천문학의 기원과 역사

천문학( astronomy), 또는 천체학은 별과 행성, 은하, 혜성과 같은 천체, 지구 바깥쪽에서 비롯되는 현상을 연구하는 자연과학의 한 분야입니다. 우주의 시작과 진화, 천체운동, 화학,물리,기상,진화 등을 연구 대상으로 삼지요.

역사적으로 천문학은 수많은 분야들 (역법, 천문항법, 점성술 등)을 포함했지만, 20세기에 들어와 관측 분야와 이론 분야로 나뉘었습니다.

관측 천문학은 천체에 대한 자료를 얻고 분석하는 데 초점을 두며, 이론 천문학은 천체와 천문학적 현상들을 컴퓨터 또는 해석적인 방법으로 설명합니다.

 

천문학의 기원과 역사

천문학은 인간이 하늘에 대해 관심을 가지면서 동서양을 막론하고 가장 일찍 발달한 학문 중 하나입니다.

동서양 모두에서 농사와 날씨 예측, 해양 항해, 지리 관측 및 측량이 천문학 발전의 중요한 동기가 되었습니다. 일부 지역에서는 천문학적 목적을 가진 것으로 보이는 거대한 유적, 예를 들어 스톤헨지 같은 구조물이 세워지기도 했습니다. 이러한 유적들은 제사와 같은 종교적 목적 외에도 1년의 길이를 측정하거나 정해진 시기에 맞춰 농사를 짓고 수확하기 위해 하늘을 관측하는 데 사용되었을 것으로 여겨집니다.

망원경이 발명되기 전까지 천문 관측은 높은 건물 같은 곳에서 맨눈으로 이루어졌으나 문명의 발전과 함께 메소포타미아, 중국, 이집트, 그리스, 인도, 마야 문명에서는 천문대가 건설되었고, 이를 통해 우주의 본질을 탐구하는 연구가 시작되었습니다. 당시의 천문학은 대부분 오늘날 측성학으로 알려진, 별과 행성의 위치를 측정하는 데 중점을 두었고, 이를 통해 행성의 운동과 태양, 달, 지구의 본질에 대한 연구가 진행되었습니다. 당시 사람들은 지구가 우주의 중심이고 태양과 달이 지구를 중심으로 돈다고 믿었으며, 이를 지구중심설, 천동설, 또는 프톨레마이오스 모형이라고 불렀습니다.

천문학 발전의 중요한 순간 중 하나는 바빌론에서 수학적·과학적 천문학이 시작된 것입니다. 바빌론의 천문학자들은 월식이 사로스 주기를 따라 반복된다는 사실을 발견했고, 그들의 연구는 이후 다른 문명에 영향을 미쳐 천문학적 전통의 기반이 되었습니다.

그리스 천문학은 천문 현상에 대해 이성적이고 물리적인 해답을 찾으려는 특징이 있었습니다. 기원전 3세기 아리스타르코스는 지구의 크기를 계산하고 달과 태양의 상대적 거리를 측정했으며, 지동설을 최초로 제안한 인물로 알려져 있습니다.

기원전 2세기에는 히파르쿠스가 세차 운동을 발견하고 달의 크기와 거리를 계산했으며, 아스트롤라베라는 천문기구를 발명했습니다. 그는 또한 1020개의 별 목록을 작성했고, 오늘날 우리가 아는 북반구의 별자리 중 대부분이 그리스 천문학에 기원을 두고 있습니다. 반면 프톨레마이오스는 천동설을 주장하며 당시의 천문학을 집대성한 알마게스트를 남겼습니다. 이 책은 기독교 교리에 부합하여 중세 시대에 천문학의 권위 있는 참고서로 여겨졌고, 코페르니쿠스가 등장하기 전까지 널리 수용되었습니다.

다른 자연과학 분야와 마찬가지로 천문학도 중세 유럽에서는 13세기까지 발전이 정체되었지만, 이슬람 세계와 다른 지역에서는 눈부신 발전을 이뤘습니다. 9세기 초 이슬람 세계에서는 최초의 천문대가 세워졌고, 964년 페르시아 천문학자 압드 알라흐만 알수피는 안드로메다 은하를 발견해 Book of Fixed Stars에 이를 기록했습니다. 역사상 가장 밝게 기록된 초신성인 SN 1006은 이집트 출신의 아랍 천문학자 알리 이븐 아비 탈리브와 중국의 천문학자들에 의해 관측되었습니다. 이슬람 세계의 유명 천문학자들, 예를 들어 알바타니, 압드 알라흐만 알수피, 아부 마샤르 알바키, 비루니, 알비르잔디 등은 천문학에 큰 기여를 했으며, 마라게와 사마르칸트의 천문대에서 연구를 이어갔습니다. 이들이 도입한 베가, 알골 같은 항성 이름은 오늘날까지도 널리 사용됩니다.

또한, 그레이트 짐바브웨와 팀북투의 유적들은 천문학적 목적을 가진 구조물로 추정되며, 사하라 남쪽의 아프리카에서도 식민지 시대 이전에 천문 관측이 이루어졌던 것으로 보입니다.

17세기 전후로는 망원경이 발명되면서 더 멀리 우주를 관측할 수 있게 되었고, 20세기까지 발전한 역학, 전자기학, 상대성 이론 등 현대 물리학의 성과와 상호작용하며 새로운 장을 열었습니다. 20세기에 이르러 인류는 지구를 벗어나 우주 공간에서 직접 관찰하고 탐험하는 수준에 도달하게 되었습니다.

르네상스 시기, 코페르니쿠스는 지동설을 제안했습니다. 그는 태양이 우주의 중심에 있고, 행성들이 그 주위를 돈다고 주장했습니다. 이 이론은 이후 갈릴레이와 케플러에 의해 확장되고 발전되었습니다. 갈릴레이는 최초로 망원경을 천문학에 도입하여 하늘을 더 세밀히 관찰할 수 있게 했습니다. 케플러는 행성들이 태양을 초점으로 하는 타원 궤도를 공전한다는 정확한 태양계 모형을 제시했지만, 왜 행성들이 그러한 궤도를 그리는지에 대한 설명은 없었습니다. 이 의문은 뉴턴이 중력 법칙과 천체역학을 발견함으로써 해결되었습니다. 뉴턴은 중력의 법칙을 통해 천체의 운동을 설명했을 뿐만 아니라 새로운 형태의 반사 망원경을 고안하기도 했습니다.

망원경의 성능이 점차 향상되면서 천문학에서는 많은 중요한 발견이 이루어졌습니다. 프랑스 천문학자 라카유는 방대한 별의 목록을 작성했으며, 허셜은 성운과 성단의 목록을 만들고 1781년에 새로운 행성인 천왕성을 발견했습니다. 1838년에는 베셀이 백조자리 61별의 연주시차를 측정하여 처음으로 별까지의 거리를 구할 수 있었습니다. 

분광학과 사진술의 발달은 천문학에 큰 변화를 가져왔습니다. 1814–15년에 프라운호퍼는 태양 스펙트럼에서 약 600개의 어두운 선을 발견했으며, 1859년 키르히호프는 이 선들이 서로 다른 원소로 인해 생긴다는 사실을 밝혔습니다. 이를 바탕으로 분광학을 별에 적용한 결과, 별들이 태양과 같은 천체지만 온도, 질량, 크기에서 차이가 난다는 것이 밝혀졌습니다.

20세기 천문학에서는 우리은하가 별들의 집합체임이 확립되었고, 그 외부에 수많은 은하가 존재하며 우주가 팽창하고 있다는 사실도 발견되었습니다. 현대 천문학은 펄사, 퀘이사, 블레이저, 전파 은하와 같은 특이한 천체를 발견했으며, 이를 설명하기 위해 중성자별과 블랙홀 이론이 발전했습니다. 우주 마이크로파 배경 복사, 허블의 법칙, 우주의 원소 함량 등의 관측 결과는 빅뱅(대폭발) 이론을 지지하며 물리적 우주론의 큰 성공을 이끌었습니다. 우주 망원경의 발전 덕분에 지구 대기에 흡수되어 관측할 수 없었던 전자기파의 영역도 연구할 수 있게 되었습니다.

천동설과 지동설의 개념을 이해하는 것도 중요합니다. 천동설은 프톨레마이오스가 주장한 이론으로, 지구가 우주의 중심이며 태양과 행성들이 그 주위를 돈다고 설명합니다. 반면 지동설은 코페르니쿠스가 제안한 이론으로, 태양이 중심에 있고 그 주위를 행성과 소행성들이 공전한다고 주장합니다.