소설 '잭과 콩나무'의 주인공이 하늘에 있는 공상의 세계를 상상했듯이, 또 고대인이 밤하늘의 미지의 세계로 떠올렸듯이, 그리고 지금도 사람이 세상의 무상함을 한탄하며 밤하늘을 보고 감동하고 있습니다. 이처럼 이 우주에는 자연의 신비를 상기시키는 무언가가 분명히 존재합니다. 달이나 행성 운동의 수수께끼를 알아냈고 태양이 밤하늘에 빛나는 별과 다르지 않은 은하계 속의 별임을 밝혀냈습니다. 또한 우주에는 셀 수 없을 정도의 은하가 존재함을 증명했으며, 나아가서는 우주의 끝을 탐색할 때까지 현대의 천문학은 공상의 세계로부터 현실적인 과학으로 진화해 왔습니다. 이론 세계의 이야기로 여겨졌던 우주의 시작이 천문관측의 주요한 테마가 되는 한편, 태양계 외행성의 발견도 새로운 뉴스가 아닌 게 되고 있습니다. 그런 의미에서 오늘은 이러한 천문학의 정의와 천문학의 역사에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1. 천문학이란?
천문학이란 천체와 우주를 연구하는 학문입니다. 대략적인 네 가지로 나눌 수 있습니다. 위치 천문학과 천체 역학은 전통적인 천문학입니다. 천체 물리학과 우주물리학은 20세기가 되면서 비약적으로 연구가 진행된 분야입니다. 천문학은 국내에서는 지구과학 수업에서 배우는 것이 많습니다. 하지만, 물리학과 밀접하게 관련되어 있습니다. 최근에는 성간 가스나 운석 등을 화학적으로 연구하는 우주화학이나 생명의 기원 연구나 지구 외부의 생명체 탐색 등을 하는 우주생물학 등도 천문학의 한 분야로 취급되는 경우가 늘고 있습니다. 이처럼 최근의 천문학은 다양한 과학 분야가 복합된 종합과학입니다.
2. 천문학의 역사
과학기술의 진보와 함께 천문학의 연구기법도 진보하고 있습니다. 이에 따라 천문학의 연구 대상이 넓어지고 있습니다. 그 모습을 소개하면서 천문학의 역사를 돌아볼까요?
가장 오래된 천문학은 위치 천문학입니다. 메소포타미아 유목민들은 가축의 먹이가 되는 풀이 자랄 때를 알기 위해 별자리를 고안했다고 합니다. 농경이 시작되자 파종 시기를 정확히 알기 위해 이집트 등 고대 문명에서는 천체관측이 이루어졌습니다. 달력을 알기 위해 천체의 위치를 연구하는 것이 천문학의 시작이라고 할 수 있습니다. 육안적인 최고의 천문학자는 티코 브라에 입니다. 1분(1도의 60분의 1의 각도)의 정밀도로, 달이나 행성의 위치를 측정했다고 전해집니다.
천문학의 진보에 크게 기여한 것이 망원경의 발명입니다. 갈릴레오는 1609년 렌즈를 사용한 굴절망원경을 제작해 태양의 흑점, 달의 크레이터, 목성의 위성을 발견했습니다. 은하수가 무수한 항성으로 구성되어 있다는 것을 알게 되었습니다. 천체의 성질을 조사하는 연구 (태양천문학, 행성과학)도 천문학의 분야가 되었습니다.
비슷한 무렵 행성의 움직임 관측 결과에서 법칙을 발견한 것이 케플러입니다. 1609년에 제1법칙과 제2법칙, 1618년에 제3법칙을 발표했습니다. 케플러의 법칙을 바탕으로 뉴턴은 만유인력의 법칙을 도출했습니다. 이는 천문현상을 역학적으로 다루는 새로운 천문학, 천체역학의 시작입니다.
뉴턴은 오목경으로 빛을 모으는 망원경(반사망원경)을 1668년 발명했습니다. 반사식 망원경은 굴절 망원경보다 통을 짧게 하는 것이 용이합니다. 경을 크게 해도 빛의 손실이 발생하지 않기 때문에 대형화할 수 있습니다. 반사 망원경에 의한 최초의 큰 성과는 윌리엄·허셜에 의한 천왕성의 발견(1781년)이라고 말합니다. 태양계의 넓이가 2배로 확대되었습니다. 또 허셜은 항성의 위치와 밝기를 정밀 측정해 항성의 분포에 편향이 있음을 알아냈습니다. 이 관측 결과로 허셜은 “항성이 집단으로 존재하고 있는 것은 아닐까”라고 생각했습니다. 이 가설은 은하의 존재를 예견한 것이며, 은하 천문학의 시작이라고 말할 수 있습니다.
19세기에 이르러서는 사진 기술이 발명되어 1840년경 천문학 연구에도 도입되었습니다. 이를 통해 객관적인 기록이 가능해져 장시간 노광에 의해 상세하게 천체를 관측할 수 있게 되었습니다. 19세기 후반에는 빛을 파장으로 나눈 스펙트럼을 조사하는 분광기술이 개발되어 20세기가 되면서 천체의 원소 조성과 움직임 등을 자세히 알 수 있게 되었습니다. 허블이 1928년 발표한 연구는 천문학자에게 큰 충격을 주었습니다. 28개의 은하의 스펙트럼을 분석한 결과, 먼 은하만큼 빠른 속도로 우리와 멀어지고 있다는 내용이었습니다. 이 결과는 우주가 팽창하고 있음을 보여 주었고, 우주 전체의 기원과 진화를 생각하는 우주론의 시작이었습니다.
20세기 후반이 되자 가시광선 이외의 전자파에 의한 관측이 시작되면서 천문학은 크게 발전했습니다. 전파를 관측하는 전파망원경에 의해, 가시광선에서는 관측할 수 없지만 강력한 전파를 내고 있는 은하나 퀘이서가 발견되었습니다. 게 성운에서는 펄서가 발견되었습니다. 인공위성을 이용한 X선 관측은 중성자성이나 블랙홀 연구에 크게 기여하였습니다. 또 보이저 등 탐사기에 의한 행성의 관측은 상세한 데이터를 우리에게 제공했고 행성과학은 비약적으로 진보하였습니다.
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