설명이 틀렸다는 게 아니라 중간에 빼먹은 게 많아서 논리가 비약한다는 것입니다.
일단 지름 140m가 달의 크기만 하다는 건 잘못된 것이고요.
조수간만의 차이가 달의 인력에 의해서만 생기나요?
지구 자전속도가 느려지면 달 궤도가 왜 멀어지나요?
달이 처음 생겼을 때의 거리가 2만2천 km였다면 로슈한계 이내였다는 것인데 왜 멀쩡했을까요?

2022-03-14

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