[천문학] 천문학개론

플라톤은 다양한 서양 학문에 영향력 있는 그리스의 철학자이자 사상가, 객관적 관념론(objective idealism)의 창시자이다. 그는 소크라테스의 제자, 아리스토텔레스의 스승이며, 대학의 원형인 고등 교육 기관 ‘아카데메이아’의 교육자이다.
그는 천문학에 대해 이렇게 얘기했다.
천문학은 영혼으로 하여금 위를 쳐다보도록 강요하였고, 우리를 이 세계로부터 다른 곳으로 이끌었다. - 플라톤

천문학이란 우주를 구성하는 천체들에서 일어나는 각종 자연 현상을 수학, 물리학 지식을 바탕으로 연구하는 학문을 뜻한다. 천체란 우주에 존재하여 천문학의 연구 대상이 되는 것으로, 암석·기체·먼지 등 여러 물질이 중력에 의해 묶여 있는 상태로 존재하는 것과 그 집합을 가리켜 부르는 말이다. 전통적인 자연과학의 분류법에 의하면 물리학, 화학, 지구과학과 함께 물상 과학(Physical Science), 화학, 지구과학, 생물학과 함께 현상 과학으로 분류된다. 한편, 최근에는 학제 간 연구와 같은 융합적 성격의 연구에서 도래하는 우주생물학, 행성 과학 등의 등장으로, 해당하는 분야는 우주 과학이라는 보다 범용적인 학문 분류로 모여들고 있다. 이는 근지구[에서부터 우주론의 영역까지 우주를 대상으로 하는 모든 영역에 대해 물리학, 화학, 생물학 등 다양한 연구 방법론을 접목하게 시키는 것으로, 이에 따라 우주과학의 범주 내에 항공우주공학을 또한 포함하는 방대한 영역으로의 확대로 볼 수 있다. 근지구천체는 태양계를 구성하는 천체 중에서 지구처럼 태양과 가까운 거리까지 근접하는 천체를 말한다. 태양과 가장 가깝게 접근했을 때의 거리가 1.3 AU 이내인 천체들을 지구접근 천체로 분류한다. AU는 천문단위를 뜻하는 용어로, Astronomical Unit의 약칭. 지구에서 태양까지 이르는 거리이다. 빛의 속도로는 8분 19초 만에 도달할 수 있으며 약 1억 5천만km다. 천문학의 어원은 영어 낱말 astronomy은 별을 의미하는 그리스어 astron과 법칙, 문화를 뜻하는 nomos에서 유래했는데, 문자 그대로 "별의 법칙"(또는 별의 문화)을 의미한다. 천문학은 점성술학과 혼동되어서는 안 된다. 두 분야가 공통된 근원을 공유함에도 불구하고, 그들은 이제 완전히 구별된다. 점성술 학은 인간의 사건이 천체의 위치와 연관이 있다고 주장하는 믿음 체계이다. 일반적으로 천문학(astronomy)과 천체물리학(astrophysics)은 같은 의미로 쓰인다. 엄밀한 사전적 의미에 따르면, 천문학은 "지구 대기 밖의 물체들의 물리·화학적 성질을 연구하는 학문"이며 천체물리학은 "천문학의 한 분야로서 천체 및 천문현상의 물리적, 운동학적 특성을 연구하는 분야"이다. 한편, 천문학 개론서인 "물리적인 우주(The Physical Universe)"에서처럼 "천문학"은 우주·천체·천문현상을 정성적으로 기술하는 분야를, "천체물리학"은 이러한 대상을 보다 물리적으로 이해하는 데 중점을 두는 분야를 의미하는 데 쓰이기도 한다. 그러나 측성학같이 전통적인 천문학에 가까운 분야도 있지만, 대부분의 현대 천문학 연구는 물리와 관련된 주제를 다루므로, 천문학은 실제로는 천체 물리학으로 불릴 수 있다. 여러 대학이나 연구소는 주로 역사적인 이유나, 구성원들의 가지고 있는 학위 등에 따라서 종종 천문학과나 천체물리학과라는 용어를 사용한다. 예를 들어 천문학과가 역사적으로 물리학과와 같이 붙어 있었다면, 주로 천체물리학이라는 용어가 주로 사용된다. 저명한 천문학 저널로는 유럽의 천문학과 천체물리학과 미국의 천체물리학 저널, 천문학 저널이 있다.

 

천문학의 기원과 역사

스톤헨지

천문학은 사람이 하늘에 대하여 관심을 가지면서 동·서양의 양쪽에서 가장 일찍 태동한 학문 중의 하나이다. 동·서양을 막론하고 농사와 날씨 예견 그리고 해양, 지리 관측과 측량이 그 주요 동기라고 볼 수 있다. 어떤 지역에서는 스톤헨지처럼 천문학적 목적을 가진 것으로 추정되는 거대한 유적이 건설되기도 했다. 스톤헨지란 원형으로 늘어선 돌기둥으로 보통은 영국 솔즈베리 평원에 있는 것을 가리키는 고유 명사로 쓰인다. 원형의 흙 구조물 한 가운데 거대한 바위들을 여러 형태로 세워 배열한 선돌 유적지이다. 제사 같은 종교적 목적 외에도 이러한 천문대들은 1년의 길이를 재거나, 매해 일정한 시기에 농사를 짓고, 수확하기 위해 하늘을 관측하는 데 쓰였을 것으로 추정된다.

망원경이 발명되기 전에는 천문관측은 높은 건물 같은 곳에서 맨눈으로 이루어졌다. 문명이 발전하면서, 특히 메소포타미아, 중국, 이집트, 그리스, 인도, 마야 문명 등에서 천문대가 만들어졌고, 우주의 본질에 탐구가 시작되었다. 초기 천문학은 오늘날에는 측성학으로 알려진, 하늘에서 별과 행성들의 위치를 측정하는 것이 대부분을 차지했다. 이러한 관측으로부터, 행성의 운동, 태양, 달, 지구의 본질에 관한 연구가 시작되었다. 이 당시에는 지구가 우주의 중심이며, 태양과 달은 지구를 중심으로 공전하고 있다고 믿어졌다. 이를 지구중심설, 천동설 또는 프톨레마이오스 모형이라고 부른다.

 

개기 월식

역사적으로 특히 중요한 사건 중의 하나는 바빌론에서 수학·과학적 천문학이 시작된 것이다. 예를 들어, 바빌론 천문학자들은 월식이 사로스라는 주기를 가지고 반복적으로 일어난다는 사실을 발견했으며, 바빌론 천문학자들은 이후 다른 문명에서 발달할 천문학적 전통의 기반을 닦았다. 월식이란 달이 지구의 그림자에 가려지는 현상이다. 

바빌론 이후의 천문학에서의 중요한 발전은 고대 그리스에서 이루어졌다. 그리스 천문학은 천문 현상에 대해 이성적이고 물리적인 답을 구하려 했다는 특징이 있었다.기원전 3세기에는 그리스의 아리스타르코스가 지구의 크기를 계산하였고, 달과 태양까지의 상대적 거리를 측정하였다. 한편 그는 처음으로 지동설을 제안한 것으로 알려져 있다. 기원전 2세기에는 히파르코스가 세차를 발견하였고 달의 크기와 거리를 계산하였으며, 아스트롤라베라고 불리는 천문기구를 발명하였다. 히파르코스는 또한 방대한 1020개 별의 목록을 작성했으며, 북반구의 대부분의 별자리는 이러한 그리스 천문학에서 유래했다. 반면에 프톨레마이오스는 천동설을 주장하였고, 당시의 천문학을 집대성한〈알마게스트〉를 남겼다. 천동설은 기독교의 교리에 더 부합하였으므로, 중세에 들어서는 이 책은 천문학에서 가장 권위 있는 책으로 받아들여졌고, 코페르니쿠스가 등장하기 전까지 천동설이 널리 믿어지게 된다.