달먼지

달먼지

인류가 최초로 달에 착륙하기 전, 미 항공우주국(NASA)의 여러 과학자들은 달표면 바로 위에 떠있는 먼지층에 의해 달 착륙선이 휘말려들 가능성에 관해 우려를 표시했었다. 대전된 먼지 또는 전자들이 떠 있을 수 있는 (달로부터의) 특별한 거리가 있을 수 있는가? 

 

 예컨대 달이 음전하를 띠고 있다고 가정해 보면 달 가까이에 있는 전자들은 달로부터 밀치는 힘을 받게 될 것이다. 그러나 달의 중력은 이 전자들을 끌어당긴다. 달 표면으로부터 1km 상공에 있는 전자에 작용하는 인력과 척력이 완전히 균형을 이루어 전자가 떠 있다고 가정하자. 이번에는 같은 전자가 달로부터 2km 위에 있다고 가정해 보자. 이렇게 먼 거리에서는  

a) 중력이 정전기력보다 강해서 전자는 떨어질 것이다.
b) 중력이 정전기력보다 약하기 때문에 전자는 우주 공간 밖으로 밀려 날아간다.
c) 중력과 정전기력이 역시 균형을 이루어 전자는 계속 떠 있을 것이다.




답은 c)다.

전기력과 중력이 균형을 이루는 특정한 거리는 있을 수 없다.
어째서? 만약 전기력과 중력이 달에서 어떤 특정한 거리만큼 떨어진 곳에서 균형을 이루었다면, 거리를 두배로 증가시켜도 두 힘은 같은 비율로 감소되어 여전히 균형을 이룰 것이다.
만약 정전하에 의해 먼지가 달 표면으로부터 1인치 상공에 떠 있었다면 먼지는 어느 높이에서나 떠 있을 수 있으며 결국엔 달에서 벗어나서 떠 있게 된다.
사실, 물체를 정전기력이나 중력 또는 자기력들의 어떤 결합에 의해 공중에 뜨게 하는 것은 불가능하다. 왜냐하면 이들 힘은 모두 역제곱 법칙을 따르기 때문이다.