천문학의 역사

사람들은 항상 하늘에 매혹되어 왔다. 기원전 14세기경에 중국의 천문학자들은 별의 위치를 도표로 만들고, 일식과 월식 현상을 기록했다. 기원전 8세기경 바빌로니아인들은 행성이 언제 태양에 가장 가까이 있거나 멀리 있는지를 예측할 수 있었다. 또한, 그들은 여러 천체가 일 년 중 어느 때에 나타나서 사라지는지도 예측했다. 고대 이집트인들은 시리우스의 위치를 기록해 봄이 시작되는 때를 정했다.

 

첫번째, 그리스의 천문학을 살펴보자.

그리스의 철학자와 과학자들은 중요한 천문학적 사상을 크게 발전시켰다. 기원전 6세기에 활동한 피타고라스는 지구가 둥글다고 주장했다. 또한 피타고라스는 우주 전체의 성질과 구조에 대한 연구를 하여, 초기의 우주론 체계를 발전시켰다. 기원전 370년경에 에우독소스는 행성, 태양, 달, 별이 지구 주위를 돈다고 가르쳤다. 기원전 4세기의 철학자인 아리스토텔레스는 자신의 철학 체계로 천동설을 끌어들였다. 비슷한 시기에 헤라클리데스는 천체가 서족으로 움직이는 것처럼 보이는 이유는 사실은 지구가 축을 중심으로 동쪽으로 회전하기 때문이라고 주장했다. 또한 헤라클리데스는 수성과 금성은 지구 주위를 도는 것이 아니라 태양 주위를 돈다고 주장했다. 기원전 3세기에 아리스타르코스는 한 걸음 더 나아가 지구를 포함한 모든 행성이 태양의 주위를 돈다고 주장했다. 헤라클리데스와 아리스타르코스는 그 시대로서는 너무 앞선 인물들이었기 때문에, 그들의 주장만으로 천동설을 변화시키기에는 부족했다. 기원전 125년경에 천문학자인 히파르코스는 자신이 볼 수 있는 별을 밝기에 따라 분류했다. 오늘날 사용하는 별의 등급 체계는 히파르코스의 분류를 수정한 것이다.

 

두번째, 천동설을 살펴보자.

서기 2세기에 이집트의 알렉산드리아에 살던 프톨레마이오스는 아리스토텔레스와 히파르코스의 이론을 더욱 발전시켰다. 프톨레마이오스는 [알마게스트]라는 책에 자신의 사상을 표현했는데, 이는 히파르코스를 비롯해 초기 그리스 천문학자들의 생각을 요약, 정리한 것이다. 프톨레마이오스의 천동설은 막대한 영향력을 행사했다. 천문학자들은 거의 1500년 동안 프톨레마이오스의 사상과 행성 운동표를 받아들였다. 이 기간 동안 유럽인들은 천문학에 거의 관심을 갖지 않았다. 그러나 아프리카 북부지역과 중동에 있는 아라비아의 천문학자들은 꾸준히 하늘을 관측했으며, 프톨레마이오스의 글을 보존하고 정교하게 다듬었다. 그 결과 12세기에는 [알마게스트]가 라틴어로 번역되어 프톨레마이오스의 사상이 유럽까지 전파되었다.

 

세번째, 근대천문학의 출발을 살펴보자.

우주에 대한 근대적인 해석은 1543년에 폴란드의 천문학자인 코페르니쿠스의 저서 [천구의 회전에 관하여]가 출간되면서 시작되었다. 코페르니쿠스가 이책에서 주장한 내용은 전통적인 천동설과는 아주 많은 차이가 있었다. 과학사가들은 이를 두고 종종 ‘코페느리쿠스적 혁명’이라고 한다. 코페르니쿠스는 우주의 중심은 태양이며, 지구와 다른 행성들은 모두 태양의 주위를 돌고 있다고 주장했다. 코페르니쿠스의 지동설은 행성 운동에 대한 설명을 간단하게 해 주었다. 천동설에서는 행성들이 때때로 별에 대해 반대 방향으로 움직이는 역행 현상을 설명하려면 복잡한 체계가 필요했다. 코페르니쿠스는 행성의 역행은 행성이 실제로 거꾸로 움직이는 것이 아니라 지구가 태양 주위를 돌고 있기 때문에 행성이 뒤로 움직이는 것처럼 보이는 것이라고 설명했다. 그러나 코페르니쿠스의 이론 체계는 행성의 운동을 정확하게 예측하지는 못했다. 16세기 말에 덴마크의 천문학자인 브라헤는 이전에 관측했던 것 보다 훨씬 더 정확하게 행성의 운동을 관측했다. 특히, 브라헤는 화성을 관측하면서 당시에 행성의 위치를 예측하고자 사용하던 도표들이 정확하지 않다는 사실을 밝혔다. 케플러는 브라헤의 관측자료를 기초로 태양을 도는 행성의 궤도가 타원이라는 사실을 발견했다. 지동설을 지지하던 사람들도 그때까지 행성의 궤도가 원이라고 믿고 있었다. 또 케플러는 궤도를 도는 행성의 속도를 결정하는 두 번째 법칙을 발견했다. 이러한 발견은 행성의 위치를 정확하게 계산할 수 있게 했으며, 코페르니쿠스의 이론을 뒷받침해주었다.

 

네번째, 갈릴레이와 뉴턴을 살펴보자.

17세기 초에 이탈리아의 천문학자인 갈릴레이는 처음으로 망원경을 사용해서 하늘을 관측했다. 갈릴레이의 관측은 코페르니쿠스의 이론 체계를 뒷받침해주었다. 예를 들어, 갈릴레이는 목성 주위를 도는 몇 개의 위성을 발견했는데, 이 발견은 아리스토텔레스와 프톨레마이오스의 이론과는 달리 모든 천체가 지구 주위를 돌고 있는 것이 아니라는 사실을 보여주었다. 갈릴레이 이후 영국의 과학자인 뉴턴은 중력의 법칙을 발견했고, 이 법칙으로 행성과 혜성의 운동, 그리고 지구에 있는 모든 물체의 운동을 설명할 수 있다는 것을 보여주었다. 이 법칙에 따르면, 우주에 있는 모든 물체는 다른 모든 물체를 끌어단기고 있다. 두 물체 사이에 작용하는 인력의 크기는 물체의 질량과 두 물체 사이의 거리에 따라 달라진다. 또한 뉴턴은 가시광선이 스펙트럼으로 나누어진다는 사실도 발견했는데, 이 사실은 분광학의 기초가 되었다. 분광학은 19세기 과학자들은 17세기에 뉴턴이 발견했던 스펙트럼에 대해 더욱 본격적인 연구를 시작했다. 19세기 초에는 영국의 물리학자인 울러스턴과 독일의 프라운호퍼가 무지개색으로 나누어지는 햇빛을 연구하여 스펙트럼선을 발견했다. 1850년대에는 독일의 화학자인 분젠과 물리학자인 키르히호프가 함께 스펙트럼을 세밀히 관찰할 수 있는 분광기를 처음으로 고안했다. 분젠과 키르히호프는 각 화학 원소의 원자들이 일정한 스펙트럼선을 만들어 낸다는 사실을 발견하고, 이 사실을 바탕으로 별빛 스펙트럼을 연구해 별을 이루고 있는 원소를 알아냈다.