우주를 들여다 보다
히파르코스
이번에 만나볼 인물은 히파르코스와 프톨레마이오스입니다.
이야기를 시작해보겠습니다.
에라토 스트레스 다음으로 약 1세기 만에 나타난 천재는 에게해의 로도스 섬 출신의 히파르코스였습니다.
삼각함수의 창시자로 히파르코스는 삼각함수표를 늘 몸에 지니고 다녔다고 합니다.
그는 삼각함수표로 삼각 법을 이용해 지구 반지름이 6311 km 임을 알아낸 대단한 인물인데요, 실제로도 지구의 반지름은 약 6천4백 킬로미터로 히파르코스가 알아낸 수치와 큰 차이가 없었습니다.
이러한 히파르코스의 측량 술은 달에까지 미쳤습니다. 그는 간단한 기법으로 달까지의 거리를 구했는데 바로 시차가 그 방법이었습니다.
한 물체를 거리가 떨어진 두 지점에서 바라보면 시차가 발생합니다. 눈앞에 연필을 놓고 오른쪽 눈 왼쪽 눈으로 번갈아 보면 위치 변화가 나타나듯이 말이죠.
이처럼 하나의 물체를 서로 다른 두 지점에서 보았을 때 방향의 차이를 시차라 합니다.
또한 천문학에서는 관측자의 위치에서 본 천체의 방향과 어떤 표준점에서 본 천체의 방향과의 차이를 말하며 이는 연주 시차와 일주 시차로 분류됩니다.
이 시차는 우주 거리를 재는 천문학자들이 가장 애용한 도구였습니다.
특히 히파르코스는 두 개의 다른 위도 상 지점에서 달의 높이를 관측해 그 시차로써 달이 지구 지름의 30배쯤 떨어져 있다는 계산을 해냈습니다. 이 역시 줄자를 갔다 잰 듯이 참 값인 30.13에 놀랍도록 가까운 값이었습니다.
이로써 그는 아리스타르코스가 처음 지구와 달의 거리로 구한 값 지구 지름의 9배를 30배로 크게 수정한 셈이었습니다.
이는 지구 바깥 천재까지의 거리를 최초로 정밀하게 측정한 빛나는 업적이었습니다. 히파르코스는 나이 쉰 살이 되어 로도스 섬 해변 가까운 산꼭대기에 천문대를 새우고 은둔 생활에 들어갔다고 합니다.
그리고 히파르코스 이후 적어도 300년 동안은 그를 능가하는 천문학자는 태어나지 않았습니다.
그가 남긴 천문학 업적은 세차운동 발견, 최초의 항성 목록 편찬, 별의 밝기 등급 창안, 삼각법에 의한 일식 예측 등 그야말로 눈부신 것들이었습니다.
이렇듯 히파르코스는 당시 천문학을 눈부시게 발전시킨 고대 그리스 시대 최고의 천문학자였습니다.
프톨레마이오스
고대 세계의 마지막 천문학 영웅이라 할 수 있으며 히파르코스에 진정한 제자로 여겨지는 천문학자 그는 여러 학자들이 주장
했음에도 불구하고 확립되지 않았던 천동설의 마지막 세계를 완성시키는 큰 업적도 이루었습니다.
프톨레마이오스 지금부터 그의 이야기를 시작해보겠습니다.
프톨레마이오스는 알렉산드리아에 있는 유제이온해서 천문학, 점성술, 광학, 작약 등을 연구하곤 했습니다.
그는 플라톤, 아리스토텔레스 등으로부터 이어져 오는 천동설에 그 당시에 정보를 바탕으로 수정된 지구 중심 모델을 제안했습니다. 즉 지구가 우주의 중심이 있으며 움직일 수 없다는 것을 증명하기 위해 다음과 같이 많은 논쟁을 했습니다.
만약 지구가 움직이고 있다면 특별한 현상의 관측되었다 한다, 지구가 24시간에 한 번씩 자전한다면 수직으로 위를 향해 던진 물체는 같은 지점에 떨어지지 않아야 하지만 실제로는 그 반대다, 그는 이러한 이론에 반대되는 어떤 것도 관측되지 않았다는 것을
증명했습니다.
그 결과 천동설은 15세기까지 서구 기독교 사회에서 거의 독보적인 천문학 이론이 되었습니다.
프톨레마이오스의 우주론을 요약하면 다음과 같습니다.
지구가 우주 중심에 있고 태양계의 천체들은 달, 수성, 금성, 태양, 화성, 목성, 토성의 순서로 있다.
그는 천동설에 바탕을 두고 행성에 움직임을 원운동으로 설명하기 위해 주전원, 이심원 등과 같은 복잡한 수학적 도구들을 도입했습니다.
이러한 도구들은 행성들이 실제로는 타원 궤도를 따라 운행한다는 사실을 모르고 있던 헬레니즘 시대의 과학자들이 행성의 움직임을 이상적인 원운동으로 설명하기 위해 고안한 것들이죠,
이것은 프톨레마이오스가 제안했던 우주를 간단한 모형으로 나타낸 그림으로 보면 행성이 주진원의 작은 궤도를 돌면서 대원의 큰 궤도를 돌고 있죠.
이 체계의 중심은 X, 즉 이심이며 지구는 중심에서 벗어나 있습니다. 이는 지구에서 바라본 행성들의 운동이 천구상에서 일정하지 않기 때문이었습니다.
주전원 이론은 16세기 중엽에 폴란드의 천문학자 코페르니쿠스가 지동설을 주장하기 전까지 계속 신봉되었습니다.
이밖에도 프톨레마이오스는 그리스 천문학을 집대성한 팩 알마게스트를 통해 천체가 간단한 기하학적 모델에 따라 움직인다고 가정하고 히파르코스의 사인표를 이용하여 해, 달, 행성의 위치를 계산하였으며 그에 따른 일씩, 월식 현상을 알아내는 방법을 설명하였습니다.
이러한 프톨레마이오스의 책 알마 게스트는 고대 천문학 지식을 아우르고 넓힌 것으로 그 이론의 치밀함과 수학적 우아함으로 1400년 동안 최고의 천문학 서로 군림해했습니다.
그리고 이후 유럽에서는 15세기에 들어서 천문학 수준이 프톨레마이오스 시대에이르렀고 그 기초 위에서 코페르니쿠스의 지동설 이 탄생하게 됩니다.