『우주관의 변천사』 - 가네시아 페르비우스 지음
《 목차 》
1. 천동설
2. 지동설
3. 우주관
4. 고대인의 우주관
5. 현재의 우주관
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1. 천동설 (天動說, geocentric theory)
그리스 시대가 되자 사람들은 교통의 발달에 의해 세계는 아주 넓다는 사실을 알게 되었다. 그리고 마침내 지구는 둥글고, 태양이나 달과 같은 천체의 하나인 것을 알 수 있게 되었다.
지금으로부터 약 1800년 전에 그리스의 프톨레마이오스라는 학자가 『알마게스트』라는 천문서적을 엮어, 지구는 우주의 중심에 있고, 움직이지 않는다는 천동설을 주장했다. 이것은 지구를 중심으로 천체, 즉 달, 태양, 별이 움직인다는 주장이다. 프톨레마이오스의 천동설은 중세에까지 이어졌다.
기원전 200~300년 경에 그리스의 학자 아리스타르코스는 우주의 중심은 태양이며, 지구나 다른 행성은 태양의 둘레를 돌고 있을 것이라는 진보된 생각을 주장하였다.
지구 중심설이라고도 한다. 직감적으로나 정서적으로나 대지는 고정되어 있고 하늘이 회전한다고 본 원시인의 생각은 자연스러운 것이다. 고대 그리스시대에는, 이것에 철학적 해석과 기하학적 설명이 추가되었고, 중세 봉건시대에는 신학적 권위가 주어졌다. 그리스인의 사상은 우주를 전지전능한 자가 만들어낸 것이라 믿었으며, 완전하기 때문에 천체는 둥글고, 고귀하기 때문에 지구는 중심을 차지하며, 조화되어 있기 때문에 운동은 등속(等速)이라고 전제했다. 이 사조는 피타고라스나 플라톤을 잇는 주류이며, 지구 구형설(球形說) ·지구 중심설은 여기에서 뿌리를 내린다.
이념으로 설정한 우주체계와 현실적인 천체현상을 일치시키기 위해서는 도형수정을 해야만 했다. 예를 들면, 에우독소스(BC 350년경)는 행성의 역행을 설명하기 위해서 각 행성에 각기 몇 장의 동심구(同心球)를 겹치고, 각 구의 회전축과 회전속도를 적당히 짜맞춘 동심구를 고안했다. 페르게의 아폴로니오스(BC 250년경)는 태양 ·달의 부등속(不等速)을 설명하기 위해 공전의 중심을 지구로부터 적당히 떼어 놓은 이심원설(離心圓說)을 채용했다.
또 행성의 역행과 지구접근을 동시 양립시키기 위해서, 주원(主圓)상을 전진하는 부원(副圓)상에 행성을 놓고, 궤적이 루프 곡선을 그리는 식의 주전원설(周轉圓說)을 제시했다. 이러한 설에는 역학적 고찰은 전혀 없었으며, 관측이 정밀해짐에 따라 구도가 기교화되었다. 프톨레마이오스의 《알마게스트》는 천동설의 완결판으로서, 중세에 아라비아를 거쳐서 유럽에 전파되었으며, 여기서는 그리스도교의 교리로서 공인받았다. 이 체계는 15세기 N.코페르니쿠스의 지동설이 나타나기까지 천문학의 절대적인 권위를 인정받았다.
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2. 지동설 (地動說, heliocentric theory)
15~16세기가 되자 콜럼버스의 아메리카 대륙 발견과 마젤란의 세계 일주 등 원양 항해가 활발해졌다. 이리하여 지구가 둥글다는 것이 확인되었는데, 육지가 보이지 않는 바다 위에서는 별의 관측에 의하여 배가 나아가는 방향을 정해야 했다. 또 천문의 연구가 발달함에 따라 천동설로는 설명할 수 없는 일이 생겼다.
지금으로부터 약 400년 전 폴란드의 학자인 코페르니쿠스는 태양이 우주의 중심에 있고, 지구는 태양의 둘레를 도는 하나의 행성에 지나지 않는다는 것을 밝혔다. 이 지동설을 주장하던 갈릴레이는, 교회로부터 생각을 취소하라는 명령을 받았으나, “그래도 지구는 돈다.”라는 말을 남겼다.
태양중심설이라고도 한다. 150년경 그리스의 K.프톨레마이오스에 의해 제안되었던 천동설은 중세까지 거의 1400여 년간 태양계의 운동을 설명하는 유일한 이론으로 존속되었다. 그후 폴란드의 N.코페르니쿠스는 1543년 출판된 《천구의 회전에 관하여 De Revolutionibus Orbium Coelestium》에서 태양중심설을 제창하였다.
코페르니쿠스는 태양으로부터 가까운 순으로 수성·금성·지구·화성·목성·토성 등의 행성들이 배열되어 있으며, 각 행성들은 일정한 속도를 가지고 태양주위를 원운동한다고 생각했다. 그러나 이 이론이 비록 그 때까지의 지구가 우주의 중심이라는 생각을 바꾸어 놓을 수 있는 것이라 할지라도, 이를 뒷받침할 관측자료를 제시하지 못하였다. 이런 관측자료는 덴마크의 T.브라헤에 의해 제공되었는데, 그의 제자인 J.케플러는 이 자료를 이용하여 태양을 중심으로 지구가 어떻게 움직이는가 하는 것에 관하여 세 가지 법칙을 만들었다.
한편, 케플러와 같은 시대에 살았던 이탈리아의 과학자 G.갈릴레이는 1632년 출간된 그의 저서 《프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 두 대우주체계에 관한 대화》에서 코페르니쿠스의 태양중심설이 옳다고 주장하였다. 그는 행성들의 공전궤도가 타원이라는 케플러의 견해보다는 원이라는 코페르니쿠스의 생각을 믿었고, 특히 목성은 자신의 둘레를 원운동하는 4개의 위성을 거느리고 태양 주위를 원운동한다고 보았다.
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3. 우주관
BC 600년경 탈레스에 의해 지구가 둥글다는 사실이 밝혀졌으나, 지구를 둘러싼 항성들이 붙박힌 천구(天球)가 지구를 중심으로 돌고 있다는 천동설(天動說:지구중심설)은 그리스 시대로부터 중세에 이르기까지 이어져 왔다. 이런 우주의 인식체계는 140년경 프톨레마이오스가 엮은 13권의 천문서적 《알마게스트 Almagest》의 뼈대를 이루고 있으며, 이것을 프톨레마이오스의 체계(體系)라고 한다. 태양이나 달은 천구에서 그 위치를 항상 한쪽(동쪽)으로만 이동하는 데 비하여 행성(行星:떠돌이별)의 운동은 때에 따라 동쪽으로 또는 서쪽으로 일어나므로, 앞의 천동설로는 설명하기가 어렵다.
그래서 행성은 지구를 중심으로 한 원주 위에 중심을 갖는 작은 원운동을 한다고 가정하지 않을 수 없었다. 그러나 실제로 행성의 운동을 관측하면 이 가정과 잘 들어맞지 않아서 이 천동설의 결함이 알려지게 되었다. 1543년 폴란드의 천문학자 N.코페르니쿠스는 지구가 우주의 중심이 아니라, 태양이 우주의 중심에 있다고 생각하여 천체의 운동을 설명하려고 하였다. 즉, 항성의 일주운동은 지구의 자전에 기인하며, 또 지구도 다른 행성처럼 태양의 둘레를 원운동을 한다는 생각인데, 이것을 코페르니쿠스의 지동설(地動說:太陽中心說)이라고 한다. 이 지동설은 그 후에 J.케플러나 I.뉴턴에 의하여 확고하게 뒷받침을 받게 되었다.
한편, 코페르니쿠스의 다음 세대로 천문관측에 뛰어난 덴마크의 티코 브라헤는 지구가 태양 둘레를 돈다는 코페르니쿠스의 생각이 옳다면, 지구에서 본 항성의 위치는 계절에 따라 달라져야 하는데도, 실제로 관측에서 그 변동이 나타나지 않는 것을 이유로 지동설을 반대하였다. 그러나 이것은 오늘날 항성의 거리가 너무나 멀기 때문에 당시 망원경이 없던 시절에 항성의 위치변동이 검출되기는 불가능했던 탓으로 해석된다. 그의 제자 케플러는 티코 브라헤가 남겼던 화성의 관측자료를 조사한 결과, 화성(火星)의 궤도가 종전의 생각처럼 태양 둘레의 원궤도가 아니라 태양을 한 초점(焦點)으로 하는 타원궤도를 돌고 있다는 사실(케플러의 제1법칙)을 1609년에 밝혔다.
또 같은 무렵 G.갈릴레이는 처음으로 만든 망원경으로 발견한 목성의 4개 위성이 케플러의 법칙에 따르는 운동을 하고 있음을 밝혔다. 케플러의 법칙은 그 후 87년에 뉴턴에 의하여 그의 제3법칙과 만유인력(萬有引力)의 법칙으로부터 수학적으로 유도됨이 증명되었다. 이렇게 해서 지구를 비롯한 행성들은 태양을 한 초점으로 하는 타원궤도를 돌고 있는 사실이 알려지고, 또 행성의 둘레를 도는 위성(지구의 달, 화성의 2개 위성, 목성의 14개 위성 등)의 운동도 행성을 초점으로 한 타원을 그리고 있음이 밝혀지게 되었다.
망원경의 발명 이전에는 맨눈에 보이는 수성(水星) ·금성(金星) ·화성(火星) ·목성(木星) ·토성(土星) 등 5개의 행성들만이 알려져 있었으나, 그 후 이들보다 더 큰 궤도를 도는 새로운 행성이 망원경으로 발견되어, 1781년에 천왕성(天王星), 1846년에 해왕성(海王星), 1930년에 명왕성(冥王星)을 합쳐 현재 9개의 행성과 30개를 넘는 위성, 또 화성과 목성 사이에 발견된 1000개를 넘는 소행성(小行星), 또 새로 계속 발견되는 혜성 등이 태양계(太陽系)를 이루고 있다. 태양과 지구 사이의 평균거리는 1억 5000만km(1천문단위, AU)로 초속 30만km의 빛으로 약 500초 걸리는 거리인데, 태양계의 가장 바깥쪽을 도는 명왕성은 이 거리의 약 40배인 60억km로, 빛으로 5시간 반 걸린다.
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4. 고대인의 우주관
먼 옛날, 사람들은 누구나 자기들이 살고 있는 곳이 우주의 중심이라고 굳게 믿었다.
지금으로부터 4000~5000년 전, 칼데아 사람들은 바다가 육지를 둘러싸고 있고, 바다의 바깥쪽은 벽이 둘러쳐져 있다고 생각하였다. 벽 위에는 공기를 엎어 놓은 것 같은 천장이 덮여 있으며, 안쪽에 별이 박혀 잇다고 생각했다.
이집트 사람들은 세계의 둘레를 높은 산이 빙 둘러싸고 그 한가운데 공기의 밑바닥 같은 곳에 자기들이 살고 있으며, 별은 천장에 매달려 있는 것이라고 생각하였다.
고대의 인도 사람들은 세계는 둥근 구면의 일부를 잘라 버린 것과 같은 것으로, 이것이 몇마리의 코끼리 등 위에 얹혀있고, 코끼리는 큰 거북의 등딱지 위에 서 있으며, 그 거북은 몸을 친친 감은 큰 뱀 위에 얹혀있다고 생각하고 있었다. 그리고 세계의 중앙에는 높은 산이 솟아있고, 태양이나 달은 그 산의 둘레를 돌고 있어, 태야잉 산 뒤쪽으로 숨어 버렸을 때가 밤이라고 생각하였다.
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5. 현재의 우주관
20세기에 이르러 태양도 지구와 같이 은하계의 한 부분에 있는 행성임이 밝혀졌다. 또한 정밀한 천체망원경이 발명되어 우리의 은하계 역시 많은 은하계 중의 하나이며, 마치 거대한 바다에 떠 있는 섬과 같은 존재라는 사실도 밝혀졌다.
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천문학 제1강에 관련된 서적입니다.
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