천문학이란, 그리고 하늘의 관찰

우주를 이루고 있는 행성, 항성, 은하와 같은 천체들, 그리고 이들이 속해 있는 우주공간의 생성과 진화를 연구하는 학문, 천문학자는 천체의 위치와 운동을 관측한다. 하지만 이들은 단순히 천체를 관측할 뿐만 아니라 그 이상의 문제에 관심을 둔다.  '별은 어떤 물질로 이루어져 있는가,' '별은 어떻게 빛을 내는가' 등의 질문에 답하려고 애쓴다. 그러므로 천문학자는 대부분 천체물리학자라고 할 수 있다. 천체물리학이란, 우주에서 일어나는 물리.화학적인 과정을 연구하는 학문을 말한다.

 

천문학자 중에서 관측천문학자는 망원경을 이용해서 천체를 관측하는 일을 전문으로 한다. 또, 이론천문학자는 관측된 자료에 물리와 수학 법칙을 적용해서, 우주와 천체의 성질을 밝혀내거나 새로운 물리 법칙을 발견한다. 천문학자들은 전문적으로 나누어진 여러 영역에서 일하고 있다. 항성천문학자는 항성을 연구하고, 태양천문학자는 지구에서 가장 가까운 별인 태양을 연구한다. 행성천문학자는 행성의 다양한 조건을 연구하며, 외부은하나 우주론을 다루는 천문학자들은 우주의 구조와 역사에 대해 연구한다. 천문학은 아주 오래된 학문 분야 가운데 하나로, 고대 인도에서는 천체가 주기적으로 운동하는 것을 관측했다. 역사에서 보면, 천체의 주기를 연구하여 시간과 계절을 정하거나 바다에서 항해할 때와 같이 주로 실용적인 목적으로 활용했다.

하늘을 관찰하는데 있어서 망원경이나 쌍안경을 쓰지 않고 맨눈으로 밤하늘을 관찰해 보면, 예사람들이 보았던 것들을 볼 수 있다. 날씨가 맑고 도시에서 멀리 떨어진 곳이라면, 밤에 대략 3000개의 별을 볼 수 있다. 또한 밤하늘을 가로지르는 은하수도 볼 수 있다. 옛사람들은 별들이 사람이나 동물 또는 어떤 사물을 닮은 모양으로 배열되어 있는 것을 발견했다. 그들은 별자리라고 부르는 이러한 형태를 신화와 연관지었다. 별자리의 이름 중에 많은 것이 그리스 신화와 연관되어 있다. 예를 들면 사냥의 신인 아르테미스는 오리온이라는 사냥꾼의 죽음을 몹시 슬퍼하여 오리온을 하늘의 별자리로 만들어 놓았다는 식이다.

밤하늘에 보이는 별을 서너 개 택해서 몇 시간 동안 그 움직임을 기록해 보면 별들이 일정한 규칙으로 움직인다는 사실을 알수 있다. 지구가 자전축을 중심으로 회전하기 때문에 별들은 그 반대로 움직이는 것처럼 보인다. 모든 별은 천구의 극이라고 하는 한 점을 중심으로 회전한다. 별들은 천구의 북극을 중심으로는 시계 반대 방향으로 회전하고, 천구의 남극을 중심으로는 시계 방향으로 회전한다. 천구의 극에서 멀리 떨어져 있는 별은 동쪽 지평선 아래에 있다가 떠오르고 서쪽으로 진다. 밝은 별 중 하나인 북극성은 천구의 북극에 아주 가깝기 때문에 거의 움직이지 않는다. 그래서 북극성이라고 부르게 되었다. 이에 반해 남극성이라는 것은 없다. 대신 별자리 중에서 팔분의 자리가 천구의 남극 가까이에 있다. 

태양은 다른 별처럼 동쪽에서 뜨고 서쪽으로 진다. 또한 태양은 다른 별들과 상대적인 위치를 비교할 때 하루에 1º씩 동쪽으로 움직인다. 해뜨기 직전과 해가 진 직후 지평선 위에 어떤 별이 보이는지 기록함으로써 사람들은 수천 년 동안 천구에서 태양이 지나가는 길을 기록했다. 이 길을 황도라고 하며, 황도를 따라 둘러 있는 별자리들의 띠를 황도12궁이라고 한다.

맨눈으로 볼수 있는 행성으로는 수성, 금성, 화성, 목성, 토성이 있다. 게다가 황도 위의 위치가 매일 밤 조금씩 변한다. 다시 말해서 다음 날 빰 같은 시각에 행성들을 살펴보면 배경을 이루는 다른 별들과 상대적인 위치가 달라져 있다는 뜻이다. 대게 서쪽에서 동쪽으로 움직이는데, 달라지는 경우도 있다. 또한 행성들은 다른 별자리의 움직임과는 다르게 움직일 수도 있다. 행성들이 천구 상에서 움직이는 모양을 매일 밤 관찰하다 보면 움직이는 속도가 점차 느려지다가 멈추더니 급기야는 서쪽으로 진행하는 모습을 볼 수가 있는다, 이것을 역행이라고 한다. 역행하던 행성은 다시 속도가 느려지다가 멈추고 다시 동쪽으로 진행한다. 

달은 밤하늘에서 가장 쉽게 볼 수 있는 밝은 천체이다. 그래서 달이 초승달, 반달, 보름달로 모양이 변하는 것을 쉽게 관찰할 수 있난데, 이것이 달의 위상변화이다. 달은 동쪽에서 떠서 서쪽으로 진다. 달은 하루 평균 50분 정도 늦게 뜨며, 태양을 기준으로 12º씩 동쪽으로 이동한다. 밤하늘에서 별의 위치를 세월이 흐름에 따라 조금씩 변한다. 그러나 지구가 자전하기 때문에 별은 매일 떴다가 지는 것처럼 보인다. 다시 말하면 지구는 자전축을 중심으로 서쪽에서 동쪽으로 회전하지만, 우리는 이런 움직임을 느끼지 못하고 별들이 동쪽에서 서쪽으로 회전하는 것처럼 보인다. 북극성은 지구의 자전축을 연장한 곳에 있지 때문에 움직이지 않는 것처럼 보인다. 그래서 북극성이 옛날부터 항해에서 길잡이 노릇을 해왔다. 한편, 별빛이 깜빡거리는 이유는 지구 대기를 이루고 있는 공기층이 흔들리면서 별빛이 꺾이기 때문이다. 

별자리는 특정한 구역 안에 있는 별의 집단이다. 고대 이집트, 그리스, 중국 등의 천문학자들이 하늘을 연구하기 시작했을 때, 그들은 매우 뚜렷한 집단을 이루는 별을 중심으로 하늘에 구역을 나누었다. 고대 그리스에서는 이런 별자리에다 신화에 나오는 영웅이나 짐승 모습을 따서 이름을 붙였다. 반면에 중국에서는 관직 이름, 나라 이름, 강. 배, 길, 시장 등 땅에 있는 온갖 이름을 별에 붙였다. 우리가 알고 있는 별자리는 대부분 고대 그리스 사람들이 생각해낸 것이다. 지금까지 동양에서 쓰이고 있는 전통적인 별 이름은 행성 이름 이외에 북극성, 북두칠성, 견우성, 직녀성, 삼태성, 좀생이별 등 몇개에 불과하다. 같은 별자리에 있는 별이 반드시 서로 어떤 관계를 갖고 있어야 하는 것은 아니다. 같은 별자리에 있는 별이라 해도 지구에서 가까이 있는 별도 있고 멀리 떨어진 별도 있다. 그러나 천문학자들은 별자리 지도를 만들려고 하늘을 88개의 별자리로 나우어 몬든결은 오직 하나의 별자리에만 속하도록 했다.