천문학의 역사 1: 천문학의 시작 고대부터 근대 이전

 

천문학의 역사 1: 천문학의 시작 고대부터 근대 이전

 

천문학의 시작

 

인류는 언제부터라고 정확히 말할 수 없을 만큼 수천 년 전부터 주술적 목적으로 하늘과 별의 위치를 측정하기 시작했습니다. 그 후 농경시대가 열리자 달력 제작, 제례 의식, 전략 수립 등 여러 실용적인 목적을 위해 천체들의 운동에서 정합성과 규칙성을 추출하려는 시도를 하게 되었습니다. 천문학은 실용과학으로서 하늘에 있는 별과 행성의 움직임을 모니터링하는 것은 시간을 추적하는 최고의 도구였으며 이는 농업, 종교의식 및 항해의 기본이었습니다.이러한 시도들은 그리스, 이집트, 바빌로니아, 인도, 중국 등지에서 각기 다른 시기, 다른 목적으로부터 시작되었으나, 왕국이 건설되면서 천문을 담당하는 부서가 생기는 것을 계기로 점차 체계화되었습니다. 하지만 천문학이 형이상학적(경험에 의해 증명할 수 있는 성질이 아닌 것들을 다루는) 성격에서 완전히 탈피하게 된 것은 그리 오래되지 않았습니다. 

고고학 기록에 따르면 천문학은 전 세계 초기 문명에 의해 발전된 최초의 자연과학 중 하나로 고대 천문학자들은 인간의 눈에 대한 기본적인 보조 장치를 사용하여 하늘에 대해 제한된 조사만 수행할 수 있었습니다. 그럼에도 불구하고 인류는 이미 천체의 위치를 ​​측정하기 시작했고, 천문학은 천문학의 가장 오래된 분야 중 하나가 되었습니다.고대 바빌로니아의 학자들은 실용적인 목적 아래 관측의 중요성을 강조하여 천체들의 운동과 관련된 관측치의 충분한 확보와 그 해석의 정확성을 높이는 것에 연구의 주된 초점을 두었던 반면, 동시대 그리스의 학자들은 진리 탐구라는 목적 아래 우주의 기원과 모형, 그리고 천체들의 운동 원리를 형이상학적 방식을 통해 규명하려는 것에 보다 많은 노력을 쏟았습니다. 

상대적으로 많은 기록들이 전해지고 있는 그리스를 살펴보면, 오래전부터 여러 학자들이 천상계 현상에 대해 다양한 주장들을 내놓았는데, 그 중 탈레스는  '실재하는 유물론적 입장에서 천상계를 해석하려 했다'는 점에서 천체 연구가 어떤 원칙 아래에서 이루어져야 하는지를 분명하게 제시하였습니다. 탈레스의 이런 패러다임의 제시는 천문학의 시작을 알리는 것이 되었습니다. 지금부터는 우주 기반 천문학의 새로운 시대를 열면서 우리는 망원경이 발명되기 전에 일했던 선구자들부터 시작하여 이 뛰어난 천문학 분야의 역사를 살펴보겠습니다. 

 

고대 메소포타미아 (기원전 3500년 - 기원전 200년)

체계적인 천문 관측에 대한 최초의 문서화된 기록은 기원전 1000년경 아시리아-바빌로니아인으로 거슬러 올라갑니다. 현재 이라크 남부인 메소포타미아 문명의 요람에서 천문학자들은 천체에 대한 지식을 축적하고 천체의 주기적인 움직임을 점토판에 기록했습니다. 그들은 초기 형태의 황도대(태양을 도는 주요 행성들의 행로.별자리를 따라서 12궁으로 나뉜다)를 개발하고 하루를 시간으로 나누고 태양과 달의 움직임을 추적했으며 주목할만한 성과로는 일식 예측을 위한 18.6년 사로스 주기의 발견이 있습니다. 그러나 그들은 별과 행성이 얼마나 멀리 떨어져 있는지 전혀 알지 못했습니다. 

 

고대 이집트(기원전 3000년 - 기원전 30년)

고대 이집트인들은 천문학을 종교 활동과 일상 생활에 접목시켰습니다. 기자의 대 피라미드와 같은 구조물과 천체의 배열은 지상의 건축물과 하늘 사이의 연관성을 암시합니다. 이집트인들은 매년 나일강의 범람을 알리는 별 시리우스의 태양적 상승을 기반으로 달력을 개발했습니다.

 

고대 그리스(기원전 600년 - 기원전 200년)

고대 그리스는 천문학의 역사에서 중요한 전환점을 이루었습니다. 탈레스와 아낙시만드로스 같은 초기 그리스 철학자들은 천체 현상에 대한 자연주의적 설명을 제안했습니다. 그러나 우주를 이해하기 위한 철학적 토대를 마련한 사람은 피타고라스, 플라톤, 아리스토텔레스와 같은 인물들이었다. 사모스의 아리스타르코스는 태양을 태양계의 중심에 두는 태양 중심 모델을 제안했지만, 이 아이디어는 당시에는 널리 받아들여지지 않았습니다.그리스 천문학자들이 처음으로 우주 규모를 추정하기 위해 천문학을 사용하려고 시도한 것은 훨씬 뒤인 기원전 3세기였습니다. 다른 과학 중에서도 천문학은 유명한 도서관과 박물관이 있는 이집트 북부 해안의 그리스 식민지인 알렉산드리아에서 번성했습니다. 과학자들 사이에서 우주에 대한 지배적인 견해는 지구가 우주의 중심에 있고 모든 것이 그 주위를 돌고 있다는 지구 중심설이었지만, 그 진실에 점점 더 가까이 다가가는 사람들도 있었습니다. 사모스의 아리스타르쿠스(Aristarchus of Samos)는 지구가 태양 주위를 돈다는 사실을 확인한 태양 중심 시스템의 소수 지지자 중 한 명이었습니다. 능숙한 수학자였던 그는 달이 정확히 1/4로 나타날 때 태양과 달 사이의 각도를 측정하여 지구에서 태양과 달의 상대적인 거리를 평가하려고 했습니다. 삼각법의 도움으로 그는 태양이 달보다 지구에서 18~20배 더 멀리 떨어져 있다는 사실을 알아냈습니다. 그는 올바른 생각을 가지고 있었지만 측정은 그다지 정확하지 않았습니다. 현재 데이터에 따르면 태양은 달보다 약 400배 더 멀리 떨어져 습니다.

 

헬레니즘 시대(기원전 323년 - 기원전 31년)

헬레니즘 시대에 에라토스테네스와 같은 천문학자들은 놀랄 만큼 정확하게 지구 둘레를 측정했습니다. 히파르코스는 최초의 종합적인 별 목록을 작성하고 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 별의 밝기를 정량화하기 위해 등급 개념을 도입했습니다. 하늘의 각도를 측정하기 위해 히파르코스는 원을 360도로 나누고 각 각도를 60분으로 나누는 고대 바빌론 방식을 사용했는데, 이는 오늘날에도 여전히 사용되고 있습니다. 하늘을 그리는 최초의 성공적인 시도 중 하나인 히파르코스의 카탈로그에는 약 1도(보름달 각 크기의 약 두 배)의 정밀도로 하늘을 가로지르는 850개의 별의 위치가 나열되어 있습니다. 그는 육안 관찰과 당시 사용 가능한 몇 가지 도구(노몬, 아스트롤라베, 혼천의)를 통해서만 이러한 정확성을 얻을 수 있었습니다. 그의 연구는 수세기 동안 서양 사상을 지배했던 지구 중심 모델을 개발한 프톨레마이오스를 포함한 후대 천문학자들의 토대를 마련했습니다.

 

이슬람 황금기(8~14세기)

유럽이 암흑기에 시들해지는 동안  그리스와 인도의 천문학 지식을 바탕으로 아시아와 이슬람 세계에서는 천문학이 번성했습니다.  Al-Battani와 같은 천문학자들은 천체 위치 측정을 개선했으며 Alhazen은 광학 연구를 개척했습니다. 바그다드의 번역 운동은 그리스어 텍스트를 아랍어로 가져와 천문학 지식을 보존하고 확장했습니다. 항성 카탈로그 편집을 포함하여 중국과 인도 제국에서 광범위한 관찰이 수행되었습니다. 이슬람 세계에서는 고대 그리스 과학자들의 문헌을 연구하고 번역하면서 하늘을 관찰했습니다. 이슬람 학자들은 하늘의 각도를 측정하기 위해 정교한 천문 도구를 만들었습니다. 그들은 원래 프톨레마이오스가 제안한 원의 4분의 1 모양의 측정 장치인 사분면을 개선했으며, 원의 6분의 1 모양의 유사한 도구인 육분의를 발명했습니다.

994개의 별 목록은 15세기 티무르 왕조의 울루그 베그(Ulugh Beg)에 의해 작성되었습니다. 중앙아시아를 통치하는 천문학자이자 수학자인 그는 현재의 우즈베키스탄에 위치한 사마르칸트에 반경 36미터의 거대한 육분의를 건설했습니다. Ulugh Beg의 카탈로그는 몇 세기 전에 Hipparchus가 편집한 것과 비교할 때 1도보다 약간 더 나은 정밀도를 가지고 있습니다. 울루그베그를 비롯한 이슬람 세계에서 활동했던 수많은 천문학자들은 천문학과 천문학의 관행을 생생하게 유지하며 순조롭게 현대로 인도했습니다.

 

르네상스와 코페르니쿠스 혁명(14~17세기)

르네상스 시대의 다른 문화와 지역의 발견과 발명의 흐름은 고전 학습에 대한 관심이 부활했습니다. 고대 그리스 프톨레마이오스의 사상의 영향을 받은 니콜라우스 코페르니쿠스는 16세기에 지구가 우주의 중심이 아니라는 충격적인 계시와 함께 우주관에 혁명인 태양 중심설을 제안했습니다. 코페르니쿠스는 1543년에 태양 중심 시스템 이론을 발표하여 태양이 우주의 중심이고 지구와 다른 행성들이 그 주위를 돈다는 사실을 밝혔습니다. 태양중심설은 프톨레마이오스의 지구중심설보다 행성 운동을 더 간단하고 질서정연하게 설명했지만, 논란의 여지가 있는 이 모델이 과학계 안팎에서 받아들여지기까지는 최소한 100년이 걸렸습니다.이는 우주를 이해하는 데 근본적인 변화를 가져왔고, 지구중심적 관점에 도전했습니다. 요하네스 케플러의 행성 운동 법칙과 갈릴레오 갈릴레이의 망원경 관측은 천문학적 이해를 더욱 발전시켰습니다.

 

태양중심설: 별의 시차 논쟁 

태양 중심 시스템은 별의 시차에 대한 논쟁을 부활시켰습니다. 시차는 관찰자의 위치 변화로 인해 전경 물체가 배경에 대해 명백히 움직이는 현상입니다. 삼각측량이라고도 알려진 이 방법은 지구상에서 멀리 있는 물체까지의 거리를 평가하는 데 사용됩니다. 천문학자들은 별까지의 거리를 결정하기 위해 이를 적용하려고 시도했지만, 관련된 거리가 너무 멀기 때문에 지구상의 어떤 기준선도 별의 시차를 감지할 만큼 크지 않았습니다.

코페르니쿠스가 지구가 태양을 중심으로 회전한다고 제안한 후, 천문학자들은 별의 시차를 측정하기 위해 지구 궤도가 제공하는 훨씬 더 큰 기준선을 이용하는 것이 가능하다는 것을 깨달았습니다. 그래서 브라헤는 별의 시차를 찾아 그의 시대의 관측 한계를 향해 나아갔습니다. 불행하게도 그는 그것을 감지하지 못했습니다. 브라헤는 별이 너무 멀리 떨어져 있어서 별의 시차가 측정 범위 내에 있을 수 없다고 잘못 가정하여 코페르니쿠스의 모델을 거부하고 지구 중심과 태양 중심의 특징을 모두 통합한 자신만의 하이브리드 시스템을 제안했습니다. 16세기말에 브라헤는 별이 실제로 너무 멀리 떨어져 있어서 그의 측정으로는 태양에 가장 가까운 별의 경우에도 시차를 감지하기에 충분하지 않다는 것을 알 수 있는 방법이 없었습니다. 4광년이 조금 넘는 거리에 있는 가장 가까운 이웃 별들의 시차는 1초보다 작습니다. 별까지의 거리를 최초로 측정하려면 망원경의 발명과 2세기에 걸친 부지런한 천문학이 필요했습니다. 우리가 우주의 진정한 광대함을 이해하기 시작한 것은 19세기 초였습니다.

 

과학혁명과 현대 천문학(17세기~현재)

아이작 뉴턴(Isaac Newton)과 다른 사람들의 공헌을 통해 과학 혁명은 천체를 지배하는 법칙을 이해하기 위한 새로운 패러다임을 확립했습니다. 뉴턴의 만유인력 법칙은 행성 운동을 설명했습니다. 망원경과 이후의 우주 기반 관측소와 같은 기술의 발전으로 천문학자들은 먼 은하계를 관찰하고, 우주 현상을 연구하고, 우주에 대한 이해를 개선할 수 있게 되었습니다.