천문학에 대한 모든 것_천문학의 어원과 역사

천문학이란?

천문학의 또 다른 이름 천체학은 별, 은하, 행성 등의 천체와 지구 밖에서 비롯된 현상을 연구하는 학문입니다. 자연과학의 한 분야로 연구 대상은 우주의 시작과 진화, 진화, 화학, 천체의 운동 등입니다.

1. 천문학의 어원

천문학 'astronomy'는 별을 의미하는 그리스어 'astron'과 법칙, 문화를 뜻하는 'nomos'에서 유래했다. 각 단어가 가진 의미 그대로 "별의 법칙"(또는 별의 문화)을 의미합니다. 특히 천문학은 점성술 학(인간의 사건이 천체의 위치와 관련 있다는 믿음 체계)과 완전히 구별되는 학문입니다.

2. 천문학의 역사

[망원경 발명 전]

망원경이 발명되기 전, 천문관측은 높은 건물 등에서 맨눈으로 이루어졌습니다. 문명이 발전하면서 천문대가 만들어졌고, 우주 본질에 대한 탐구가 시작되었습니다. 초기 천문학은 하늘에서 별과 행성들의 위치를 측정하는 것이 대부분을 차지했으며, 이 당시에는 지구가 우주의 중심이며, 태양과 달은 지구를 중심으로 공전하고 있다고 믿었습니다. 이를 현재 지구중심설, 천동설 모형이라고 불립니다.

특히 중요한 역사적 사건 중 하나는 바빌론에서 과학적 천문학이 시작된 것입니다. 바빌론 천문학자들은 월식이 주기를 가지고 반복적으로 일어난다는 사실을 발견했고, 이후 다른 문명에서 천문학적 전통 기반을 닦는 계기가 되었습니다.

바빌론 이후 눈에 띄는 천문학 발전은 고대 그리스에서 이루어졌습니다. 그리스 천문학은 이성적이고 물리적인 답을 구하려 했다는 특징이 있습니다. 기원전 3세기, 지구의 크기를 계산하고 달과 태양까지의 상대적 거리를 그리스의 아리스타르코스가 측정하였습니다. 또한 처음으로 지동설을 제안했다 알려져 있습니다. 기원전 2세기, 히파르쿠스는 세차를 발견하고 달의 크기와 거리를 계산하였을 뿐만 아니라, 방대한 1020개 별의 목록을 작성하였습니다. 또 아스트롤라베는 천문기구를 발명했습니다. 반대로 프톨레마이오스는 천동설을 주장하며, 당시의 천문학을 '알마게스트'에 집대성했습니다. 천동설은 기독교 교리에 더 부합하여 중세에 이 책은 천문학에서 가장 권위 있는 책으로 인정받았고, 코페르니쿠스의 등장 전까지 천동설이 널리 알려지고 믿어졌습니다.

[망원경 발명 후]

17세기 전후로 발명된 망원경으로 더 많은 것을 볼 수 있게 되었고, 20세기에 발전된 현대 물리학의 업적(상대성 이론, 역학 등)은 천문학과 서로 도움을 주고받으며 새로운 세계를 열었습니다. 이 시기에 지구를 벗어나 우주 공간에서 우주를 관찰·탐험하는 수준까지 올라갔습니다.

 코페르니쿠스가 태양중심설을 주장했으며, 이는 갈릴레이와 케플러에 의해 더 발전되었습니다. 갈릴레이는 천문학에 망원경을 처음 도입하였고, 케플러는 행성들이 태양을 초점에 놓고 타원궤도를 공전하는 정확한 태양계 모형을 고안해 냈지만, 행성들이 타원 궤도를 그리는 근본적인 이유는 알아내지 못했습니다. 그러나 그 이유에 대한 설명은 뉴턴이 천체역학과 중력의 법칙을 발견하면서 가능해졌으며, 새로운 방식의 반사 망원경 또한 뉴턴이 고안해 냈습니다.

망원경의 기능이 점점 향상되면서 천문학적 발견 또한 많이 이루어졌습니다. 프랑스 천문학자 라카유는 방대한 별의 목록을 만들었고, 허셜은 방대한 성운·성단 목록을 제작했으며, 처음으로 천왕성이란 새로운 행성을 발견하게 됩니다. 베셀은 백조자리 61 별의 연주시차를 측정하여 처음으로 별까지의 거리를 측정하였습니다. 18~19세기에는 오일러, 클레로 등 삼체문제를 해결하기 위한 큰 노력 덕분에 달과 태양의 위치를 보다 정확히 예측하는 것이 가능하였습니다. 이후 라그랑주와 라플라스가 이를 더 발전시켜 달과 행성의 섭동으로부터 질량을 추정하였습니다.

 

분광학, 사진술 등 새로운 기술들의 발전은 천문학에 큰 발전을 이뤄냈습니다. 프라운호퍼는 태양의 스펙트럼에서 600여 개의 어두운 띠를 발견하였고, 키르히호프는 이 어두운 띠가 각기 다른 원소들 때문에 생긴다는 것을 밝혀냈습니다. 분광학을 다른 별들에 적용하여 별들은 태양과 온도, 질량, 크기가 다를 뿐, 같은 천체라는 사실이 정립되었습니다.

20세기에는 은하수가 별들의 집합인 우리은하라는 사실이 확립되었고, 이후 외부 은하와 우주의 팽창이 발견되었습니다. 현대 천문학은 또한 전파은하같이 특이한 천체들을 발견하였고, 이를 중성자별과 블랙홀로 설명하는 이론의 발전에 중추적 역할을 하였습니다. 또한 대폭발 이론의 등장으로 물리적 우주론은 큰 성공을 거두었습니다. 우주 망원경의 발전으로 그동안 관측이 어려웠던 전자기파의 영역을 통한 관측이 가능하게 되었습니다.

 

* 추가설명: 대폭발(빅뱅) 이론이란?

대폭발(빅뱅) 사건은 어떻게 우주가 팽창했는지에 대해 고밀도 및 온도의 초기 상태에서 설명하는 물리 이론입니다. 우리가 관측할 수 있는 우주 초기로 알려진 기간부터 이후 대규모 형태까지의 진화를 설명하는 것이 대폭발의 다양한 우주론적 모형입니다. 이 모형은 우주 마이크로파 배경 복사 및 거대구조와 풍부한 광 원소 등 관찰된 광범위한 현상에 대해 포괄적으로 설명하고 있습니다. 우주의 전반적인 균일성은 초기 순간에 갑작스럽고 매우 빠른 공간 팽창으로 설명되지만, 물리학은 현재 빅뱅의 초기 조건을 성공적으로 모형화할 수 있는 양자 중력 이론이 부족합니다. 또한 이 모형은 '한 은하가 멀리 떨어져 있을수록 지구에서 더 빨리 멀어진다는 관측'과 호환됩니다. 알려진 물리 법칙을 이용하여 시간을 거슬러 우주 팽창을 바깥쪽으로 끼우면 모형은 시간과 공간이 의미를 상실하는 특이점이 선행하는 점점 더 집중되는 우주를 설명합니다.