달의 위상 변화와 식 현상(일식, 월식)

달의 위상 변화는 태양, 지구, 달이라는 세 천체의 상대적인 위치 관계에 의해 결정된다. 이 세 천체는 공간에서 끊임없이 움직이며, 그 결과 지구에서 바라본 달의 모양이 주기적으로 변하는 것이다.

달은 지구를 중심으로 약 27.3일을 주기로 공전한다[1]. 그러나 지구 역시 태양 주위를 공전하기 때문에, 태양을 기준으로 한 달의 위상 변화 주기인 삭망월은 약 29.5일이 된다. 위상 변화의 핵심은 태양빛이 달을 비추는 각도와, 그 빛을 받은 달의 반구를 지구에서 얼마나 볼 수 있느냐에 있다. 태양은 항상 달의 절반을 비추지만, 지구에서 보는 그 빛받은 면의 비율이 달라지는 것이다.

달의 공전 궤도면(백도)과 지구의 공전 궤도면(황도)은 약 5.1° 기울어져 있다. 이 기울기 때문에 매 삭(합) 때마다 일식이, 매 망(충) 때마다 월식이 발생하지는 않는다. 세 천체가 정확히 일직선상에 놓일 때만 식 현상이 일어난다.

삭망월은 달이 같은 위상으로 돌아오는 데 걸리는 시간으로, 약 29.53일이다. 이는 태양, 지구, 달의 상대적 위치 관계가 다시 동일해지는 주기이다. 달의 공전 주기인 항성월(약 27.32일)보다 약 2일 더 길다. 그 이유는 달이 지구를 한 바퀴 공전하는 동안 지구 자체도 태양 주위를 공전하여 위치가 변하기 때문이다. 달이 같은 위치로 돌아와도 태양에 대한 상대 위치는 달라져 있어, 추가로 약 2일이 더 걸려야 같은 위상이 된다.

위상 주기는 삭망월을 기준으로 순환한다. 주기는 삭(초승달)에서 시작하여 점점 커지는 상현 과정을 거쳐 망(보름달)에 이르고, 이후 점점 작아지는 하현 과정을 거쳐 다시 삭으로 돌아온다. 주요 위상과 그 사이의 평균 간격은 다음과 같다.

삭망월의 길이는 완전히 일정하지 않다. 달의 공전 궤도가 타원형이며 속도가 변하고, 다른 천체의 섭동 영향도 받기 때문이다. 따라서 실제 위상 변화의 타이밍은 약간씩 차이가 날 수 있다. 고대인들은 이 삭망월 주기를 바탕으로 음력 달력을 만들었다.

달의 공전 궤도는 완벽한 원형이 아니라 약간 찌그러진 타원 형태이다. 이로 인해 지구와 달 사이의 거리는 약 36만 km(근지점)에서 40만 km(원지점) 사이로 변한다. 달의 공전 궤도면은 지구의 공전 궤도면인 황도와 약 5.1도 기울어져 있다.

이 궤도 경사각은 매달 일식이나 월식이 발생하지 않는 이유를 설명한다. 달이 태양과 지구 사이를 지날 때(삭), 달의 그림자가 지구를 스치거나 빗겨가면 일식이 일어난다. 반대로 지구가 태양과 달 사이에 위치할 때(망), 달이 지구의 그림자 속으로 들어가면 월식이 발생한다. 그러나 대부분의 삭과 망 때는 달이 황도면 위나 아래로 벗어나 있기 때문에 세 천체가 정확히 일직선상에 놓이지 않아 식 현상이 일어나지 않는다.

달의 궤도는 교점이라고 불리는 두 지점에서 황도와 교차한다. 이 교점은 서서히 이동하는데, 약 18.6년의 주기로 한 바퀴 돈다. 식 현상은 달이 삭 또는 망의 위치에 있으면서 동시에 이 교점 근처를 지날 때만 발생할 수 있다. 이 특정한 시기를 식기라고 부른다.

달의 위상 변화에서 초승달은 삭망월 주기의 시작점에 가까운 모습이다. 달이 태양과 지구 사이에 위치하는 삽 직후, 달의 햇빛을 받는 부분이 매우 얇게 서쪽 하늘에 보인다. 이 시기의 달은 해가 진 직후 서쪽 지평선 근처에서 짧은 시간 동안 관측할 수 있으며, 오른쪽(서쪽) 부분이 약간 밝게 빛난다. 초승달 이후 달의 빛나는 면적이 서서히 증가하는 과정을 위상 증가라고 한다.

초승달에서 약 7.4일 후에 도달하는 위상이 상현달이다. 이때 달은 지구에서 보았을 때 태양으로부터 90도 떨어진 위치에 있으며, 달의 오른쪽 절반이 밝게 빛난다. 상현달은 정오에 뜨고 자정에 지므로, 해가 진 저녁 때 남쪽 하늘 높이에서 관측하기 좋다. 상현달의 경계선은 직선에 가깝게 보이며, 이 경계선을 명암경계선이라고 부른다.

초승달과 상현달 사이에는 여러 중간 위상이 존재한다. 초승달 이후 점점 부푼 모습을 보이다가 상현달에 이르는 과정을 통해, 달의 공전 궤도를 가시적으로 확인할 수 있다. 이 위상들은 달의 공전 주기 약 29.5일 중 첫 번째 4분의 1에 해당하는 시기를 나타낸다.

보름달은 삭망월 주기에서 달이 태양과 정반대 위치에 있을 때 발생한다. 지구에서 관측하면 달의 전체 반구가 태양광을 반사하여 완전한 원형으로 밝게 빛난다. 이 시기를 망이라고 부르며, 음력으로는 대략 15일 또는 16일에 해당한다. 보름달은 해가 질 때 동쪽 지평선에서 떠오르고, 해가 뜰 때 서쪽 지평선으로 진다.

하현달은 보름달 이후 달의 명암 경계선이 왼쪽으로 이동하면서 나타나는 위상이다. 달의 오른쪽 절반이 빛나고 왼쪽 절반이 어두운 모습을 보인다. 하현달은 자정 무렵 동쪽에서 떠오르고 정오 무렵 서쪽으로 지므로, 주로 오전 시간대에 관측하기 좋다. 이 위상은 음력 22일 또는 23일경에 해당한다.

보름달과 하현달은 달의 공전 궤도상의 정확한 각도 위치에 의해 결정된다. 보름달은 태양-지구-달이 약 180도로 배열될 때, 하현달은 약 270도로 배열될 때 형성된다. 이들 위상은 조석 고정으로 인해 달의 같은 면만 지구를 향하기 때문에, 지구에서 관측하는 달의 빛나는 부분만이 변화하는 것으로 보인다.

그믐달은 삭망월 주기의 마지막 단계로, 초승달 직전에 매우 가느다란 초생달 모양으로 관측된다. 이 위상에서는 달의 대부분이 어둡고, 태양에 가까이 위치하여 지구에서 보기 매우 어렵다. 그믐달은 보통 동쪽 하늘에서 해뜨기 직전에 잠시 관측 가능하며, '늦은 아침의 초승달'이라고도 불린다.

주요 위상 사이에는 여러 중간 위상이 존재한다. 상현달에서 보름달로 가는 과정에는 '반달보다 큰' 모양을 보이는 상현망간(上弦望間) 위상이 있다. 반대로 보름달에서 하현달로 가는 과정에는 하현망간(下弦望間) 위상이 나타난다. 이러한 중간 위상에서 달의 빛나는 부분 면적은 계속 변화한다.

달의 공전 속도는 일정하지 않기 때문에, 각 위상이 정확히 동일한 시간 간격으로 발생하지는 않는다. 예를 들어, 삭에서 상현까지 걸리는 시간과 상현에서 망까지 걸리는 시간은 약간 차이가 난다. 이는 달의 타원 궤도와 케플러 법칙에 따른 결과이다.

아래 표는 삭망월 동안의 주요 위상과 그 특징을 정리한 것이다.

일식은 달이 태양과 지구 사이를 지나가며 태양의 빛을 가리는 현상이다. 이때 태양, 달, 지구가 거의 일직선상에 놓여야 발생하며, 달의 공전 궤도인 백도가 태양의 연주 운동 궤도인 황도와 기울어져 있기 때문에 매 삭월(새달)마다 일식이 일어나지는 않는다.

일식은 달이 태양을 가리는 정도와 관측자 위치에 따라 크게 개기일식과 부분일식으로 나뉜다. 개기일식은 달이 태양 전체를 완전히 가리는 경우로, 달의 본영이 지구 표면에 닿는 매우 좁은 지역(일식대)에서만 관측된다. 이 지역에서는 하늘이 어두워지고 별이 보이며, 태양의 가장 바깥 대기층인 코로나가 희미한 빛의 고리로 관측된다. 반면, 부분일식은 달이 태양의 일부분만 가리는 경우로, 개기일식 지역을 둘러싼 더 넓은 지역에서 관측된다. 이 지역에서는 태양이 초승달 모양처럼 일부만 가려져 보인다.

두 현상의 발생 조건과 관측 특성을 비교하면 다음과 같다.

개기일식은 지속 시간이 매우 짧아, 한 지점에서 최대 7분 30초 정도만 지속된다[3]. 부분일식은 같은 일식 사건에서 개기일식보다 훨씬 넓은 지역에서 더 오랜 시간 동안 관측된다.

금환일식은 달이 태양을 완전히 가리지 못하고 태양 가장자리의 고리 모양 빛줄기가 남는 현상이다. 이는 달이 지구에서 멀어져 시직경이 태양보다 작아질 때 발생한다. 달의 공전 궤도는 타원형이어서 지구와의 거리가 변하며, 이에 따라 달의 겉보기 크기도 달라진다. 따라서 달이 원지점 근처에 위치하면서 일식이 일어나면 금환일식이 된다. 금환일식 동안에는 태양의 본체가 가려지지만, 태양의 광구 가장자리에서 나오는 강한 빛이 여전히 보이기 때문에 절대 맨눈으로 관측해서는 안 된다.

혼성일식은 단일 일식 과정에서 관측 위치에 따라 개기일식과 금환일식이 모두 나타나는 특수한 경우이다. 이를 점성일식이라고도 부른다. 이 현상은 지구 표면의 곡률과 달의 시직경이 관측 지점에 따라 미묘하게 달라지기 때문에 발생한다. 지구 표면에서 달의 그림자 중심부(본영)가 닿는 지역에서는 달이 태양을 완전히 가려 개기일식이 관측된다. 반면, 그림자 중심에서 조금 벗어난 지역에서는 달의 시직경이 태양보다 약간 작아져 금환일식으로 보인다. 혼성일식은 상대적으로 드물게 발생한다.

혼성일식의 경우, 지구상의 특정 지점에서는 매우 짧은 시간 동안만 개기일식이 지속되기도 한다. 이는 천문학적으로 매우 정교한 조건이 맞아떨어져야 가능한 현상으로, 사로스 주기와 같은 식의 주기를 연구하는 데 중요한 사례가 된다.

일식대는 지구 표면에서 일식이 관측될 수 있는 지역을 가리킨다. 이 지역은 달의 본영 또는 반영이 지나가는 좁고 긴 띠 모양을 이룬다. 개기일식의 경우 달의 본영이 지나는 지역에서만 태양이 완전히 가려지는 현상을 볼 수 있으며, 이 지역의 폭은 최대 약 270km, 길이는 수천 km에 달한다. 부분일식은 달의 반영이 미치는 더 넓은 지역에서 관측된다. 금환일식이 발생할 때는 달의 본영 끝이 지구 표면에 닿지 않아, 본영의 연장선이 지나는 지역 중심부에서 태양의 가운데가 가려지고 가장자리가 불꽃 고리 모양으로 보인다.

일식 관측 조건은 지구의 자전, 달의 공전 궤도 경사, 그리고 지구-달 간 거리의 변화에 의해 결정된다. 달의 궤도가 황도에 대해 약 5도 기울어져 있기 때문에, 삭 때마다 일식이 발생하지는 않는다. 달이 궤도 교점 근처에서 삭될 때만 지구-달-태양이 일직선에 가까워져 일식이 일어난다. 또한 달이 지구에서 먼 원지점 근처에 있을 때는 시직경이 태양보다 작아져 금환일식이 발생할 가능성이 높아진다.

일식대의 위치와 이동 경로는 정확하게 계산되어 예측된다. 이 계산에는 지구와 달의 정밀한 궤도 요소, 자전 속도, 그리고 편평률 같은 지구의 형상 변수가 고려된다. 따라서 특정 일식이 어느 지역에서 어떤 형태로 관측될지 사전에 알 수 있으며, 이 정보는 천문학자와 애호가들이 관측 계획을 세우는 데 필수적이다.

개기월식은 달 전체가 지구의 본그림자 속으로 완전히 들어가는 현상이다. 이때 달은 지구 대기를 통과한 태양광 중 붉은색 계열의 빛을 받아 적월이라 불리는 구리빛이나 붉은색으로 빛나는 모습을 보인다. 개기월식은 달의 공전 궤도와 지구 그림자의 상대적 위치에 따라, 개기 상태가 수 분에서 최대 약 1시간 47분까지 지속될 수 있다[6].

부분월식은 달의 일부만 지구의 본그림자에 가려지는 현상이다. 이 경우, 그림자에 들어간 부분은 어두워지거나 검게 보이지만, 개기월식 때와 같은 뚜렷한 붉은색은 나타나지 않는다. 부분월식은 개기월식보다 더 자주 발생하며, 그림자에 가려지는 면적의 비율에 따라 그 모습이 크게 달라진다.

두 현상 모두 태양-지구-달이 거의 일직선상에 놓일 때, 즉 망(보름달) 때 발생한다. 그러나 달의 공전 궤도면이 지구 공전 궤도면(황도)에 대해 약 5도 기울어져 있기 때문에, 매 보름달마다 월식이 일어나지는 않는다.

반영월식은 달이 지구의 본그림자가 아닌 반그림자[7]만을 통과할 때 발생하는 현상이다. 이 경우 달은 지구의 본그림자에 진입하지 않으므로, 달 표면이 뚜렷하게 가려지는 부분월식이나 개기월식과는 구분된다.

반영월식 동안 달은 전체적으로 매우 약하게 어두워진다. 특히 달이 반그림자의 중심에 가까울수록 그 효과는 뚜렷해지지만, 대부분의 경우 육안으로는 변화를 감지하기 어렵다. 달의 북쪽 또는 남쪽 가장자리가 살짝 어두워지는 정도로 관찰되는 경우가 많다. 반영월식의 진행 단계는 다음과 같이 구분된다.

반영월식은 다른 종류의 월식에 비해 발생 빈도가 높지만, 그 변화가 미미하여 관심을 끌지 못하는 경우가 많다. 전문적인 관측이나 사진 촬영 시에는 노출 시간을 조정하여 그 미묘한 명암 변화를 포착할 수 있다. 반영월식은 사로스 주기에 따른 식 시리즈의 시작이나 끝 단계에서 자주 나타나며, 월식의 전체적인 메커니즘을 이해하는 데 중요한 현상이다.

월식, 특히 개기월식 동안 달이 완전히 지구의 본그림자에 들어가도 완전히 사라지지 않고 적월이라 불리는 구리빛이나 붉은빛을 띠는 현상이 관측된다. 이 색상 변화의 주된 원인은 지구 대기의 산란 작용이다. 태양광이 지구 대기층을 통과할 때, 짧은 파장의 푸른 빛은 레일리 산란에 의해 강하게 산란되어 대부분 우주 공간으로 흩어진다. 반면, 긴 파장의 붉은 빛은 산란 정도가 적어 대기를 더 잘 통과하여 지구 대기층을 스치듯 지나 달 표면을 비추게 된다[8].

적월의 정확한 색상과 밝기는 당시 지구 대기의 상태에 크게 의존한다. 대기 중의 에어로졸 농도, 예를 들어 대규모 화산 폭발 후 대기 중에 부유하는 화산재나 먼지의 양이 많을수록 붉은빛이 더 짙고 어두워진다. 반대로 대기가 비교적 맑을 경우, 달은 밝은 주황색이나 구리색에 가까운 색을 보인다. 역사적으로 강력한 화산 폭발 이후 발생한 월식은 매우 어두운 적월을 보였으며, 경우에 따라 달이 거의 보이지 않기도 했다.

적월의 색상을 정량적으로 분류하기 위해 안단-달론 척도가 널리 사용된다. 이 척도는 월식의 가장 어두운 순간인 식극 시 달의 밝기와 색상을 0부터 4까지의 숫자로 구분한다.

이러한 색상 변화는 단지 장관을 이루는 천문 현상일 뿐만 아니라, 지구 대기의 전반적인 상태를 간접적으로 반영하는 지표가 되기도 한다.

사로스 주기는 약 6,585.3일(18년 11일 8시간)에 해당하는 주기로, 일식과 월식이 반복되는 패턴을 설명하는 데 사용된다. 이 주기는 태양, 지구, 달의 상대 운동이 거의 동일한 기하학적 배열로 되돌아오는 시간 간격에 해당한다. 고대 바빌로니아인들이 처음 발견했으며, 이후 그리스인들에 의해 '사로스'(반복을 의미)라는 이름이 붙여졌다.

사로스 주기의 길이는 세 개의 다른 월 주기가 거의 일치하는 데서 비롯된다.

하나의 사로스 주기는 정확히 223개의 삭망월, 242개의 교점월, 239개의 근점월에 매우 가깝다. 이 조화는 달이 지구와 태양에 대해 거의 같은 위치에 있게 만들어, 유사한 식 현상이 발생할 조건을 만든다. 그러나 8시간의 차이는 지구의 자전으로 인해 식이 관측되는 지표면 위치가 서쪽으로 약 120도 가량 이동하게 만든다[10].

하나의 사로스 시리즈는 약 1,200년에서 1,500년 동안 지속되며, 그 안에서 약 70회의 식이 발생한다. 시리즈의 시작과 끝에는 교점 부근에서 멀리 떨어진 부분일식이 발생하며, 중간에는 교점에 가까운 개기일식이 나타난다. 사로스 주기를 이용하면 과거의 식을 분석하고 미래의 식을 예측하는 것이 가능해진다. 현대의 정밀한 계산에는 더 복잡한 주기(예: 인텍스 주기)가 함께 사용되지만, 사로스 주기는 여전히 식 예측의 기본 골격을 제공한다.

식 시리즈는 사로스 주기와 밀접한 관련이 있다. 하나의 사로스 주기는 약 18년 11일 8시간 동안 지속되며, 이 기간 동안 약 70회의 식(일식 약 43회, 월식 약 28회)이 발생한다[11]. 이 시리즈는 태양, 달, 지구의 궤도 교점에서 시작되어, 각 식이 발생할 때마다 교점에서 약 120도씩 서쪽으로 이동한다. 하나의 사로스 시리즈가 시작되면, 부분식이나 중심에서 벗어난 식으로 시작하여 점점 중심 식(개기일식, 금환일식, 개기월식)이 발생하다가 다시 가장자리 식으로 변해 마침내 시리즈가 끝난다. 하나의 완전한 사로스 시리즈는 보통 70회 전후의 식을 포함하며, 약 1,200년에서 1,500년에 걸쳐 진행된다.

일식과 월식의 발생 빈도는 연간 최대 7회까지 가능하지만, 최소 2회는 반드시 발생한다. 일반적인 분포는 일식 2회와 월식 2회가 가장 흔하다. 5회 또는 6회의 식이 발생하는 해도 있으며, 7회의 식(일식 4-5회, 월식 2-3회)이 모두 발생하는 경우는 매우 드물다. 예를 들어, 20세기 중 7회의 식이 발생한 해는 1917년, 1935년, 1982년, 2038년 등이 있다. 반대로 한 해에 일식만 3회 발생하는 경우는 약 2.4년에 한 번꼴로 나타난다.

발생 빈도에 영향을 주는 주요 요인은 삭망월과 교점월의 주기 차이이다. 달의 궤도면(백도)이 지구 공전궤도면(황도)에 대해 기울어져 있기 때문에, 매 삭월이나 망월 때마다 식이 발생하지는 않는다. 식이 발생하려면 달이 궤도 교점 근처에 위치하면서 동시에 삭(일식)이나 망(월식)이 되어야 한다. 이 조건이 맞아떨어지는 시기가 일정한 주기로 반복되며, 이 주기성을 바탕으로 천문학자들은 수천 년 전후의 식을 정확히 예측할 수 있다.

고대 문명은 일식과 월식 현상을 두려움과 경외의 대상으로 여기며 기록하기 시작했다. 바빌로니아의 점토판에는 기원전 8세기부터 체계적인 식 현상 기록이 남아 있으며, 이 기록들은 사로스 주기를 발견하는 데 결정적인 역할을 했다. 고대 중국에서는 천문관이 왕조의 흥망과 직접 연결된다고 믿었으며, 갑골문과 같은 초기 기록부터 역대 천문지에 이르기까지 식 현상에 대한 상세한 관측 기록이 남아 있다. 이러한 기록은 단순한 현상 기록을 넘어 왕조의 정당성을 설명하거나 재난을 예측하는 도구로 활용되었다.

고대 그리스의 천문학자들은 식 현상을 기하학적으로 설명하려는 시도를 했다. 아리스토텔레스는 월식 때 지구 그림자가 달에 드리워지는 모습을 관찰하고 지구가 구형이라는 증거로 제시했다. 이후 히파르코스는 삼각법을 활용하여 달과 태양까지의 거리를 추정하는 등 식 현상을 과학적 분석의 대상으로 삼기 시작했다. 안티키테라 기계와 같은 복잡한 기계 장치의 개발은 식 현상을 예측하려는 노력의 산물이었다.

중세 이슬람 천문학의 발전은 식 현상 예측의 정확도를 크게 높였다. 알바타니를 비롯한 천문학자들은 고대 그리스의 이론을 검증하고 보완하며 정밀한 천문표를 제작했다. 이들의 업적은 후에 유럽으로 전해져 코페르니쿠스와 케플러 같은 근대 천문학자들에게 영향을 미쳤다. 고대와 중세의 식 기록은 단순한 역사적 사료가 아니라, 오늘날 천체 역학 모델을 검증하고 지구 자전의 장기적 감속 현상 등을 연구하는 데 귀중한 과학적 데이터로 활용된다[15].

일식과 월식 현상은 단순한 천문 관측 대상이 아니라, 현대 과학 연구에서 다양한 분야에 걸쳐 중요한 데이터를 제공하는 자연 실험실 역할을 한다. 특히 태양 대기 연구, 지구 대기 상태 분석, 상대성 이론 검증, 그리고 외계행성 탐사 방법론 개발에 활용된다.

일식은 태양의 가장 바깥 대기층인 코로나를 직접 관측할 수 있는 유일한 기회를 제공한다. 평소 태양 본체(광구)의 강한 빛에 가려 보이지 않는 코로나는 개기일식 동안 태양이 완전히 가려질 때만 선명하게 관측할 수 있다. 과학자들은 이를 통해 코로나의 구조, 태양풍의 기원, 그리고 코로나 가열 메커니즘 같은 태양 물리학의 근본적인 문제를 연구한다. 또한, 일식 동안 태양 근처의 별 위치를 측정하여 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 예측한 중력 렌즈 효과를 검증하는 역사적인 실험도 수행되었다.

월식은 지구의 대기를 간접적으로 조사하는 도구로 사용된다. 달이 지구의 본그림자에 들어갈 때, 지구 대기를 통과한 태양광이 굴절되어 달 표면을 비추게 된다. 이때 달의 색상과 밝기는 통과하는 빛의 파장에 따라 달라지며, 이는 지구 대기 중의 에어로졸, 먼지, 오염 물질, 그리고 성층권의 상태를 반영한다. 따라서 역사적인 월식 기록을 분석하면 과거 화산 폭발로 인한 대기 변화와 같은 기후 사건을 추적할 수 있다. 더 나아가, 외계행성의 대기 성분을 분석하는 트랜싯 방법의 원리도 바로 이 지구-달-태양 시스템에서 월식이 일어나는 메커니즘과 유사하다.

직접적인 태양 관측은 맨눈으로 잠시만 보더라도 망막에 심각한 손상을 줄 수 있다. 이 손상은 통증 없이 발생할 수 있으며, 영구적인 시력 손실로 이어질 수 있다. 일반 선글라스, 필름 조각, 검은 유리, CD 등은 충분한 보호를 제공하지 못한다.

안전한 관측을 위해서는 반드시 일식 관측용 안경을 사용해야 한다. 이 안경은 태양빛을 충분히 차단하는 특수한 필터를 사용하여 제작된다. 관측 전 안경에 손상이나 긁힘이 없는지 확인하고, 사용 설명서를 따르는 것이 중요하다. 태양 망원경이나 쌍안경을 사용할 경우, 반드시 광학 장치 전면에 장착하는 전문적인 태양 필터를 사용해야 한다. 접안렌즈 쪽에 필터를 장착하면 집광된 열로 인해 필터가 파손될 위험이 있다.

간접 관측법도 안전한 방법이다. 핀홀 카메라의 원리를 이용해 종이에 작은 구멍을 뚫고, 그 빛을 다른 종이 위에 비추어 상을 보는 방법이 대표적이다. 나무 잎사귀 사이로 스며드는 빛이 초승달 모양으로 보이는 현상을 관찰하는 것도 하나의 방법이다. 개기일식이 진행되는 개기일식 단계의 짧은 시간 동안만 맨눈으로 관측이 가능하지만, 부분일식 단계로 다시 돌아오면 즉시 안전 장비를 착용해야 한다.

월식은 맨눈으로 안전하게 관측할 수 있는 대표적인 천문 현상이다. 개기월식이 진행되는 동안 달이 완전히 지구본영에 들어가도 달이 완전히 사라지지 않고 적월로 빛나는 모습을 육안으로도 선명하게 볼 수 있다. 특별한 장비 없이도 충분히 즐길 수 있으나, 쌍안경이나 소형 망원경을 사용하면 달 표면이 지구 그림자에 서서히 가려지는 과정이나, 적월의 세밀한 색조 변화를 더욱 생생하게 관찰할 수 있다.

달의 위상 변화를 관측하는 것은 천문학 입문자에게 좋은 관찰 과제가 된다. 날씨가 좋은 날 저녁, 매일 같은 시간 같은 장소에서 달을 관찰하고 그 모양을 스케치하거나 사진으로 기록하면, 약 29.5일 주기로 반복되는 삭망월의 패턴을 직접 확인할 수 있다. 특히 상현달과 하현달 시기에는 달의 명암 경계선이 두드러지게 보여, 망원경으로 크레이터와 산맥의 긴 그림자를 관찰하기에 최적의 조건을 제공한다.

사진 촬영을 원한다면, 삼각대에 고정한 일반 카메라로도 보름달이나 월식의 모습을 담을 수 있다. 망원경에 스마트폰 어댑터를 장착하면 더욱 확대된 영상을 촬영할 수 있다. 관측 시에는 주변의 밝은 빛을 피해 어두운 장소를 선택하는 것이 중요하다. 또한, 달의 위상과 월출, 월몰 시간은 천문 관련 애플리케이션이나 천문년력을 통해 미리 확인하는 것이 유용하다.

슈퍼문은 달이 지구에 가장 가까워지는 근지점 부근에서 보름달 또는 그믐달이 될 때 발생하는 현상이다. 이때 달은 평소보다 크게 보이며, 특히 지평선 근처에서 착시 현상과 결합되어 더욱 커 보인다. 반대로 원지점에서의 보름달은 평균보다 작게 보여 마이크로문이라고 불린다. 슈퍼문의 주기는 약 1년 1개월 18일이며, 이는 달의 근지점 주기와 삭망월 주기가 맞물리는 주기이다.

블루문은 한 달 동안 보름달이 두 번 뜨는 현상을 의미한다. 대부분의 달에는 보름달이 한 번만 뜨지만, 약 2~3년에 한 번 꼴로 한 달에 두 번의 보름달이 관측된다. 이는 삭망월의 길이(평균 약 29.5일)와 달력상 한 달의 길이(30일 또는 31일) 사이의 차이에서 비롯된다. 블루문이라는 이름은 달의 색깔과는 무관하며, 드문 현상을 비유적으로 표현한 것이다.

두 현상이 동시에 일어나는 경우는 매우 드물며, 이를 '슈퍼 블루문'이라고 부른다. 슈퍼문과 블�문은 모두 천문학적으로 특별한 과학적 의미보다는, 대중 천문학과 관측 문화에서 주목받는 현상이다. 달의 공전 궤도가 완벽한 원이 아닌 타원 궤도라는 사실을 직관적으로 보여주는 예시가 된다.

지구본영은 지구가 태양빛을 가로막아 생기는 완전한 그림자 영역이다. 이 영역은 원뿔 모양을 이루며, 지구 반대편 방향으로 약 138만 킬로미터까지 뻗어 있다[16]. 월식이 일어나려면 달이 이 지구본영 안으로 완전히 또는 부분적으로 들어가야 한다. 지구본영의 크기는 태양이 점광원이 아니라 원반 형태이기 때문에, 본영 주변에 반그림자인 반영이 동시에 형성된다.

반영은 태양빛이 부분적으로 차단되는 영역으로, 지구본영을 둘러싸고 있다. 달이 반영만을 통과할 때 발생하는 현상을 반영월식이라고 한다. 반영월식 동안 달은 매우 미묘하게 어두워지며, 눈에 띄는 붉은 색상 변화 없이 단지 광량이 약간 감소한다. 이는 지구의 대기가 태양광을 산란시키지만 완전히 차단하지는 않기 때문이다.

지구본영의 실제 크기와 모양은 관측 조건에 따라 달라진다. 다음 표는 지구본영과 반영의 주요 특징을 비교한 것이다.

지구본영의 크기는 지구와 태양 사이의 거리에 따라 미세하게 변동한다. 태양과 지구 사이의 거리가 먼 7월(지구가 원일점 근처)에는 지구본영의 길이가 더 길어지고 단면적도 약간 커진다. 이는 월식이 발생할 가능성과 그 지속 시간에 간접적인 영향을 미친다.