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18세기에 들어 유럽에서는 계몽주의와 자연주의의 영향으로 과학적 방법에 의한 의학 연구가 활발히 진행되기 시작하였다. 각 대학에는 해부학 실험실이 마련되었고 당시 지식인에게 인체에 대한 이해는 필수적인 교양이 되었다. 한편, 현미경의 발명으로 미생물을 직접 관찰하게 되고 병원균을 확인하게 되면서 백신의 접종과 같은 전염병의 예방 기술이 발전하게 되었다. 로베르트 코흐는 탄저균, 결핵균, 콜레라균과 같은 병원균을 발견하였다. 19세기 이전까지 "생물학의 기술"로서 취급되던 의학은 이러한 성과들을 바탕으로 독립된 학문으로서 자리잡아 근대 의학이 성립되었다.
자연과학의 발달로 현대 의학은 많은 과학 분야가 관련된 학제간 연구의 모습을 띠게 되었다. 엑스선 촬영이 진단을 위한 기술로 도입된 이후 CT, MRI와 같은 기술이 도입되었고 분자생물학과 유전학의 발달은 질병의 원인을 밝혀내는데 큰 역할을 하였다. 통계학은 질병의 위험성을 분류하는 기준을 마련하였으며 사회적인 질병관리가 가능하도록 하였다. 현대 의학은 다양한 전문분야로 세분화되어 있다.
현재, 의학 연구와 의학고등교육기관으로 의과대학, 의학전문대학원이 있다. 미국, 오스트레일리아, 뉴질랜드, 영국 등의 국가에서는 의과대학 교육과정의 수준을 일정 정도 이상 확보하고자 평가인정제도를 시행하고 있다. 대한민국에서는 한국의학교육평가원에서 의과대학, 의학전문대학원에 대한 평가인증을 시행한다.
비전문가의 의료행위가 자칫 환자의 생명을 위험하게 할 수 있기 때문에 대부분의 나라에서는 국가가 인정하는 의사 자격을 갖춘 사람만이 의료 행위를 할 수 있도록 제한하고 있다. 의과대학을 졸업한 사람은 의사 국가시험에 응시할 수 있고, 의사 자격을 취득하면 일반의의 자격이 주어지며, 인턴•레지던트의 과정을 거쳐 각 분야의 전문의 자격을 얻는다.
현대 의학은 다양한 질병을 진단하기 위한 감별 진단 기술을 갖추고 있다. 그러나, 질병의 진단에서 환자와의 문진은 여전히 가장 중요한 진단 방법이다. 의사는 환자가 호소하는 통증이나 증상을 근거로 가능성이 있는 질병을 추정하며 다양한 진단 기술을 통해 질병을 확정한다. 예를 들어 갑작스럽게 고열이 나고 목이 아프며 콧물이 함께 나타난다고 호소하면 의사는 세균성 감염에 의한 발열을 의심하게 된다.
더욱 정확한 진단을 위해 다양한 진단 기술이 사용된다. 골절이나 체내 이상을 검사하기 위한 기술로는 엑스선 촬영이나 CT, MRI 촬영이 있으며, 전염병의 확진을 위해서는 세균배양과 현미경 검사가 쓰인다. 이 외에도 내시경 검사, 혈액 검사, 유전자 검사와 같은 기술들이 있다.
질병의 치료는 크게 약물에 의한 치료와 외과적인 방법에 의한 치료, 그리고 재활 치료 등으로 나눌 수 있다.
연구와 실험.
질병의 원인에 대한 분석과 치료법의 개발을 위해 다양한 연구와 실험이 이루어지고 있다. 2000년대 이후에는 암의 발생 원인을 찾기 위한 후성유전학적인 연구와 각종 유전성 질환에 대한 연구가 활발하다. 발생유전학을 비롯한 여러 하위 학문의 학제간 연구인 줄기 세포연구는 다양한 유전성 질환의 치료 방법을 확보할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 2010년에 발표된 예일 대학교의 연구 논문에서는 자궁 내막을 이용한 성체 줄기 세포로 파킨슨병을 치료할 수 있을 것이란 전망을 내놓았다.
의학은 기초의학과 임상의학, 임상지원의학으로 보통 관례적으로 분류한다. 임상(Bed-side)이란 영어와 한문의 말뜻대로, 환자 옆에서, 병상 옆에서 직접 환자를 진료하는 의학 분야를 말하고, 기초 의학은 임상의학을 배우기 위해 필요한 필수 기본 학문을, 임상지원의학은 임상 의사를 돕는 의학 분야, 즉 영상의학이나 마취과학 등을 말한다. 임상의학은 또 내과계와 외과계로 나눌 수 있다. 내과계는 주로 약물 치료를 하는 질병을 다루는 의학 분야를 말하고, 외과계는 주로 수술 치료를 하는 의학 분야를 말한다.
관련 학문으로는 생물학, 화학, 생화학, 심리학, 물리학, 간호학, 약학, 사회학 등을 꼽을 수 있다. 한국에서 치의학과 약학은 의학에서 독립된 과로 간주되고 있다.
내과계.
외과계.
천왕성(天王星, )은 태양계에 8개 행성 중 일곱번째 행성이며, 세 번째로 반지름이 크고 네 번째로 질량이 큰 태양계의 행성이다. 영어 이름 '우라노스(Uranus)'는 크로노스의 아버지이자 제우스의 할아버지인 그리스의 신 우라노스에서 따온 것이다.() 이 행성은 기존의 다섯 행성들처럼 맨눈으로 볼 수 있음에도 불구하고 하늘에서 매우 느리게 움직이는데다 매우 어둡기 때문에 그 존재가 오랫동안 인류에게 밝혀지지 않았다. 천왕성은 여러 다른 천문학자들에게 맨눈으로 관측됐으나, 그들은 모두 천왕성을 어두운 별이라고 생각하였다. 천왕성의 최초 발견자로 불리는 윌리엄 허셜도 천왕성을 아주 큰 망원경으로 보고 동그란 모양이라는 점 때문에 처음엔 꼬리가 발달하지 않은 혜성인 줄 알았다고 한다. 그는 1781년 3월 13일 천왕성의 발견을 공식적으로 발표했으며 근대 천문학사에서 최초로 다섯 행성 너머로 태양계의 지평을 넓히는 업적을 남겼다. 천왕성은 맨눈이 아닌 기술 망원경을 이용하여 발견한 최초의 행성이다.
천왕성을 이루고 있는 물질은 해왕성과 완연히 다르고 둘 보다 큰 가스 행성인 목성, 토성과도 그 조성물이 다르다. 이런 이유로 천문학자들은 종종 이들을 얼음 행성이라는 이름으로 구별한다. 천왕성의 대기는 목성이나 토성의 대기처럼 수소와 헬륨으로 이루어져 있으나, 물, 암모니아, 메테인, 소량의 탄화 수소와 같은 휘발성 물질들이 더 많이 섞여 있다. 천왕성의 대기는 태양계 행성들 중 가장 차가운데 그 온도는 최소 49K (–224°C)에 이른다. 천왕성이 해왕성보다 더 차가운 이유는 해왕성 내부에서 이유를 알 수 없는 열이 발생하기 때문이다. 천왕성의 대기에는 복잡하게 츹이 진 구름의 구조가 형성되어 있는데 고도가 낮은 층의 구름은 물로 이루어져 있고 그 위층의 구름들은 메테인의 결정일 것으로 추측된다. 천왕성의 내부를 구성하는 물질은 거대 가스 행성과는 달리 주로 얼음과 암석이다.
다른 가스 행성들과 마찬가지로 천왕성은 고리, 자기장, 수많은 자연 위성을 지니고 있다. 천왕성계(系)는 자전축이 약 98도 정도로 크게 기울어져 있어 거의 공전면과 맞닿을 정도이다. 다시 말하자면 천왕성의 북극 및 남극이 가리키는 방향은 다른 행성들의 적도가 가리키는 방향과 비슷하다. 지구에서 보았을 때 천왕성의 고리는 종종 과녁 모양처럼 천왕성 주위를 둥글게 두르고 있으며, 위성들은 천왕성을 시계 방향으로 회전하는 것처럼 보인다. 다만 2006년부터 2007년에 걸쳐 천왕성의 고리는 우리의 시선 방향과 평행하게 놓여 보이지 않았다. 1986년 보이저 2호가 천왕성을 스쳐 지나갔는데 이 때 보이저가 가시광선 영역에서 바라본 천왕성은 다른 가스 행성들이 흔히 보여주는 구름띠나 태풍의 모습이라고는 찾을 수 없는, 특징 없는 밋밋한 행성이었다. 그러나 지구 관측자들은 최근 수 년에 걸쳐 천왕성이 분점에 접근하면서 날씨 변화 및 계절적 변화를 보이는 것을 관측했다. 천왕성에서의 풍속은 초당 250 미터에 이른다(900km/h, 560mph).
해왕성과 마찬가지로 언 메탄이 표면을 이루고 있는데, 해왕성과 달리 조금 더 초록색을 띠고 있다. 플램스티드 명명법에서는 '황소자리 34'로 불린다. 플램스티드가 발견 당시에 천왕성을 항성으로 오인했기 때문이다. 표면 중력이 지구보다 작기 때문에 사람이 천왕성에서 몸무게를 재면 지구에서의 무게의 약 88%가 나간다(예시로 지구에서 55kgf인 사람은 천왕성에서 49.6kgf이 된다).
천왕성 관측의 역사.
천왕성은 행성으로 인지되기 전에도 여러 번 발견된 적이 있으나 관측자들은 행성 자체가 어두워 이를 평범한 별로 잘못 생각해 왔다. 최초의 관측 기록은 1690년 존 플램스티드의 것으로, 최소 여섯 번 천왕성을 관측했고 자신의 성표에 황소자리 34로 기록했다. 프랑스 천문학자 피에르 르모니에는 1750년 ~ 1769년 사이 천왕성을 최소 12번 관측했으며 여기에는 나흘 밤에 걸친 연속 관측이 포함되어 있다.
윌리엄 허셜 경은 1781년 3월 13일 지금은 허셜 천문학 박물관이 된 서머싯 소재 배스 타운 뉴 킹 스트리트 19에 있는 자기 집 정원에서 천왕성을 관측했으나, 처음에는(1781년 4월 26일) 이를 혜성으로 보고했다. 허셜은 자신이 고안한 망원경을 사용하여 붙박이별들의 시차에 대한 일련의 관측에 몰두했다.
허셜은 자신의 논문에 천왕성을 "황소자리 제타 근처에 있는 성운 비슷한 별 혹은 혜성"이라고 표현했다. 3월 17일 허셜은 다음과 같이 기술했다. "나는 혜성 혹은 성운 비슷한 별을 찾았으며 이제 그 별이 위치를 바꿨다는 점에서 혜성임을 알았다." 그는 자신의 발견 사실을 왕립 학회에 제출할 때 자신이 혜성 하나를 발견했다고 계속 주장하면서도 이를 명시적으로 행성에 비유했다.
허셜은 이 발견을 왕실천문관 네빌 마스켈라인에게 알렸고, 4월 23일에 당황한 마스켈라인의 답신을 받았다. "나는 이걸 뭐라고 해야 할 지 모르겠다. 혜성이 상당히 타원형의 궤도를 도는 데 비해, 이 천체는 마치 행성과 같이 태양을 거의 원형의 궤도로 공전하고 있다. 코마나 꼬리 같은 것은 관측하지 못했다."
허셜은 줄곧 자기가 혜성을 발견했다고 주장했지만, 다른 천문학자들은 이미 다른 경우를 생각하고 있었다. 러시아의 천문학자 앤더스 렉셀은 이 천체의 궤도를 최초로 계산하고, 거의 원형에 가까운 궤도를 보고 혜성보다는 행성에 가깝다고 결론내렸다. 베를린의 요한 엘레르트 보데는 허셜의 발견에 대해 "지금까지 알려져 있지 않은, 토성 너머의 궤도를 공전하는 행성과 같은 천체로 간주할 수 있다". 보데 역시 이 천체를 혜성보다는 행성과 더욱 비슷하다고 결론내렸다.
천왕성은 84년 주기로 태양을 30억 km ( 약 20 천문단위 ) 거리에서 한 바퀴 돈다. 천왕성에서 태양을 본다면 지구에서보다 400배 희미하게 보일 것이다. 궤도 요소들은 피에르-시몽 라플라스에 의해 1783년 처음으로 계산되었다. 이후 1841년 존 카우치 애덤스는 처음으로 천왕성의 중력적 영향에 의한 새로운 행성 예견을 하였으며, 1845년에 르 비에르는 천왕성의 궤도에 대한 독자적인 연구를 시작했다. 1846년 9월 23일, 요한 갓필드 갈레는 새 행성을 찾았으며, 이후 이름을 "해왕성"이라 지었다. 그것은 르 비에르가 예견했던 곳과 매우 비슷한 곳에서 발견된 것이다.
천왕성의 자전 주기는 17시간 14분 정도이다. 그러나, 모든 거대 가스 행성들의 상부 대기는 자전의 방향으로 심한 바람을 받는다. 결국, 실제 보이는 천왕성의 대기는 실제 자전 주기보다 빠르게 움직이며 한번 전체적인 대기가 자전하는데는 14시간도 채 걸리지 않는다.
천왕성의 자전축은 태양계 평면에 거의 누워있다시피 하며, 기울기는 약 98도이다. 이렇게 큰 자전축의 기울기는 천왕성에서의 계절을 다른 행성과 완전히 차이나게 한다. 태양계의 다른 행성들은 기울어진 팽이를 상상하지만 천왕성은 기울어진 구르는 공에 더 가깝다. 천왕성의 지점 부근에서는 극 한쪽 면이 계속 태양을 향하고, 반대쪽 극은 태양을 볼 수 없다. 한쪽의 극은 42년 동안 태양 빛을 받고, 42년 동안 어둠에 놓이게 된다.
그럼에도 불구하고, 천왕성의 적도가 오히려 에너지를 더 많이 받는 극보다 따뜻하다. 이러한 이상한 현상은 아무래도 대기의 질량과 그 속에 열을 저장할 수 있는 양이 워낙 크기 때문에 40년 주기의 태양빛/암흑의 반복이 큰 영향을 못 주는 것으로 예상된다.
이 심한 기울기의 원인은 지금까지도 확실히 밝혀지지 않았으며, 태양계 초기에 천왕성이 지구만한 원시행성과 충돌함에 따라 이런 기울어짐이 생겼다고 추정되고 있다. 그러나 이 추정의 경우 지구만한 원시 행성의 충돌시에 잔존 물질들이 모여 위성을 형성 될 가능성이 높으나 천왕성의 주요 위성들이 해왕성의 큰 위성인 트리톤보다 훨씬 작기 때문에 지구만한 천체 충돌의 증거로 부족하다. 따라서 다른 행성들 토성과 해왕성들의 중력의 영향으로 궤도와 기울기에 영향을 줄 가능성도 있다.
천왕성의 실시 등급은 1995년에서 2006년까지 +5.6과 +5.9 사이에서 변동했으며, 육안 관측 한계인 +6.5 등급보다 밝기 때문에 맨눈으로도 볼 수 있다. 각지름은 3.4 ~ 3.7 각초이며, 16 ~ 20 각초인 토성 및 32 ~ 45 각초인 목성보다는 작다. 천왕성은 깜깜한 하늘에서 육안으로 볼 수 있으며, 쌍안경이 있다면 도시 지역에서도 쉽게 관측할 수 있다. 대물렌즈 구경이 15 ~ 23 cm인 대형 아마추어 망원경으로는 희미한 청록색 원반 모양와 주연감광을 확인할 수 있다. 대물렌즈가 25 cm보다 큰 대형 망원경으로는 구름 모양과 티타니아, 오베론과 같은 큰 위성도 볼 수 있다.
천왕성의 구조.
천왕성의 질량은 지구의 약 14.5배로 가스 행성들 중에서 가장 가볍고 밀도 또한 1.27 g/cm³으로 토성 다음으로 낮다. 천왕성의 반지름은 해왕성보다 조금 더 크나(지구의 4배가 약간 넘음), 밀도가 낮기 때문에 질량은 해왕성보다 작다. 밀도가 낮은 것으로부터 천왕성 내부는 물, 암모니아, 메테인 등 여러 종류의 물질이 섞인 상태에 있음을 추측할 수 있다. 천왕성 내부 얼음 물질의 총질량은 정확히 알려져 있지 않으며 선택된 모형에 따라 다른 값이 도출된다. 그러나 여러 모형에 근거할 때 얼음 물질의 질량은 지구의 9.3 ~ 13.5배 정도일 것이다. 수소와 헬륨이 천왕성 전체 질량에서 차지하는 비율은 매우 작은데, 그 질량은 지구의 0.5 ~ 1.5배에 불과하다. 얼음 물질과 가벼운 기체 물질을 제외한 나머지 질량(지구 질량의 0.5 ~ 3.7배)은 암석 물질일 것으로 생각된다.
천왕성 내부는 표준 모형에 따르면 세 부분으로 나뉜다. 중심부에는 암석 물질의 핵이 있고 그 위로 얼음 혼합물로 구성된 맨틀이 있으며 가장 바깥 층은 수소와 헬륨으로 이루어진 기체층이다. 천왕성의 중심핵 질량은 지구의 0.55배이며 반지름은 천왕성 크기의 20퍼센트 정도로 전체에 비해 상대적으로 크기가 작다. 맨틀이 천왕성 부피의 대부분을 차지하며 그 질량은 지구의 13.4배 정도이다. 최상층의 가벼운 원소로 이루어진 대기층 질량은 지구의 0.5배에 두께는 천왕성 반지름의 20퍼센트 정도이다. 천왕성 핵의 밀도는 약 9g/cm³로, 여기에는 800만 바(800 기가파스칼)에 이르는 압력이 가해지고 있으며 온도는 5000 켈빈이다. ‘얼음’ 맨틀층은 우리가 생각하는 상식적인 차가운 얼음으로 이루어진 것이 아니라, 압력으로 뜨겁게 가열된 물, 암모니아, 기타 휘발성 물질들이 농밀하게 흐르고 있는 상태이다. 이 유체(流體)를 물-암모니아 바다로 부를 때도 있다. 천왕성과 해왕성 내부는 목성 및 토성 내부와 매우 다른데, 전자 둘은 가스층 아래 얼음 맨틀이 부피 대부분을 차지하나 후자 둘은 가스가 대부분을 구성하고 있다.
위에 설명한 가설 모형 외에도 다른 내부구조 가설들이 있으나 이들의 주장 또한 그리 천왕성의 물리적 수치에 모순되지 않는다. 예를 들어 만약 상당량의 수소와 암석 물질이 얼음 맨틀에 섞여 있을 경우 맨틀 내 얼음 질량은 표준 모형이 주장하는 바에 비해 줄어들 것이며 얼음이 줄어든 만큼 기체 및 암석 물질의 질량이 많다고 해석이 가능하다. 현재 천왕성의 물리적 측정치만으로는 어떤 모형이 정확한지를 판별할 수 없다. 천왕성 내부가 유체 형태라는 사실로부터 딱딱한 표면이 없을 것임을 추측할 수 있다. 기체로 이루어진 대기 밑으로 점차 하강할수록 구성 물질들은 액체에 가까워질 것이다. 편의상 대기압이 1바(100킬로파스칼)인 지점을 회전 타원체의 ‘표면’이라고 정의하고 있다. 이 정의에 따르면 천왕성의 적도 반지름과 극반지름은 각각 25,559 ± 4 km, 24,973 ± 20 km가 된다. 본 문서의 고도 관련 내용은 위 정의에 따라 계산한 것이다.
《네이처 피직스》 최근호에 실린 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소의 존 에거트 박사의 논문에 따르면 해왕성과 천왕성의 바다는 다이아몬드 바다일 가능성이 있다. 그 액체 다이아몬드 바다 위에는 다이아몬드 덩어리들이 떠다닐 것이라고 한다.
천왕성의 내부 열은 다른 거대한 행성들 열보다 낮으며, 천문학적인 용어로는 열유속이 낮다라고 나타낸다. 천왕성의 내부열은 왜 낮는지는 여전히 이해가 안가는 현상이다. 천왕성의 크기와 구성요소가 쌍둥이 같은 해왕성은 태양으로부터 받는 에너지의 2.61 배를 우주로 방출하지만, 천왕성은 과도한 열을 거의 방출하지 않는다. 스펙트럼의 한 부분인 먼적외선 (즉 열을 뜻함) 천왕성에 의해 방출되는 총 에너지는 대기에서 흡수 된 태양열 에너지의 1.06 ± 0.08 배이다. 천왕성의 열 유속은 단지 0.042 ± 0.047 W / m2이며, 이는 지구의 내부 열 유속보다 약 0.075W / m2 낮다. 천왕성의 권계면(대류권과 성층권 사이)에 기록 된 최저 기온은 49 K (-224.2 ° C; -371.5 ° F)이며 천왕성은 태양계에서 가장 차가운 행성이된다. 차이에 의한 한 가설은 원시의 열이 초대형 임팩터 (태양의 약 5만배)와 충돌하였을 때, 고갈 된 내부 온도가 남았음을 의미한다. 이 충격적인 가설은 또한 행성의 축 방향 기울기를 설명하기위한 몇 가지 시도에서 사용된다. 또 다른 가설은 천장의 열이 표면에 도달하는 것을 막는 천왕성 상부층에 어떤 형태의 장벽이 존재한다는 것이다. 이 충격적인 가설은 또한 행성의 축 방향 기울기에 대한 설명으로도 사용된다. 또 다른 가설은 천왕성의 성층에 존재하는 장층의 형태를 한 것이 내부열이 천왕성 표면으로부터 가는 것을 막는다고 한다. 예를 들어 대류는 샹향 열이 변형되는 걸 억제하는 다른 층의 구조의 장소에서 아마 이중 확산대류가 제한요소일 수 있다.
천왕성의 대기.
천왕성 내부에는 고체 표면이 없는 것으로 생각되지만 천왕성의 기체 외피 가장 바깥쪽 부분에는 원격 탐사가 쉬운 부분이 있는데, 여기를 천왕성의 대기라고 부른다. 천왕성의 대기는 대략 300 km 아래, 압력이 1 바(100 kPa)이고 온도는 320 켈빈인 곳까지 원격 탐사가 가능하다. 미약한 코로나는 1 바 압력의, 명목상의 ‘표면’에서 행성 반경의 두 배 이상 펼쳐져 있다. 천왕성의 대기는 3개의 층으로 나뉜다. 고도 -300 ~ 50 km에 압력 100 ~ 0.1 바(10 MPa ~ 10 kPa)인 대류권, 고도 50 ~ 4000 km에 압력 0.1 ~ 10-10 바(10 kPa ~ 10 µPa)인 성층권, 그리고 고도 4000 km ~ 표면으로부터 50000 km 높이까지 펼쳐진 열권과 코로나층이 그것이다. 중간권은 없다.
천왕성의 대기에는 수소가 약 83%, 헬륨이 15%, 메탄 2% 등이 포함되어 있으며, 반사율이 높은 암모니아와 황이 대기의 깊숙이 있을 것이다. 천왕성의 대기는 태양빛의 적색 파장을 흡수하고 청색과 녹색의 파장 상당량을 반사하기 때문에 전체적으로 청록색을 띤다.
천왕성은 희미한 행성 고리를 지니는데 직경 10미터까지의 어두운 미립자로 구성되었다. 이는 태양계에서 토성 다음으로 두 번째로 발견된 고리이다. 구분되는 13개의 고리들이 현재 알려져 있고 가장 밝은 고리는 엡실론 고리이다. 천왕성의 고리들은 오래 되지 않았을 가능성이 있다. 이들의 투명도의 차이나 틈은 이들이 천왕성과 함께 형성되지 않았음을 시사한다. 고리를 이루는 물질은 고속 충돌이나 조석력으로 인해 부서진 위성이었을 수 있다.
천왕성의 자기장.
천왕성의 기후.
자외선과 가시광선 파장에서 천왕성을 보면, 천왕성의 대기는 다른 거대 가스 행성들과는 달리 매우 고요하며, 쌍둥이격인 해왕성과도 큰 차이를 보이고 있다. 보이저 2호가 1986년에 해왕성을 접근 통과했을 당시, 보이저가 발견한 특이한 구름은 행성 전체에 10개 뿐이었다. 이 ‘특징이 없는 특징’은 천왕성의 내부열이 다른 가스 행성보다 현저히 낮기 때문이다. 천왕성의 대류권 계면에서 가장 낮은 온도는 49 K로, 태양에서 가장 먼 행성인 해왕성보다도 오히려 온도가 낮아 태양계에서 가장 추운 행성으로 기록되고 있다.
구름과 바람.
천왕성은 핵이 수축하지 않아 대기가 매우 안정적이며, 바람이 거의 불지 않는다. 그러나 최근에 여러 구름과 바람이 부는 것이 망원경에 포착되어 관측의 대상이 되었다
계절의 변화.
2004년 3월부터 그해 5월까지의 짧은 기간동안, 천왕성의 대기에 커다란 구름들이 여럿 나타나 마치 해왕성과 같은 모습이 되었다. 관측 결과 229 m/s(824 km/h)라는 기록적인 속도의 바람과 “독립 기념일 불꽃놀이” 만큼 격렬하고 지속적인 뇌우가 발견되었다. 2006년 8월 23일에 우주과학 연구소(콜로라도주 볼더 소재)와 위스콘신 대학교 소속의 연구진이 천왕성 표면의 검은 점을 관측했고, 천문학자들은 천왕성의 대기 활동에 대해 보다 많은 사실을 알게 되었다. 왜 천왕성의 대기 활동이 이렇게 갑자기 급증했는지는 확실히 알 수 없지만, 천왕성의 극단적인 자전축 기울기가 계절별로 극단적인 날씨 변화를 만들어 내는 것으로 보인다. 천왕성 대기에 대한 믿을 만한 데이터가 1 천왕성년인 84 지구년 이상 축적되어 있지 못하기 때문에, 이 계절 변화의 종류를 단정하기는 어렵지만 여러 가지 연구가 진행 중이다. 약 반 천왕성년동안 진행된 광도 측정(1950년대에 시작) 결과 두 개의 분광 대역의 밝기에서 주기적인 변동이 나타났는데, 최댓값은 지점에서 최솟값은 분점에서 나타났다. 1960년대에 시작된 대류권 심층부 마이크로파 측정에서도 지점에서 최댓값이 나타나는 비슷한 주기성이 발견되었다. 1970년대부터는 성층권의 온도 측정이 시작되었는데 이 역시 1986년, 지점 위치에서 최댓값을 보였다.
천왕성의 위성.
천왕성의 위성은 현재까지 28개가 발견되었다. 중요한 5개의 위성으로는 미란다, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론을 들 수 있다. 이 5대 위성들의 이름은 셰익스피어의 희곡과 알렉산더 포프의 시에 나오는 요정들의 이름을 따서 지어진 것이다. 천왕성의 위성계는 4개의 가스 거대 행성중 가장 협소하며, 5대 위성의 총 질량이 해왕성의 위성인 트리톤 하나의 절반도 못미친다. 가장 큰 위성인 티타니아의 크기는 겨우 788.9km이고, 이것은 달의 절반에도 못 미친다. 하지만, 레아라는 토성의 두 번째 큰 위성보다 조금 크기 때문에, 티타니아는 태양계에서 여덟 번째로 큰 위성이다. 위성들은 대부분 상대적으로 적은 알베도(반사율)을 가지고 있으며, 움브리엘의 0.20부터 아리엘의 0.35까지 분포한다. 달들은 50% 얼음과 50%의 석질로 대부분 이루어져있으며, 얼음들은 암모니아와 이산화탄소 등으로 이루어져있음으로 추정된다.
이 위성들중에 아리엘은 적은 충돌크레이터와 함께 가장 표면이 젊고, 움브리엘이 가장 늙은 표면을 가진 것으로 보인다. 미란다의 단층 협곡은 20km정도로 깊으며, 표면 나이와 형질이 혼란스러울 정도로 다양한 위성이다. 미란다의 과거 지질적 활동성은 궤도가 지금보더 더 타원에 가까웠던 때의 조석열때문으로 추정되며, 움브리엘과의 3:1 궤도 공명 구조에 의해 생긴 조석열으로 추정된다. 비슷하게, 아리엘과 티타니아 역시 4:1 궤도 공명을 가지고 있는 것으로 추정된다.
미국 항공우주국의 보이저 2호만이 천왕성을 탐사해보았으며, 다른 탐사 계획 역시 없는 상태이다. 1977년 발사된 보이저 2호는 1986년 1월 24일 천왕성의 대기 최상단으로부터 81,500 km 지점까지 근접하였다. 보이저 2호는 천왕성 대기의 구조와 화학적 성분을 분석하였고, 10개의 새로운 위성을 발견하였으며, 97.77°라는 축 기울기 때문에 생기는 천왕성 특유의 기상 상태를 측정하였고, 고리들과 자기장을 탐사했다. 자기장은 보통과 다른 구조를 보여주었다. 또한 천왕성의 5대 위성을 처음으로 자세하게 연구하였고, 지금까지 알려진 9개의 고리계를 모두 탐사했고, 2개의 새로운 고리를 찾았다.
달은 지구의 유일한 자연위성이고, 태양계의 위성 중에서는 5번째로 크다. 행성의 크기와 비교하여, 자연위성 중 가장 크다. 지구 중심부터 달 중심까지 거리는 평균 38만 4400km로, 지구 30개가 들어가는 거리이다. 이 거리면 태양계 모든 행성을 그 사이에 줄 세우고도 조금 남는다. 지구에서 태양까지 거리(1AU)의 1/389 보다 작다. 달 지름은 지구의 약 4분의 1, 태양의 약 400분의 1인 3,476 km이다. 달의 부피는 지구의 약 1/50 정도이며, 표면 중력은 지구의 약 17%이다. 달은 지구를 약 27.3일에 일주하며(공전 주기), 지구-달-태양의 위치 변화는 29.5일을 주기로 달라지는 달의 상을 만든다.(삭망 주기)
지구에서 가장 가까운 천체인 만큼, 달은 현재까지 인류가 직접 탐험한 유일한 외계이다. 1969년, 인류가 만든 최초 무인 우주선이 달로 보내기 시작하여, 1972년까지 6차례 직접 달을 탐사했다. 이후 달 탐사는 중단했으나, 2000년대에 들어, 달 탐사를 재개하였다. 2020년까지 우주인을 보내는 탐사를 계획했다.
또한, 인도에서 발사한 달 탐사선 찬드라얀 1호가 2009년 9월 26일 달에 있는 물을 발견하였다. 오래 전 소행성이 달과 충돌하여 카모오알레바가 생겼다.
바다.
이 지역은 현무암과 용암대지이기 때문에 상대적으로 검은색과 회색을 띤다. 이 바다는 달의 앞면에서는 31.2%의 면적을 차지하고 있지만 뒷면은 겨우 2.6%를 차지한다. 이 지역은 35억 년전쯤에 생성된 것으로 추정하고 있다. 과거에 갈릴레오 갈릴레이가 달에 바다가 있다고 착각하여 '달의 바다'라고 말한 것에서 유래되었다. 대표적인 바다는 고요의 바다, 위난의 바다 등이 있다.
고지.
달 표면에서 바다를 제외한 밝은 색조를 띠는 곳을 고지라고 부른다. 대륙에는 분화구들이 빽빽하게 모여 있다. 대륙을 이루는 광물은 주로 칼슘과 알루미늄이 많이 함유된 사장석과 비슷하기 때문에 상대적으로 밝게 보인다. 약 45억 년 전쯤에 생성된 것으로 추정하고 있다.
크레이터.
크레이터는 달에서 흔한 지형이다. 대부분의 크레이터들은 충돌로 생겨났으며, 지름 1 km 정도의 작은 분화구는 화산폭발로 생성되었을 가능성이 있다고 추측된다. 상대적으로 달의 앞면(지구에서 보이는 달의 면)보다 뒷면에 더 많다. 크레이터들 중에서는 광조가 나타나는 것이 있는데, 그중 대표적인 광조가 있는 크레이터는 티코, 케플러, 코페르니쿠스이다.
산과 산맥.
달의 표면이 움푹 파인 곳을 계곡이라고 한다. 대표적인 계곡으로 슈뢰터 계곡이 있다.
달의 내부 구조.
지구의 내부 구조는 지진파의 연구를 통해 알아 내며, 달은 달궤도를 돌고 있는 인공위성과 지진파로 파악한다. 달의 내부 구조는 아폴로 11호가 월진계를 설치한 뒤부터 내부성질을 알아 냈다.
달의 내부는 크게 표면, 맨틀, 핵, 이렇게 세 부분으로 나뉘어 있다. 표면의 두께는 평균 70km이고,(고지대 약 100 km,저지대나 바다 약 60 km) 핵의 반지름은 300~425 km 사이, 나머지 부분은 맨틀을 이루고 있다. (달의 평균 반지름 1740 km) 달의 핵은 달 전체 질량의 2% 미만을 차지하고 있다고 추측하고 있다.
밝기.
알베도의 가장 간단한 형태의 정의는 람버트 알베도이다. 람버트 알베도란 람버트 표면을 가진 행성에서의 알베도이고, 람버트 표면이란 입사된 방향과는 무관하게 등방으로 반사되는 이상적인 표면을 의미한다. 행성이나 위성이 만약 람버트 표면으로 되어 있다면, 어느 방향에서나 같은 반사광이 측정된다. 그러나 달의 표면은 람버트 표면으로 이루어져 있지는 않다. 이 말은 달을 바라보는 방향에 따라 그 밝기가 바뀐다는 뜻이기도 하다. 물론 위상에 따라 그 밝기도 변하는 것도 사실이지만, 상현이나 하현일 때(-9.9등급) 보이지 않는 부분은 보름달(-12.6등급)의 1/2인 데 반해 실제 밝기는 보름달의 1/12으로 줄어드는 것을 봐도 그렇다. 이렇게 보름달일 때가 다른 위상의 달의 밝기보다 급격히 밝아지는 현상을 가리켜 충효과라고 부른다.
달의 기원설.
달의 기원에는 여러 가지 설이 있으나 구체적인 가설은 4가지가 있다. 분리설, 동시생성설, 포획설, 충돌설이며, 주장된 시기 순으로 나열되어 있다.
쌍둥이설.
원시지구를 돌고 있던 많은 미행성들이 뭉쳐 그 미행성들이 지구와 달을 생성하였다는 설이다. 그러나 실제로는 지구에 비해 달의 철분이 부족하다는 점이 문제로 제기되고 있어 설득력이 떨어진다.
포획설.
분리설.
충돌설.
지구 형성 초기에 화성만한 크기의 천체 테이아가 충돌해 두 천체가 합체하고, 그 충격으로 합체한 천체의 일부가 우주 공간으로 날아가 지구 주위를 회전하면서 기체와 먼지 구름을 형성하게 되었는데, 이것이 모여 달을 형성하게 되었다는 설이다. 컴퓨터 시뮬레이션으로 그 가능성이 입증되었다(현재 가장 유력한 설인 이유). 또한 이 설은 달 암석의 화학 조성의 특징(지구와 매우 유사함)에 대해서도 잘 설명해 주기 때문에 가장 유력한 학설이다. 특별히 지구와 충돌 각도가 이상적인 45도가 되어 지구와 달이 공존하는 결과를 만들어서 지구에 절대적인 영향을 주게 되었다고 한다. 그러나 테이아도 외부 천체이기 때문에 테이아와 지구의 구성 성분도 다를 수 있다는 문제점도 있다.
지구와의 관계.
달은 지구와 45도 각도로 충돌함으로써 지구의 중력에 끌려 지구를 도는 위성이 되었다. 이런 인연으로 인해 달은 지구에게 엄청난 영향을 주고 있으며 실제로 태양만큼이나 지구에 없어서는 안되는 소중한 천체이다. 달이 없다면 지금 지구의 생명체가 존재할 수 없으며 달로 인해 생명의 움직임이 활발하게 되었다.
달의 궤도.
달은 지구에서 가까운 곳에 있기 때문에 직접 삼각 측량에 의해 거리를 측정할 수가 있다. 지구상의 떨어진 두 지점에서 동시에 달의 위치를 관측하면 시차를 측정할 수 있기 때문에 거리도 구할 수 있다.
달은 지구에서 약 38만 5천km 떨어진 곳에 있으며, 지구의 주위를 돌고 있다. 달이 지구 주위를 돌고 있는 것은 달과 지구 사이의 만유인력 때문이다. 태양이나 다른 행성에서 오는 인력도 작용하지만 그다지 크지 않기 때문에 무시해도 된다. 따라서 근사적으로는 달의 운동은 2체 문제이며, 달의 궤도는 타원이 된다.
달의 반지름은 지구 반지름의 약 4분의 1이며, 질량은 지구 질량의 1/81.3이고, 달과 지구의 공통 중심은 지구 내부에 있다. 달 궤도의 반지름은 38만 4,400km이며, 이것이 달과의 평균 거리가 된다.
달 궤도의 이심률(離心率, e)은 0.05488이며, 지구와 달의 거리는 36만 3,300km에서 40만 5,500 km 범위에서 변화한다. 이는 상당히 큰 변화이며, 달 사진을 여러 장 찍어 비교해 보면 상(像)의 크기가 다르다는 것을 확인할 수가 있다.
달의 궤도면은 황도에 대해 5°9′기울어져 있다. 이로 인해 태양에서의 우력(偶力)이 작용하여 궤도면이 18.61년 주기로 방향을 바꾼다. 또 천구상의 달의 궤도를 백도라고 한다.
상대적인 크기.
달은 지구와 비교해 볼 때 상대적으로 작다. 지구는 달의 1.6배이며 지구 지름의 1/4 이고 지구 질량의 1/81이다. 비록 왜행성인 명왕성의 위성 카론에 비해서는 작지만, 태양계에서 행성(지구)과 위성(달)의 크기 비가 가장 큰 위성이다.
그러나 지구와 달은 여전히 이중행성계보다는 지구-위성 관계로 여겨진다. 왜냐하면 지구와 달의 무게중심이 지구표면 아래 1700 km(지구반지름의 1/4)에 위치하기 때문이다.
지구에서 본 모습.
달은 석탄과 비슷한 반사율을 보이며 상대적으로 작은 알베도를 갖고있다. 그럼에도 불구하고 달은 태양 다음으로 하늘에서 두 번째로 밝은 물체이다.
이것은 부분적으로 반대효과(opposition effect)의 밝기향상 때문이다. 달이 1/4일때, 보름달 일때의 1/10 정도의 밝기이며 반달의 1/2정도의 밝기이다.
부가적으로 시각계에서 색의 항상성은 물체와 그 물체 주위의 색깔 관계를 재조정한다. 따라서 둘러싸고 있는 하늘이 비교적으로 어둡기 때문에 햇빛 비치는 달을 밝은 물체로 인식한다. 주연 감광없이 보름달의 끝부분은 달의 중심만큼 밝아 보인다. 이는 어느 방향보다도 태양쪽으로 더 많은 빛을 반사하는 달의 토양의 반사적인 특징 때문이다. 달은 지평선에 가까워질 때 더 커보인다. 그러나 그것은 BC 7세기에 처음으로 묘사된 달의 착시라고 알려진 단순한 정신적 작용이다.
달의 위상변화.
달과 지구는 태양 빛을 받고 있기 때문에 달의 모양은 지구와 태양과의 상대 위치에 따라 달리 보인다. 이렇게 달이 달라 보이는 것을 위상 변화라고 한다. 이러한 변화는 달, 지구, 태양의 상대 위치가 바뀌면서 달이 지구 쪽으로 반사하는 태양 빛의 양이 변하기 때문에 생긴다. 달, 지구, 태양의 상대 위치가 규칙적으로 바뀌기 때문에 달의 위상변화도 규칙적으로 일어난다. 초저녁 서쪽하늘에 오른쪽만 밝은 얇은 초승달로 시작해서 점점 커져서 반달이 되고 보름달이 된다. 그 후에 새벽에 동쪽하늘에 왼쪽만 밝은 가느다란 그믐달이 된다.
개기월식과 부분월식.
달이 보름달이 되면 태양과 지구와 달의 위치가 태양-지구-달 이 되는데,이때 지구의 그림자가 달을 가리면서 일어나는 것이 월식이다. 개기월식은 달의 전체를 가린 것을 말한 것이고, 부분월식은 달이 완전히 가려지지 않은 월식을 말한다. 개기월식이 일어났을때, 태양빛이 달에 반사되는 경우가 있는데, 그것을 레드문(또는 옐로문)이라고 한다.
달 탐사.
로켓 동력에 의한 우주 개발이 시작된 이래 그 주요 목표의 하나는 달의 탐사였다. 1957년 스푸트니크 1호 인공위성이 궤도를 돌고 난 이후, 미국과 구소련은 달 탐험을 목표로 우주개발 경쟁을 벌였다. 이후 한동안 달 탐사가 중지되었으나, 2000년대 중반부터 일본·중국·인도를 중심으로 다시 재개되었다.
2020년부터 세계 각국에서 달 유인 기지를 건설하려는 계획이 활발하다. 유럽우주국, ESA의 국장 디트리히 뵈르너는 미 우주 심포지움에서 달 정거장 건설을 강하게 어필하기도 하였다.
미국은 1958년 달을 목표로 파이어니어 1호를 발사했으나, 달까지 비행하는 데에 실패하고 2호도 다시 실패로 끝났다. 이후 달 탐사에서 1961년 8월 23일 발사된 탐사 우주선 레인저 1호에서 6호까지 계속 실패하였다.
1964년 7월 28일에 발사한 제7호에서 텔레비전 카메라에 의한 달면 관측에 성공, 달에 충돌할 때까지 4,308장의 월면 사진을 지상으로 보냈다. 1966년 5월 30일에는 서베이어 1호를 발사하여 월면에 연착륙시켰고, 또한 루나 오비터 1호도 같은 해 8월에 달 상공을 도는 위성이 되었다. 1967년 11월 7일에 쏘아올린 서베이어 6호는 월면에 연착륙하고 나서 역추진 로켓을 작동시켜 다시 이륙, 장소를 다른 곳으로 옮기는 등의 복잡한 실험에 성공하였다.
아폴로 계획.
아폴로 계획은, 1961년부터 1972년까지 미국항공우주국을 중심으로 진행된 달 탐사계획이다. 1968년 10월 12일, 3명의 우주 비행사를 태운 아폴로 7호를 케이프 케네디 우주센터에서 발사하여 달 비행 연습을 위해 11일간 지구를 돌면서 우주선의 성능과 조작을 테스트했다. 새턴 1B형으로 발사했고, 후에 더 큰 새턴 V가 사용되었다.
1968년 아폴로 8호는 최초로 사람을 태우고 달 주위를 돌았다. 총 10번 선회한 뒤 지구로 귀환하였다. 1969년에는 유인 우주선 아폴로 11호가 달에 착륙하였고, 승무원 닐 암스트롱이 달에 첫 발을 딛고 지구로 귀환하였다.
아르테미스 계획.
아르테미스 계획은 미국 항공 우주국과 함께 유럽 우주국, 일본 우주항공연구개발기구, 캐나다 우주국이 협력하여 유인 달 탐사와 이후 유인 화성 탐사를 목적으로 하는 계획이다. 2017년부터 현재 진행 중이다.
2022년 아르테미스 1호 미션에서 SLS 로켓으로 오리온 우주선을 무인 발사하여 둘의 성능을 확인하였다. 다음 미션은 2024년에 예정되어 있는 아르테미스 2호이며 유인 발사 미션이다.
구소련.
루나 계획.
1959년 1월 2일에 구소련이 쏘아올린 루나 1호는 달면에서 약 6,000 km 떨어진 곳을 통과하였고, 같은 해 9월 12일에 발사한 루나 2호는 인공 물체를 월면에 충돌시켰다. 역시 같은 해 10월 4일에 비행한 루나 3호는 그 때까지 인간이 바라본 적이 없는 달의 뒤쪽을 사진으로 촬영하여 지상으로 전송하는 데 성공했다.
1965년 5월 9일에 발사한 루나 5호로 월면에 관측선을 연착륙(軟着陸)시키려 했으나 실패하여 달에 충돌했다. 이듬해인 1966년 1월 31일에 지구를 출발한 루나 9호는 착륙에 성공하여 월면에서 텔레비전 카메라 등으로 관측을 하고 3일간에 걸쳐서 데이터를 지구로 보냈다. 같은 해 3월 31일에 구소련이 쏘아올린 루나 10호는 처음으로 달 주위 궤도를 도는 위성이 되어 상공에서 월면을 탐사하는 데에 성공했다.
소비에트 연방과 미국에 의해 여러 차례 상징적인 깃발이 뿌려지거나 꽂혔지만, 어느 나라도 달표면의 일부에 대한 소유권을 주장하고 있지 않다. 러시아와 미국은 달을 공해(公海)와 같은 관할로 여기는 '우주 조약(Outer Space Treaty)'에 가입하고 있다. 이 조약은 또한 달을 평화적인 용도로 사용하도록 제한하여, 군사시설이나 핵무기를 포함한 대량살상을 위한 무기를 설치할 수 없게 되어 있다.
달은 인류의 생활 전반에서 큰 영향을 주었다. 달은 밤을 밝혀주는 가장 밝은 빛이며, 차고 기우는 주기를 갖고 있다. 음력은 달을 기준으로 하며, 양력의 달(월)의 명칭과 기간, 월요일()의 명칭도 달에 기원하였다.
일반적인 인식.
달과 관련된 다양한 전설이 있다. 달의 바다와 육지가 만들어내는 모양에 대한 상상도 다양하다.
달의 명칭.
서부 전선은 제1차 세계 대전 중, 프랑스와 벨기에의 전선이었다. 이로 인해 프랑스 동북부, 벨기에 전역은 폐허가 되었고 많은 사람이 학살되거나 다치거나 자살하였다.
1914년 전쟁 개시와 더불어 독일은 예정된 작전계획에 따라 벨기에를 돌파, 프랑스에 침입하였으나, 마른 전투에서 패배하자 양군은 대치하여 장기전으로 들어갔다. ‘서부전선 이상없음’이란 발표는 그 당시 매일처럼 보도되었다. 1918년 3월부터 11월에 걸쳐 루덴도르프의 작전으로 독일은 5차에 걸쳐 공격을 가하였으나, 연합군의 선전과 미국의 참전을 계기로 역공세를 취하여 사실상의 승리를 거두었다. 제2차 세계대전 때에도 같은 이름의 전선이 있었다.
이 문서에서는 제1차 세계 대전의 서부 전선의 상황을 다룬다. 자세한 전투의 상황은 아래의 표를 참고하라.
1914년.
육전.
헬무트 폰 몰트케가 지휘하는 독일 참모 본부는 바보라도 해낼 수 있을 정도로 완벽하다고 믿는 계획을 갖고 있었다. 1905년 탁월한 전략가 알프레드 폰 슐리펜 백작이 작성한 청사진에 기초한 이 작전 계획은 7개 군 병력을 투입하여 서부 전선에 일대 공세를 취하도록 되어 있었다.(나머지 1개 군은 요새화된 동부 프로이센에 배치, 러시아군의 침공을 저지시키도록 되어 있었다.)
공격군의 우익을 맡은 5개 군은 메스-티온빌 지역을 축으로 크게 반원을 그리며 서진하거나 남하하여 벨기에 혹은 프랑스로 들어가며 좌익을 맡은 2개 군은 메츠-티온빌 남쪽의 프랑스군을 공격, 알자스-로렌 지방에서 포위 섬멸하기로 되어 있었다. 최북단에 위치한 2개 군은 중립국인 벨기에를 거쳐 방어가 취약한 프랑스-벨기에 국경선을 돌파, 프랑스 영내로 진격한 후 크게 서쪽으로 선회하여 파리 남쪽으로 돌아서 프랑스군의 배후를 찌른다는 계획이었다. 모든 것이 예정대로 된다면 프랑스는 6주일이면 패배한다는 계산이었다.
이 작전은 거의 성공할 뻔했다. 독일군 총동원이 진행되고 있을 때인 8월 5일 한 특수부대가 리에지에 있는 벨기에 국경 요새를 공격했다. 이틀 후 시와 내성은 함락되었지만, 벨기에 방어 부대는 외곽을 둘러싼 요새에서 항전하며 투항을 거부했다. 독일군은 거포를 동원한 포격으로 외곽 요새를 하나씩 하나씩 파괴해 나갈 수밖에 없었다. 최후의 요새가 함락된 것은 8월 16일이었다.
그제야 리에지를 통과하는 도로가 뚫려 독일군은 벨기에로 밀고 들어갔다. 벨기에의 잔여 병력은 독일 공격군의 외곽선 밖으로 후퇴하여 안트베르펀 주위에 포진했다.
한편 프랑스군 총사령관 조셉 조프르 대장은 자신의 기본 계획을 실천하기 시작했다. 모두 5개 군이 전선에 배치되었다. 그중 4개 군은 알자스-로렌 지방의 메츠-티온빌 요새 진지의 북쪽과 남쪽에서 독일군에 대한 일대 공세를 가하기로 되어 있었다. 나머지 1개 군은 예비 병력으로 남겨 두었다. 공격이 성공하면 전과를 더욱 높이기 위해 투입하고, 그럴 것 같아 보이지 않았지만 만약 독일군이 벨기에로 침공해 올 경우에는 전선을 북쪽으로 연장하는 데 사용하기 위해서였다.
조프르 대장은 독일군의 주력부대가 알자스-로렌으로 쳐내려올 것이라고 확신한 나머지, 벨기에에 적의 대병력이 집결하고 있다는 보고에 대해 즉각적인 반응을 보이지 않았다. 그러나 8월 15일 그는 제5군에게 명령을 내려 상브르강과 뫼즈강 사이의 벨기에 국경 지대에 포진하도록 했다. 그보다 북쪽에는 존 프렌치경 휘하의 소수정예 영국 원정군(BEF)이 8월 20일에 르카토 지역에 도착했다. 조프르는 진격해 오는 독일군에 대한 양국군의 협동 공격을 명했다. 그러나 그는 독일 우익군의 병력을 과소평가했다. 결국, 독일군의 진격은 저지되지 못했다.
그런데 갑자기 전세는 마른강에서 역전되었다. 영국과 프랑스 측의 행운과 결단력, 그리고 독일 측의 자만과 오판, 불운이 빚은 결과였다. 연합군의 공격이 실패하자 조프르는 마른강으로의 후퇴를 명하고 그쪽 전선을 고수할 수 있도록 강력한 병력을 집중 투입했다. 한편 몰트케는 적의 공세를 유린한 데 만족하고 우익 측면에 배치했던 공격 부대에서 2개 군단을 빼내어 동부의 러시아 전선을 보강시켰다. 이 결정으로 서쪽 날개를 맡았던 독일군의 귀중한 병력이 빠져나갔다(제1차 마른 전투 참조.).
그렇지 않아도 벨기에 요새를 포위하기 위해 수개 군단이 뒤에 처진 까닭에 독일군은 병력이 부족한 상황이었다. 몰트케가 안은 문제는 그의 허술한 지휘 방법, 통신 체제의 마비로 더 악화되었다. 그 결과 몰트케 참모총장은 그때그때 자신의 병력이 어디 있는지 그 위치를 알지 못하여 각 부대의 진격을 통제 조정할 수 없었다. 자기 휘하의 일선 지휘관에게도 사활이 걸린 중요한 정보를 제대로 전해 줄 수 없었다. 게다가 병사들은 벨기에에서 묶여 지연된 날짜를 메우려고 거듭된 강행군과 악화된 보급품 부족으로 기진맥진한 상태였다.
9월 6일부터 9월 9일까지 마른강에서 영국과 프랑스 연합군은 독일의 공세를 저지하고 그들을 엔강으로 쫓아 버렸다. 첫 5주간의 전투에서 모든 교전국은 50만 이상의 병력을 잃었다. 독일군은 프랑스 수도인 파리 부근까지 진격해 택시를 징발하여 병력을 전선으로 실어 날랐다. 그러나 독일이 단기간에 승리를 거둘 가능성은 사실상 무산되었다.
10월과 11월에 걸쳐 전선은 도버 해협의 해안까지 확대되었고 10월 9일에는 안트베르펀이 실함되었다. 그러나 대부분의 벨기에군은 탈출에 성공, 플랑드르(플란데런) 지역에서 영국 원정군과 합류하여 1개월간 계속된 제1차 이프르 전투에서 수적으로 우세한 독일군과 여러 차례 격전을 벌였다. 11월 말 전선은 스위스 접경의 벨포트에서 영국 해협까지 뻗어 있었다.
대영 제국과 독일 제국의 해군은 제해권을 놓고 도처에서 경쟁을 벌이고 있었다. 최초의 전투는 전쟁이 일어난 첫 번째 주일에 지중해에서 일어났다. 영국의 지중해 함대를 피하기 위해 독일 제국 해군성은 전투 순양함 괴벤호와 괴벤호를 호위하는 경순양함 브레슬라우 호에게 즉시 중립국인 오스만 제국의 수도 콘스탄티노플로 직행하라는 명령을 내렸다.
독일 군함들은 영국 함대를 철저하게 피하여 피해 없이 다르다넬스 해협으로 들어섰다. 그곳에서 2척의 군함은 오스만 제국에게 매각되었다. 오스만 제국은 영국에서 건조 중이던 2척의 오스만 제국 전투함을 영국이 정당한 이유 없이 억류한 사실에 분노하고 있던 터였다. 순양함 괴벤호의 오스만 제국으로의 도주는 오스만 제국이 11월초에 독일을 지원하고 참전하는 길을 열어 주었다.
다른 해역에서는 독일의 해상 기습 부대가 영국의 상선단을 찾아 일대 타격을 입혔다. 10월 중순까지 그들은 영국 및 그 동맹국의 선박을 40척 이상 격침하거나 나포했다. 한편 영국과 그 동맹국 해군은 태평양의 독일 기지들을 점령하고, 독일의 동아시아 함대가 그 모항인 칭다오에서 빠져 나오지 못하도록 봉쇄했다.
독일 동아시아 함대의 함대 사령관 막시밀리안 폰 슈페 장군은 모국으로 귀항하기로 결정했다. 귀로에 오른 그는 11월 1일 칠레 근처 코로넬에서 영국 군함 2척을 격침시켰다. 그러나 그 뒤부터 해상에서의 독일의 운이 기울기 시작했다. 영국은 기습 공격을 일삼던 독일 함들의 대부분을 추적 나포했으며, 12월 9일 포클랜드 섬 근해에서 벌어진 치열한 해전에서 영국 해군은 슈페의 동아시아 함대를 전멸시켰다.
1915년~1917년.
1914년 9월의 마른 전투는 전쟁의 양상이 종래의 대열 행진과 정면충돌의 결전에서 악몽 같은 참호전으로 뒤바뀌는 전환점이 되었다. 연합군의 마른 공세로 인하여 단기간의 승리를 거두는 데 실패한 독일군은 일단 후퇴하여 스위스 접경 벨포트에서 북해에 이르는 전선을 따라 철통같은 방어선을 구축했다. 첫 5주일 동안에 전투에서 빼앗은 벨기에와 프랑스 영토를 고수하기로 결심한 그들은 정교한 참호선과 지하 통로, 대피호와 철조망 뒤에서 수비 태세에 들어갔다.
참호전은 교묘한 착상의 독창적인 전법이었다. 또한 엄청난 살육을 가져오는 전쟁 방식이었다. 참호에 들어박힌 독일 병사들은, 할 수 없이 자기네가 파놓은 참호 속에서 뛰어나와 대치한 양군 사이의 무인 지대를 가로질러 진격을 시도하는 연합군의 공격 부대를 조준 사격으로 쓸어버릴 수 있었던 것이다. 일제히 퍼붓는 기관총과 박격포, 야포의 사격으로 목표 지점에 도달해 보지도 못하고 모든 연대 병력이 궤멸하기 일쑤였다. 그와는 대조적으로 참호에서 지키고 있는 수비 부대의 인명 피해는 처음에는 비교적 경미했다. 영국군의 한 이등병은 “참호를 방어하는 10명이 그것을 빼앗으려고 달려드는 50명의 공격을 쉽게 저지할 수 있었다.”라고 말했다.
독일군의 방어선이 두터운데다 적의 포 공격으로 황폐화된 무인 지대를 건너는 것은 ‘자살 행위’라고 불렸다. 그러나 독일군의 전선이 연합군의 방위 진지 쪽으로 불쑥 튀어난 돌출부에 다소 취약한 점이 있었다. 프랑스군과 대영 제국의 군인들은 정면 공격이 아닌 협공을 할 생각이었다. 프랑스군과 영국군의 지휘관들은 바로 그런 지점에서 연합군에게 결정적인 승리를 가져다 줄 대돌파 작전을 펼 생각이었다.
하지만 실제로 양국의 지휘관들은 새로운 전쟁에 전혀 적응하지 못했는데, 당시 지휘관들에게 전쟁이라는 개념은 나폴레옹 전쟁의 워털루 전투와 그 이전 사태의 기억에 바탕을 두고 있었고 대부분의 일선 장교들은 기병에 의해 수행되는 돌격전을 열망했다. 러일 전쟁과 보어 전쟁에서 새로운 병기들의 활약상은 그야말로 철저하게 무시되었다. 기계보다는 사람을 더 믿는 이러한 생각은 특히 영국, 프랑스 군에서 두드러졌는데, 조프르원수는 1912년 다음과 같은 발언을 하였다."전통을 회복한 프랑스 군대는 이제 공세 이외의 다른 어떤 법칙도 모른다. 적을 섬멸하기 위해 보병을 적진에 돌진시키겠다는 확고한 결의 속에서 극단적으로까지 수행될 것이다" 공세에 대한 이러한 광신적이기까지한 믿음은 1907년의 영국 기병대 훈련 교범에서 절정에 이른다 "라이플이 아무리 우수하다고 해도 말의 속도, 돌격의 매력, 차가운 강철의 공포가 불러일으키는 효과를 대체할 수 없다는 점을 원리로써 인정해야한다."
이러한 연합군 장성들의 생각은 곧 엄청난 양의 소모적인 돌격전을 불러왔다. 1914년 9월경에 프랑스에서 펼쳐진 오트뫼르트 전투에서는 생레오나르 - 쉬르 - 수쉬의 반격전에서 모든 공격 연대가 평균 800명의 사망자를 냈다. 1915년 6월 6일 아르곤 공세에서 바가텔 구역을 담당한 제3군 소속 제 8보병대대가 대령 한명, 위관장교 3명, 200명미만의 사병으로 줄어드는 사태가 발생하였다. 당시 제3군 사령관이였던 사라이(Sarrail) 장군은 상부로 보내는 보고서에 이렇게 적었다"1월 8일 이후로 우리 군대는 아르곤에서만 군단의 절반에 이르는 숫자인 장교 1,200여명과 사병 8만 2천여명을 잃었다."
하지만 1915년 영국군 사상자 규모는 훨씬 더 심각했다. 1915년 4월 이프르 2차 공세 과정에서 제149여단은 장교 42명 사병 1,912명을 잃었는데, 이는 전체 부대원의 4분의 3에 해당하는 규모였으며, 제10여단은 장교 73명과 사병 2,346명을 잃고 사실상 전멸했다. 이보다 한달 후인 5월 오베르 고지 전투에서 10개의 독일군 중대와 23정의 기관총이 3개 여단 전원이 투입된 공격을 깨끗하게 분쇄했다. 이후 9월에 발생한 루스 전투의 괴멸 상황은 그야말로 처참한 수준이였다 최초 전투 개시 2시간만에 영국군은 1944년 노르망디 상륙작전 하루 동안 연합군측의 육해공 3군이 잃은 병력보다 더 많은 병력을 잃었다. 15사단은 병력은 60퍼센트를 잃었고 휘하 대대 대부분이 이름만 남은 상황으로 전락했다. 전투 둘째 날 1만명 수준으로 편성된 12개 대대가 공격을 단행했고, 교전 3시간 반 만에 그들은 장교 387명 사병 7,816명을 잃었다.
1916년 7월 1일 솜 공세 첫날에 벌어진 사상자 수는 정말이지 소름이 끼칠 지경이었다. 제8사단 소속의 두 개 연대 전체가 오비예 주위로 포진한 독일군 기관총 사수들에게 몰살당했는데, 전투개시 1시간여만에 이 사단은 장교 300명 가운데 230명을 사병 8,500명 중 5,812명을 잃었다. 이에 맞선 독일군 수비대는 300명 미만의 병력을 잃었을 뿐이였다. 전투 개시 이후 2주차까지 영국군은 매일 1개 사단규모인 1만 명의 병력을 잃고 있었다. 이후로도 하루 평균 사상자 수가 2,500명 선이었다.