10년전에 운영하던 네이버 블로그를 오랜만에 들어가보았는데 놀라운 광경을 보았다..!
https://blog.naver.com/piy8117982
손 놓은지 8년이 다 되어 가는데 아직도 월간 방문자수가 215명이나 되고, 작년 9월에는 394명이나 방문했다.
세상에나... 10년 전의 나는 지금의 나보다 훨씬 성실하고 훌륭한 아이였던 것이다.
이 시절 블로그를 키웠던 내 과거를 보니 기술블로그를 열심히 만들어가야 겠다는 의지가 불타오른다!
그런 의미에서 네이버 블로그에 올렸던 천문학 글을 재업로드하면서 의지를 다져보고자 한다.
우주론의 시작, 천동설
불과 2년전(2022년 기준 12년전..)인 2010년 12월 중3의 나이로 APAO(Asia-Percific 주니어부 금상을 받은 지금은 그저 평범한 일반고생이(었)다. 하지만 천문학자가 꿈이기에 이렇게 혼자서 조사해보고 그동안 공부한 것과 조합시켜 천문노트를 작성해보고자 한다. 천문학에 관심있는 중고등학생들이 보면 좋을듯 싶다.
인류는 고대때부터 하늘을 봐왔고, 하늘에 있는 천체를 바라보며 하늘의 신성함에 감탄을 해왔다.
모든 별들이 24시간에 한바퀴를 정확히 돌고, 매 계절마다 바뀌는 하늘과 1년 후든 사람의 일생동안 변하지 않은 하늘을 보며 천구(celetial sphere)의 개념을 생각해냈다.
천구에 별이란 것이 딱 붙어있는 붙박이식 모형을 생각해내게 되었다.
그런 불변의 하늘에서 고대 사람들은 일찍이 아리스토텔레스 이전 시대부터 이 밤하늘에 있는 딱 5개의 별이 매일 조금씩 움직이고 심지어 특정주기로 하늘을 한바퀴 돌아온다는 점을 오랜 관측을 통해 알고 있었다.
고대인들은 이 별들을 방랑하는 별이란 의미인 'Wandering Star'라 불렀고, 이와 똑같은 의미의 라틴어에서 지금의 행성, Planet이란 용어가 탄생하게 되었다.
이 하늘은 지구를 중심으로 도는 것 처럼 느껴지기 때문에 관측기기라고는 두 눈 뿐인 그 당시 사람들은 자연스럽게 지구중심설, 즉 천동설을 믿게 되었다는 것이다.
천동설은 어찌보면 이 지구에 사는 일개 조그마한 생명체인 인류가 밤하늘을 보며 생긴 '착각'이지만 관측도구라고는 두 눈 뿐인 그 시대에는 당연한 것일지도 모른다.
가장 처음 이 천동설을 모델화한 사람이 바로 아리스토텔레스이다.
아리스토텔레스의 모형은 정말 단순해서 그 이론의 문제점이 너무나도 많았던 모델이다.
그의 모델을 설명하자면 그냥 지구를 중심으로 달, 수성, 금성, 태양, 목성, 토성이 원궤도로 돌고 있는 것이다.
가장 생각해내기 쉽지만, 이 모형이 가진 최대의 약점은 바로 '역행'을 설명해내지 못했다는 점이다.
역행, 천동설의 진화
행성들이 일반적으로 서에서 동으로 흘러가다 특정 기간동안에만 동에서 서로 흐르는 현상
역행은 천동설에 있어서 골치아픈 존재가 되었으며 이 역행을 설명해내기 위해 프톨레마이오스는 아주 특이한 개념 한가지를 만들어낸다. 바로 주전원(epicycle)이다.
주전원은 행성의 궤도에 달린 또 다른 원이며, 이 주전원이 바로 역행의 이유라고 설명해내었기 때문이다.
이 주전원의 개념은 새로운 관측결과가 나올수록 점점 더 복잡해졌다.
프톨레마이오스의 천동설은 당시 최고의 과학지식을 동원하여 만들어낸 과학의 집결체이며, 성경을 기반으로 한 종교적인 맹목적 이론이 아니다.
그의 천동설은 너무나도 정교하고 체계적이어서 기원후 2세기부터 16세기까지 약 1400년동안 정설로 받아들여졌다.
이처럼 프톨레마이오스의 이론은 비록 지금 잘못된 이론임이 입증되었지만 그 과정만큼은 정말 주목할만 할 뿐더러 위대한 천문학자로 인정받을만한 가치가 있는 인물이다.
그의 이론에서 하나 더 주목해야 할 만한 점이 있다. 바로 이심원(eccentric)이라는 개념이다.
주전원이 아닌 원래의 행성의 주 궤도가 지구가 아닌 점을 중심으로 돌고 있다는 점이다.
즉, 이 당시 사람들이 행성이 지구가 정확한 중심이 아닌 궤도를 돌고있다는 걸 깨달았다는 것인데, 이와 비슷한 관측데이터로 케플러가 알아낸 것이 바로 타원궤도이다.
프톨레마이오스는 그 옛날에 이미 타원궤도의 힌트를 후세 사람들에게 넘겨준 것이다.
물론 1400년 후에나 알게되었지만 말이다.
궤도가 정확한 원으로 설명할 수 없었지만, 이심원이란 개념을 통해 고쳐낸 점은 훌륭했던 점이다.
하지만 이것이 역설적으로 사람의 고정관념의 무서움을 말해주는 것이라고 생각한다.
하늘은 완벽하고 숭고한 것이란 생각이 당연시되던 시대이기에 모든 행성의 궤도는 완벽한 원만을 가져야 된다는 생각이 프톨레마이오스의 이심원으로 드러나게 된다.
이 생각은 지동설의 주창자인 코페르니쿠스마저 이론적 오류를 만들어 내게 하였다.
바로 위의 모형이 프톨레마이오스의 천동설을 간략화 한것이다.
현재 내행성으로 불리우는 수성과 금성은 그 운동궤도가 다른 행성들과는 다르게 특이하다.
실제로 관측할 때, 수성과 금성은 태양 중심으로 조그만 궤도를 그리며 움직이는 것처럼 보인다.
프톨레마이오스는 그것을 지구-태양 선상에 두 행성의 주전원의 중심이 있는 것으로 본 것이다.
그리고 놀랍게도 당시 사람들은 수,금,화,목,토의 상대적인 거리를 기하학적 원리를 통해 이미 알고 있었다.
이 완벽한 모델은 16세기 갈릴레오 갈릴레이의 등장을 기점으로 무너지기 시작하였다.
그 시작은 바로 갈릴레오가 최초의 천체망원경을 가지고 관측한 금성의 위상변화였다.
저 모델로는 금성의 위상변화가 설명이 불가능했기 때문이다.
이 관측결과로 인해 갈릴레오는 지동설을 믿게 되었고 지동설에 대한 증거를 몇개 더 내놓게 된다.
이것은 다음 '지동설'편에서 다루기로 하겠다.
무너지지 않을 것만 같았던 프톨레마이오스의 천동설이 무너지게 되자, 한 천문학자가 절충안을 내놓게 된다.
바로 위의 그림의 주인공인 티코 브라헤다.
티코 브라헤는 덴마크의 귀족 천문학자이며, 관측의 최고 권위자였다.
덴마크 국왕이 그를 위해 섬 하나를 통째로 천문대로 하사할만큼 그는 당대 최고의 천문학자였다.
그런 그는 처음에 갈릴레오와 같이 지동설에 마음이 기울었다.
하지만, 지동설의 완벽한 증거인 연주시차를 관측하기 위해 아무리 애를 써도 연주시차를 끝내 발견하지 못하고, 천동설로 마음을 돌리게 되었다.
그래서 그는 금성의 위상변화를 설명해내는 선에서 연주시차를 설명하지 못한다는 점을 제외하고는 완벽히 모든 것을 설명해내게 되었다.
프톨레마이오스의 이론에서 수성과 금성이 태양을 중심으로 돌고 있다는 점으로만 내행성에 대한 설명을 고침으로써 천동설의 완성판을 제시하였다.
하지만, 얼마 가지 못하고 자신의 제자인 요하네스 케플러와 아이작 뉴턴에 의해 완벽히 지동설로 넘어가는 마지막 천동설 이론가가 되었다.
비록 천동설이 지금 틀린 이론으로 밝혀지기는 했지만, 그 이론의 정교함은 정말 위대했으며 이 이론으로 인하여 천문학의 발전이 시작되었다고 볼 수 있겠다.
우리는 이 '잘못된 이론'을 반면교사삼아 다시 한번 우리 마음 속에 새겨두어 과학이론은 언제나 틀릴 수 있다는 비판적 태도를 가져야 한다. 그것이 곧 과학이다.
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