슈퍼문이 발생하는 까닭(2014, 수능B)*

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우리는 가끔 평소보다 큰 보름달인 ‘슈퍼문(supermoon)’을 보게 된다. 실제 달의 크기는 일정한데 이러한 현상이 발생하는 까닭은 무엇일까? 이 현상은 달의 공전 궤도가 타원 궤도라는 점과 관련이 있다.

타원은 두 개의 초점이 있고 두 초점으로부터의 거리를 합한 값이 일정한 점들의 집합이다. 두 초점이 가까울수록 원 모양에 가까워진다. 타원에서 두 초점을 지나는 긴지름을 가리켜 장축이라 하는데, 두 초점 사이의 거리를 장축의 길이로 나눈 값을 이심률이라 한다. 두 초점이 가까울수록 이심률은 작아진다.

달은 지구를 한 초점으로 하면서 이심률이 약 0.055인 타원 궤도를 돌고 있다. 이 궤도의 장축 상에서 지구로부터 가장 먼 지점을 ‘원지점’, 가장 가까운 지점을 ‘근지점’이라 한다. 지구 에서 보름달은 약 29.5일 주기로 세 천체가 ‘태양 - 지구 - 달’ 의 순서로 배열될 때 볼 수 있는데, 이때 보름달이 근지점이나 그 근처에 위치하면 슈퍼문이 관측된다. 슈퍼문은 보름달 중 크기가 가장 작게 보이는 것보다 14% 정도 크게 보인다. 이는 지구에서 본 달의 겉보기 지름이 달라졌기 때문이다. 지구에서 본 천체의 겉보기 지름을 각도로 나타낸 것을 각지름이라 하는데, 관측되는 천체까지의 거리가 가까워지면 각지름이 커진다. 예를 들어, 달과 태양의 경우 평균적인 각지름은 각각 0.5°정도이다.

지구의 공전 궤도에서도 이와 같은 현상이 나타난다. 지구 역시 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도로 공전하고 있으므로, 궤도 상의 지구의 위치에 따라 태양과의 거리가 다르다. 달과 마찬가지로 지구도 공전 궤도의 장축 상에서 태양으로부터 가장 먼 지점과 가장 가까운 지점을 갖는데, 이를 각각 원일점과 근일점이라 한다. 지구와 태양 사이의 이러한 거리 차이에 따라 일식 현상이 다르게 나타난다. 세 천체가 ‘태양 - 달 - 지구’의 순서로 늘어서고, 달이 태양을 가릴 수 있는 특정한 위치에 있을 때, 일식 현상이 일어난다. 이때 달이 근지점이나 그 근처에 위치하면 대부분의 경우 태양 면의 전체 면적이 달에 의해 완전히 가려지는 개기 일식이 관측된다. 하지만 일식이 일어나는 같은 조건에서 달이 원지점이나 그 근처에 위치하면 대부분의 경우 태양 면이 달에 의해 완전히 가려지지 않아 태양 면의 가장자리가 빛나는 고리처럼 보이는 금환 일식이 관측될 수 있다.

이러한 원일점, 근일점, 원지점, 근지점의 위치는 태양, 행성 등 다른 천체들의 인력에 의해 영향을 받아 미세하게 변한다. 현재 지구 공전 궤도의 이심률은 약 0.017인데, 일정한 주기로 이심률이 변한다. 천체의 다른 조건들을 고려하지 않을 때 지구 공전 궤도의 이심률만이 현재보다 더 작아지면 근일점은 현재보다 더 멀어지며 원일점은 현재보다 더 가까워지게 된다. 이는 달의 공전 궤도 상에 있는 근지점과 원지점도 마찬가지이다. 천체의 다른 조건들을 고려하지 않을 때 천체의 공전 궤도의 이심률만이 현재보다 커지면 반대의 현상이 일어난다.

25. 윗글을 통해 알 수 있는 내용으로 적절하지 않은 것은?

① 태양의 인력으로 달 공전 궤도의 이심률이 약간씩 변화될 수 있다.^[각주:1]

② 현재의 달 공전 궤도는 현재의 지구 공전 궤도보다 원 모양에 더 가깝다.^[각주:2]

③ 금환 일식이 일어날 때 지구에서 관측되는 태양의 각지름은 달의 각지름보다 크다.^[각주:3]

④ 지구에서 보이는 보름달의 크기는 달 공전 궤도 상의 근지점일 때보다 원지점일 때 더 작게 보인다.^[각주:4]

⑤ 지구 공전 궤도 상의 근일점에서 관측한 태양의 각지름은 원일점에서 관측한 태양의 각지름보다 더 크다.^[각주:5]

26. 윗글을 바탕으로 할 때, <보기>의 ㉠에 들어갈 말로 가장 적절한 것은? [3점]

<보기> 북반구의 A 지점에서는 약 12시간 25분 주기로 해수면이 높아졌다 낮아졌다 하는 현상이 관측된다. 이 현상에서 해수면이 가장 높은 때와 가장 낮은 때의 해수면의 높이 차이를 ‘조차’라고 한다. 이 조차에 영향을 미치는 한 요인이 지구와 달, 지구와 태양 사이의 ‘거리’인데, 그 거리가 가까울수록 조차가 커진다. 지구와 태양 사이의 거리가 조차에 미치는 영향만을 고려하면, 조차는 북반구의 겨울인 1월에 가장 크고 7월에 가장 작다.

천체의 다른 모든 조건들은 고정되어 있고, 다만 지구 공전 궤도의 이심률과 지구와 달, 지구와 태양 사이의 거리만이 조차에 영향을 준다고 가정하자. 이 경우에 ( ㉠ )

① 지구 공전 궤도의 이심률에 변화가 없다면, 1월에 슈퍼문이 관측되었을 때보다 7월에 슈퍼문이 관측되었을 때, A 지점에서의 조차가 더 크다.^[각주:6]

② 지구 공전 궤도의 이심률에 변화가 없다면, 보름달이 관측된 1월에 달이 근지점에 있을 때보다 원지점에 있을 때, A 지점에서의 조차가 더 크다.^[각주:7]

③ 지구 공전 궤도의 이심률에 변화가 없다면, 7월에 슈퍼문이 관측될 때보다 7월에 원지점에 위치한 보름달이 관측될 때, A 지점에서의 조차가 더 크다.^[각주:8]

④ 지구 공전 궤도의 이심률만이 더 커지면, 달이 근지점에 있을 때 A 지점에서 1월에 나타나는 조차가 이심률 변화 전의 1월의 조차보다 더 커진다.^[각주:9]

⑤ 지구 공전 궤도의 이심률만이 더 커지면, 달이 원지점에 있을 때 A 지점에서 7월에 나타나는 조차가 이심률 변화 전의 7월의 조차보다 더 커진다.^[각주:10]

1. 4문단에서 원일점, 근일점, 원지점, 근지점의 위치는 태양, 행성 등 다른 천체들의 인력에 의해 미세하게 변한다고 설명하고 있다. 따라서 태양의 인력으로 달 공전 궤도의 이심률이 약간씩 변화될 수 있음을 알 수 있다. [본문으로]
2. 2문단에서 천체의 공전 궤도에 존재하는 두 초점 사이의 거리가 가까울수록 궤도가 원 모양에 가까워지고, 두 초점 사이의 거리가 가까울수록 이심률은 작아진다고 설명하고 있다. 이를 달과 지구의 공전 궤도에 적용해 보면, 달의 이심률은 0.055로 지구의 이심률인 0.017보다 크다. 따라서 현재의 지구 공전 궤도가 현재의 달의 공전 궤도보다 원 모양에 가깝다는 것을 알 수 있다. 정답. [본문으로]
3. 3문단에서 금환 일식은 태양이 달에 비해 더 크게 보이기 때문에 태양 면이 달에 의해 완전하게 가려지지 않아 발생하는 것으로 설명하고 있다. 따라서 금환 일식이 일어날 때 지구에서 관측되는 태양의 각지름은 달의 각지름보다 크다는 것을 알 수 있다. [본문으로]
4. 2문단에서 슈퍼문은 보름달이 근지점이나 그 근처에 위치할 때 관측된다고 설명하고 있다. 따라서 보름달의 크기는 원지점일 때가 근지점일 때보다 더 작게 보인다고 할 수 있다. [본문으로]
5. 2문단에서 관측되는 천체까지의 거리가 가까워지면 각지름이 커진다고 설명하고 있다. 따라서 근일점에서 관측한 태양의 각지름은 원일점에서 관측한 태양의 각지름보다 더 크다는 것을 알 수 있다. [본문으로]
6. 조차는 지구와 달, 지구와 태양 사이의 거리가 가까울수록 커지게 된다. <보기>에서 A지점에서의 조차가 1월에 가장 크고 7월에 가장 작으므로 7월보다는 1월에 달과 지구의 거리가 더 가깝고 이에 따라 7월보다 1월에 조차가 커진다는 것을 알 수 있다. [본문으로]
7. 근지점에 있을 때는 원지점에 있을 때보다 지구와 달의 거리가 더 가까워지게 된다. 따라서 1월에 A지점에서는 달이 원지점에 있을 때보다 근지점에 있을 때 조차가 더 커지게 된다. [본문으로]
8. 슈퍼문이 관측된 것은 달이 근지점이나 그 근처에 위치해 있기 때문이다. 따라서 슈퍼문이 관측될 때는 원지점에 위치한 보름달이 관측될 때보다 지구와 달의 거리가 더 가깝고 그에 따라 A지점에서의 조차도 더 커지게 된다. [본문으로]
9. 5문단에서 지구 공전 궤도의 이심률만이 현재보다 더 작아지면 근일점은 현재보다 더 멀어지며 원일점은 현재보다 더 가까워지고, 이와 반대로 이심률만이 현재보다 커지면 근일점은 현재보다 더 가까워지고 원일점은 현재보다 더 멀어진다고 설명하고 있다. <보기>에서 조차는 지구와 달, 지구와 태양 사이의 거리가 가까울수록 커진다고 설명하면서 이심률에 따른 조차의 변화를 추론하는 과정에서 천체의 다른 모든 조건들은 고정되어 있고, 다만 지구의 공전 궤도의 이심률과 지구와 달, 지구와 태양 사이의 거리만이 조차에 영향을 준다고 가정하고 있다. 따라서 지구 공전 궤도의 이심률만이 더 커지면, 이심률 변화 전보다 1월의 근일점은 더 가까워지고 7월의 원일점은 더 멀어지게 된다. 이때 천체의 다른 모든 조건들은 고정되어 있기 때문에 달과 지구의 근지점에는 변화가 없고 지구가 태양에 더 가까워짐으로써 A지점에서 1월에 나타나는 조차가 이심률 변화 전의 1월의 조차보다 더 커지게 된다. 정답. [본문으로]
10. 지구 공전 궤도의 이심률만이 더 커지면, 지구가 더 타원 궤도로 공전하면서 원일점이 현재보다 더 멀어지게 된다. 이때 천체의 다른 모든 조건들은 고정되어 있기 때문에 달과 지구의 원지점에는 변화가 없고 지구가 태양에서 더 멀어짐으로써 A지점에서 7월에 나타나는 조차가 이심률 변화 전의 7월의 조차보다 더 작아지게 된다. [본문으로]