달이 바다를 하루 두 번 부풀리는 원리, 밀물과 썰물

밀물과 썰물은 달의 중력이 지구의 위치마다 조금씩 다르게 작용해서 생긴다. 달과 가까운 쪽 바닷물은 지구 중심보다 더 세게 끌리고, 먼 쪽 바닷물은 지구 중심보다 덜 끌린다. 그 결과 바다는 달 쪽과 그 반대쪽 두 곳이 함께 부푼다. 지구가 하루에 한 바퀴 도는 동안 한 장소는 부푼 곳을 두 번 지나가므로, 대부분의 바다에서는 하루에 밀물과 썰물이 두 번씩 찾아온다.

끌림의 크기가 아니라 차이

달이 바닷물을 끌어당기니 달 쪽 바다가 부푸는 것은 쉽게 이해된다. 이상한 것은 달 반대쪽 바다도 부푼다는 점이다. 열쇠는 중력이 거리에 따라 약해진다는 데 있다. 지구는 지름이 1만 2천 킬로미터가 넘는 큰 물체여서, 달에 가까운 면과 먼 면은 달까지의 거리가 다르다. 가까운 면은 지구 중심보다 세게, 먼 면은 지구 중심보다 약하게 끌린다.

지구 전체는 중심에 작용하는 평균적인 끌림을 따라 움직인다. 지구 중심을 기준으로 보면 가까운 쪽 바닷물은 달 쪽으로 조금 더 당겨지고, 먼 쪽 바닷물은 지구에 비해 뒤처져 남는다. 두 곳 모두 지구 중심에서 멀어지는 방향으로 늘어나는 셈이다. 이렇게 위치에 따른 중력의 차이가 물체를 잡아 늘이는 힘을 기조력이라고 한다.

하루 두 번, 그리고 매일 조금씩 늦게

지구가 자전하면 한 장소는 달 쪽의 부푼 바다와 반대쪽의 부푼 바다를 차례로 지난다. 그래서 만조와 간조가 대략 하루에 두 번씩 온다. 그런데 그동안 달도 지구 둘레를 같은 방향으로 돌고 있어, 지구는 하루보다 조금 더 돌아야 다시 달을 마주 본다. 그 때문에 만조 시각은 매일 50분쯤씩 늦어지고, 만조와 다음 만조 사이는 12시간 25분 안팎이 된다.

사리와 조금

태양도 같은 방식으로 바다를 잡아 늘인다. 태양은 달보다 훨씬 무겁지만 훨씬 멀리 있어서, 태양의 기조력은 달의 절반에 조금 못 미친다. 보름달이나 그믐달 무렵에는 태양과 달과 지구가 한 줄로 늘어서 두 힘이 같은 방향으로 더해진다. 이때 밀물은 가장 높고 썰물은 가장 낮아지는데, 이를 사리라고 한다. 반달 무렵에는 태양과 달이 직각을 이루어 서로의 효과를 깎아 내므로 바닷물의 높낮이 차이가 가장 작은 조금이 된다.

시기	태양·달·지구의 배치	조차
보름·그믐 무렵	한 줄로 늘어섬	가장 큼, 사리
반달 무렵	직각을 이룸	가장 작음, 조금

왜 서해는 조차가 클까

바다 한가운데서 밀물과 썰물로 생기는 높이 차는 1미터 남짓이다. 그런데 해안의 모양에 따라 이 차이가 크게 달라진다. 우리나라 서해안처럼 바다가 얕고 넓으며 만이 깊게 들어간 곳에서는 밀려드는 물이 좁은 곳으로 몰리면서 높이가 크게 불어난다. 인천 앞바다에서는 사리 때 만조와 간조의 차이가 8미터를 넘기도 한다. 반면 동해안은 바다가 깊고 해안선이 단조로워 조차가 수십 센티미터 정도로 작다.

밀물이 지구를 늦춘다

밀물과 썰물은 바닷물이 해저와 해안에 부딪히며 마찰을 일으키는 과정이기도 하다. 이 마찰은 지구 자전의 에너지를 조금씩 빼앗아, 하루의 길이를 아주 천천히 늘린다. 같은 작용의 반작용으로 달은 지구에서 조금씩 멀어진다. 아폴로 우주인들이 달에 놓고 온 반사경에 레이저를 쏘아 거리를 재면, 달은 해마다 3센티미터 남짓씩 멀어지고 있다. 아주 오래전에는 하루가 지금보다 짧고 달이 더 가까웠다는 뜻이다.

남은 질문

조석의 원리 자체는 뉴턴 이후 잘 알려져 있지만, 실제 해안의 밀물 시각과 높이를 정확히 예측하려면 바다 밑 지형과 해안선의 모양을 모두 반영한 계산이 필요하다. 지구 온난화로 해수면이 오르면 조석의 양상도 바뀔 수 있다. 바다가 깊어지면 조석이 바다를 오가는 방식이 달라져, 어떤 해안에서는 조차가 커지고 어떤 해안에서는 작아질 수 있다는 예측이 나와 있다. 해수면 상승과 사리가 겹칠 때 해안 저지대가 얼마나 자주 잠길지는 지금 많은 연구자가 계산하고 있는 문제다.