우주에 관한 연구

천문학은 인간이 하늘에 대하여 관심을 가지면서 동·서양의 양쪽에서 가장 일찍 태동한 학문 중의 하나이다. 동·서양을 막론하고 농사와 날씨 예견 그리고 해양, 지리 관측과 측량이 그 주요 동기라고 볼 수 있다. 어떤 지역에서는 스톤헨지처럼 천문학적 목적을 가진 것으로 추정되는 거대한 유적이 건설되기도 했다. 제사 같은 종교적 목적 외에도 이러한 천문대들은 1년의 길이를 재거나, 매해 일정한 시기에 농사를 짓고, 수확하기 위해 하늘을 관측하는데 쓰였을 것으로 추정된다.

천문학의 영어 단어인 astronomyfmy는 ‘별’과 ‘이름을 붙이다’라는 뜻하는 그리스어의 단어가 결합하여 생겼다. 별들의 이름이 그리스어에서 비롯된 부분은 그리스인들이 최초로 체계적인 항성목록을 만들었기 때문이다. 이륜의 초기 문명에서는 밤하늘에서 별들의 위치를 기억하기 위해 별자리를 정하여 이름을 붙인 경우가 많았다. 별들의 이름은 별자리에서 차지하는 위치에 따라 정해지고 밝기에 따라 등급이 정해졌다.

천문학은 인간이 하늘에 대하여 관심을 가지면서 가장 일찍 태동한 학문 중의 하나이다. 선사 시대의 여러 문명들은 피라미드, 스톤헨지 같은 천문학적 유물들을 남겼으며, 바빌론, 그리스, 중국, 인도, 이란, 마야 문명 같은 동서양의 초기 문명들은 밤하늘에 관한 많은 관측기록을 남겼다. 그러나 망원경이 발명됨으로써 천문학은 현대 과학으로 발전을 하였다. 역사적으로 천문학은 측성학, 역법, 천체 항법, 그리고 심지어 점성술까지 수많은 분야들을 포함했었는데, 현대의 천문학은 물리학, 화학, 공학 등을 이용한다. 중력파를 측정한 LIGO나 허블 우주망원경, 지구스케일로 분포하여 아주 큰 하나처럼 작동하는 전파 망원경, 웹스터 망원경 등 우주를 관측하는 장비 제작은 공학적으로 도전적인 일이다. 또한 천체의 움직임에서 가장 비중이 큰 힘은 중력이므로 일반상대론을 많이 이용하며, 별의 핵융합, 중성자별, 블랙홀, 퀘이사 등의 연구에는 물리학과 화학의 여러 분야를 쓰고 있다.

초기의 관측자들은 태양, 달, 별의 주기적 운동을 바라보면서, 천체 운동의 반복성을 기초로 하여 하늘을 시계와 달력으로 만들 수 있다는 사실을 깨달았다. 영국의 스톤헨지나 중앙아메리카에 있는 마야의 피라미드 같은 고대 축조물은, 적어도 6000년 전에 이미 관측 천문학이 시작되었다는 증거가 된다. 그리고 거의 모든 문명에서 하늘의 일정한 운동을 보고 나라의 큰일을 결정하는 관습이 있었다. 천체 운동의 규칙성이 어떤 초월적 존재의 계획을 알리는 징조라고 생각했기 때문이다. 어떤 고대 문명에서는 일식 현상을 용이 태양을 먹는 것이라고 믿고 용을 쫓기 위해서 큰 소음을 내기도 했다.

17세기를 전후하여 발명된 망원경으로 천문학은 더 멀리 볼 수 있게 되었고, 20세기에 이르는 시기에 발전된 역학, 전자기학 및 상대성 이론과 같은 현대 물리학의 업적은 천문학과 서로 도움을 주고 받으면서 새로운 장을 열었다. 20세기에 접어들어 인간은 지구를 벗어나 우주 공간에서 우주를 관찰·탐험하는 경지에 이르렀다.

사람들은 기원전 2000년부터 굽은 유리 조각이 물체를 확대해서 보여주는 성질을 가지고 있음을 알았다. 기원전 5세기에 그리스의 철학자인 아리스토파네스는 물을 채운 유리 공을 써서 그의 원고의 작은 글씨를 확대해서 보았다. 13세기 중엽에 영궁의 철학자이자 과학자인 베이컨은 유리 구나 수정 수의 분할 부분을 작게 할수록, 그것은 작은 물체를 더 선명하고 더 크게 보이도록 만들어 준다 하로 주장했다가, 동료들에게 위험한 마술사로 낙인찍혔다. 과학자들인 렌즈를 조합해서 망원경을 만들기 전까지 베이컨에 대한 오해는 풀리지 않았다. 망원경이 처음 발명되어 사용되던 당시에는 두 종류의 망원경이 있었다. 굴절망원경은 렌즈를 써서 빛을 휘어지게 하는 망원경이다. 반사망원경은 반사경을 써서 빛을 반사함으로써 관찰자가 볼 수 있도록 하는 망원경이다. 천문학은 시계, 지도, 항법위성이 발명되기 전에는 어떤 방법으로 시간과 위치를 알았을까? 옛날 사람들은 하루의 길이가 일정하고 별이 규칙적으로 움직이는 등, 자연 관측을 통해서 얻은 사실과 지구가 둥글다는 가정을 통해서, 일상생활에 필요한 계산을 할 수 있었다. 고대 그리스인들은 태양이나 별의 고도를 계산함으로써 지구의 모양과 크기를 이해하기 시작했다. 그들은 이러한 방법으로 자신이 있는 장소의 위도를 알 수 있었다. 고대 그리스인들은 구 위에 좌표를 표시함으로써 자신이 지구 상에서 어디에 있는지 알 수 있었다. 또한 해시계를 사용함으로써 하루 중의 시간을 계산할 수 있었다.