『천문학이론』 - 케러드 드빌즈 지음
※ 일부 발췌 내용임.
《 목차 》
Ⅰ. 천문학일반
③ 천문학의 발달과 실용화 (16p~20p)
Ⅱ. 천문학의 역사
⑤ 후기 그리스의 천문학 (33p~37p)
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Ⅰ. 천문학일반 - ③ 천문학의 발달과 실용화
뉴턴에 의하여 천체역학이 탄생하는 한편, 15,16세기는 원양항해의 시대라고 할 만큼, 콜럼버스의 아메리카 대륙 발견, 바스코 다 가마의 남아프리카의 희망봉을 도는 인도항로의 발견이 잇달았다. 이러한 항해에서 배의 해상위치(經緯度)의 결정에는 천문관측에 의존하지 않을 수 없다. 여기에는 태양 ·달 ·항성의 위치측정이 필요하다.
그래서 1667년에 파리 천문대, 1673년 그리니치천문대가 각각 창설되었고, 원양항해나 측지학을 위한 천문학의 연구가 그 주된 목적이었다. 이 시대부터 관측기계, 특히 천문시계의 제작기술이 발달되었고, 이것을 이용해서 광행차(光行差) ·장동(章動) 현상이 18세기에 발견되어, 천체력(天體曆)이나 항해력(航海曆)도 각 천문대에서 출판되기에 이르렀다. 파리천문대는 주로 측지학에 치중하여 지구의 크기를 측정하고, 1790년 프랑스 학사원(學士院)은 미터법을 제정하게 되었다.
이러한 실용면 외에도 한편으로는 I.칸트의 우주론과 같은, 우주나 태양계의 기원에 관한 의론이 18세기에 들어 성행하게 되었다. 또 19세기에 들어 허셜 부자(父子)는 항성의 통계적 관측으로 은하계(銀河系)의 구조를 탐사하였는데, 이는 항성통계학의 시초를 마련하였다. 1838년 독일의 F.W.베셀은 처음으로 백조자리 61번 별의 연주시차(年周視差) 0.314″를 측정하여 항성의 거리측정, 나아가서는 우주 측량의 첫발을 내딛게 되었다.
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Ⅱ. 천문학의 역사 - ⑤ 후기 그리스의 천문학
플라톤(Platon, B. C 429? - 347)은 헤라클레이토스와 파르메니데스의 영향을 받고, 피타고라스의 종교적 요소와 수학존중, 소크라테스의 윤리와 자적론을 이어받아 이원론적인 과학을 건설했다. 그러나 그의 과학에 대한 관심은 과학 자체를 위한 것이 아니었다. 플라톤은 그의 윤리를 정당화하기 위해 과학을 했고, 따라서 그의 과학은 윤리성을 띠고 있다. 플라톤의 대화들 가운데 만년에 나온 티마이오스(Timaios)는 자연철학에 관한 책이다. 그것은 우주가 도덕적이라는 것을 보여 줌을 목적으로 하고 있다. 티마이오스는 창조신화를 다룬 본격적인 우주창생론이다. 플라톤에 따르면, 태초에 창조주 데미우르고스(demiurgos)가 있어 우주를 만들었다. 단, 그리스도교와는 달리 무에서 창조한 것이 아니고 재료가 있었다. 데미우르고스는 원질을 가지고 4원소를 만들었는데, 그 구성 방법이 기가 막히게 기하학적이다.
직각이등변삼각형 4개가 모이면 정4각형이 된다. 정사각형 6개로 둘러싸인 것이 정6면체이다. 이 정6면체로 된 것이 흙이다. 따라서 흙은 직각이등변삼각형 24개로 이루어지는 것이다. 두각이 각각 60도와 30도인 직각삼각형 6개는 정삼각형을 만든다. 정삼각형 4개로 둘러싸인 정사면체로 된 것이 불이다. 공기는 정팔면체(정삼각형 8개), 물은 정20면체(정삼각형20개)로되어 있다. 직각삼각형의 수로 따지면 불, 공기, 물은 각각 24, 48, 120개로 구성된 셈이다.
여기서 중대한 결과가 나온다. 흙은 유독 직각이등변삼각형으로 되어 있어 어쩔 수 없으나, 불, 공기, 물은 구성성분이 같은 직각삼각형이다. 더구나 그 수를 보면 공기는 불 2개, 물은 공기2개와 불 1개로 되어 있다. 그러므로 흙 하나만은 공정불변이지만, 나머지 세 원소는 상호가변적인 것이다. 물론 플라톤의 기하학적 우주론은 완전히 사색적인 것이다. 그러나 중요한 것은 플라톤이 우주를 기하학적으로 생각했다는 사실 자체이다.
[보충자료] 이 당시 일화
플라톤이 세운 아카데미의 정문에는 "기하학을 모르는 자는 들어오지 마시오"라고 써 있었다고 한다.
플라톤 이후에 그리스의 천문학은 피타고라스의 수와 플라톤의 기하학적 전통이 합쳐져서 이전의 관측천문학에서 수리천문학으로 변하게 되었다. 그들은 우주를 기술할 때 원운동과 등속도 운동으로 기술하려 하였다. 이 당시에 이미 해와 달, 오행성의 움직임을 거의 알고 있었기 때문에 이들은 자신들의 이론으로 그들의 움직임을 이 두 가지, 원운동과 등속도운동으로 표현하려 했던 것이다. 왜냐하면, 원운동과 등속도 운동이 가장 안정되고 단순하고 조화로운 것이기 때문이다.
천동설(지구중심설)은 다음의 이론으로 발전하였다. 에우독소스의 동심천구이론에는 각각의 행성들과 해와 달이 같은 중심을 갖고 있는 서로 다른 천구상에서 각기 다른 축을 가지고 회전하고 있다는 것이다. 이를 표현하기 위해 에우독소스는 오행성은 각각 4개씩, 해와 달은 3개씩, 변치않는 천구( 별들이 붙어있는) 1개등 27개의 천구를 만들었다.
그러나 이것의 문제점은
① 오행성의 크기와 밝기가 변한다는 것,
② 춘-하-추-동의 간격이 다르다는 것,
③ 역행시 loop(고리) 모양과 개수가 다르다는 것을 설명하지 못했다.
그래서 아리스토텔레스는 55개의 천구를 만들었다.
[보충자료] 아폴로니오스의 주전원-이심원 모델
주전원은 주된 원 둘레를 작은 원을 그리며 도는 것을 뜻한다. 지구가 태양을 도는데 달이 지구를 돌고 있는 모습을 상상하면 될 것이다. 이심원은 회전의 중심과 지구(이때는 천동설임으로)가 서로 일치하지 않는 것을 뜻한다. 이는 타원운동을 뜻하는 것이 아니다. 이를 통해 위의 동심천구이론의 문제점을 해결하려 하였다.
아리스토텔레스(B. C. 384 - 322)는 경험절 관찰을 중시하였다. 그의 우주체계는 달 아래의 세계와 달 위의 세계로 구분된다. 달 아래의 세계는 4원소(물, 불, 공기, 흙)로 되어있고 변화하는 세계이다. 이에 비해 달 위의 세계는 불변의 세계로 제 5원소인 에테르(aither)로 차 있다. 그는 수정천구이론을 주장했는데 이는 위에서도 말했지만 공간상을 행성들이 움직이는 것이 아니라 수정으로 된 각각의 천구에 박혀서 수정천구 자체가 움직이는 것이다. 그리고 바깥쪽에는 별들이 박혀있는 천구가 있다. 이는 우주가 유한함을 말해준다. 그리고 혜성은 달 아래의 세계에서 일어남을 나타낸다. 이는 이후 2000년 동안 서구를 지배하게 되었다.
그러나 이와 같은 태양중심설은 한가지 큰 결함이 있었다. 별의 밝기가 때에 따라 달라졌는데, 이것은 달 위의 세계가 변하지 않는다는 아리스토텔레스의 우주관과 모순이 되는 현상이었다. 이는 지구가 태양을 돌면서 별까지의 거리가 변하면서 생기는 것으로 이 정도를 관측할 정도니 그 당시 관측실력은 거의 경지에 있었는 듯 하다.
그래서 이를 보완하기 위해서 태양중심설이 나왔다. 헤라클레이데스와 아리스타코스는 달, 지구, 5행성들이 태양 주위를 도는 우주체계를 제안했다. 지구의 자전도 동시에 고려되었다. 그리고 태양이 지구보다 코고 달보다 태양이 멀다는 것도 제안하였다. 이것은 지구와 별들 사이의 거리가 달라지므로 밝기의 변화를 설명하게 되었다.그러나 지구가 움직이지 않음으로써 다른 별들과 구별된다는 철학에 위반되고 연주시차를 관측하지 못하면서 (별들이 그렇게 먼지 몰랐으므로) 완전히 무시되었다. 이것은 19세기 연주시차가 허셀에 의해 관측될 때까지 태양중심설을 괴롭혔다.
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천문학 제3강에 관련된 서적입니다.
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